Celda Solar: Principio de Funcionamiento y Construcción (Incluye Diagramas)

¿Qué es una célula solar?

Una célula solar (también conocida como célula fotovoltaica o célula PV) se define como un dispositivo eléctrico que convierte la energía lumínica en energía eléctrica a través del efecto fotovoltaico. Una célula solar es básicamente un diodo de unión p-n. Las células solares son una forma de celda fotoeléctrica, definida como un dispositivo cuyas características eléctricas, como corriente, voltaje o resistencia, varían cuando se expone a la luz.

Las células solares individuales pueden combinarse para formar módulos comúnmente conocidos como paneles solares. La célula solar de silicio de unión única común puede producir un voltaje abierto máximo de aproximadamente 0.5 a 0.6 voltios. Por sí sola, esta cantidad no es mucha, pero recuerda que estas células solares son diminutas. Cuando se combinan en un gran panel solar, se pueden generar considerables cantidades de energía renovable.

Construcción de la Célula Solar

Una célula solar es básicamente un diodo de unión, aunque su construcción es un poco diferente de los diodos de unión p-n convencionales. Se crece una capa muy delgada de semiconductor tipo p sobre un semiconductor tipo n relativamente más grueso. Luego, aplicamos algunos electrodos finos en la parte superior de la capa de semiconductor tipo p.

Estos electrodos no obstaculizan que la luz llegue a la delgada capa de tipo p. Justo debajo de la capa de tipo p hay una unión p-n. También proporcionamos un electrodo colector de corriente en la parte inferior de la capa de tipo n. Encapsulamos el conjunto completo con vidrio fino para proteger la célula solar de cualquier choque mecánico.

Principio de Funcionamiento de la Célula Solar

Cuando la luz llega a la unión p-n, los fotones de luz pueden entrar fácilmente en la unión, a través de la capa muy delgada de tipo p. La energía lumínica, en forma de fotones, suministra suficiente energía a la unión para crear un número de pares electrón-agujero. La luz incidente rompe la condición de equilibrio térmico de la unión. Los electrones libres en la región de agotamiento pueden pasar rápidamente al lado de tipo n de la unión.

De manera similar, las agujeros en la región de agotamiento pueden pasar rápidamente al lado de tipo p de la unión. Una vez que los electrones libres recién creados llegan al lado de tipo n, no pueden cruzar la unión debido al potencial de barrera de la unión.

De manera similar, los agujeros recién creados, una vez que llegan al lado de tipo p, no pueden cruzar la unión por la misma razón. A medida que la concentración de electrones se vuelve mayor en un lado, es decir, el lado de tipo n de la unión, y la concentración de agujeros se vuelve mayor en el otro lado, es decir, el lado de tipo p de la unión, la unión p-n se comportará como una pequeña batería. Se establece un voltaje conocido como voltaje fotovoltaico. Si conectamos una pequeña carga a través de la unión, habrá una corriente pequeña fluyendo a través de ella.

Características V-I de una Célula Fotovoltaica

Materiales Utilizados en la Célula Solar

Los materiales que se utilizan para este propósito deben tener un ancho de banda cercano a 1.5 eV. Los materiales comúnmente utilizados son:

1. Silicio.

2. GaAs.

3. CdTe.

4. CuInSe2

Criterios para Materiales a Utilizar en la Célula Solar

1. Debe tener un ancho de banda entre 1 eV y 1.8 eV.

2. Debe tener alta absorción óptica.

3. Debe tener alta conductividad eléctrica.

4. El material en bruto debe estar disponible en abundancia y el costo del material debe ser bajo.

Ventajas de la Célula Solar

1. No está asociado a contaminación.

2. Debe durar mucho tiempo.

3. No tiene costos de mantenimiento.

Desventajas de la Célula Solar

1. Tiene un alto costo de instalación.

2. Tiene baja eficiencia.

3. Durante los días nublados, la energía no puede producirse y también durante la noche no obtendremos energía solar.

Usos de los Sistemas de Generación Solar

1. Puede usarse para cargar baterías.

2. Se utiliza en medidores de luz.

3. Se usa para alimentar calculadoras y relojes de pulsera.

4. Se puede usar en naves espaciales para proporcionar energía eléctrica.

Conclusión: Aunque la célula solar tiene algunas desventajas asociadas, estas desventajas se esperan que se superen a medida que avanza la tecnología. Dado que la tecnología está avanzando, el costo de las placas solares, así como el costo de instalación, disminuirá para que todos puedan permitirse instalar el sistema. Además, el gobierno está poniendo mucho énfasis en la energía solar, por lo que después de algunos años podemos esperar que cada hogar y cada sistema eléctrico estén alimentados por energía solar o renovable.

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