Características de una Célula Solar y Parámetros de una Célula Solar

La célula solar es la unidad básica del sistema de generación de energía solar, donde la energía eléctrica se extrae directamente de la energía luminosa sin ningún proceso intermedio. El funcionamiento de una célula solar depende exclusivamente de su efecto fotovoltaico, por lo que también se conoce como célula fotovoltaica. Una célula solar es básicamente un dispositivo semiconductor. La célula solar produce electricidad cuando la luz incide sobre ella y el voltaje o diferencia de potencial establecida entre los terminales de la célula está fijado en 0.5 voltios y es casi independiente de la intensidad de la luz incidente, mientras que la capacidad de corriente de la célula es proporcional a la intensidad de la luz incidente así como al área expuesta a la luz. Cada una de las células solares tiene un terminal positivo y uno negativo, como todas las demás baterías. Típicamente, una célula solar o fotovoltaica tiene un contacto frontal negativo y un contacto trasero positivo. Una unión p-n de semiconductores está en medio de estos dos contactos.

Cuando la luz solar incide en la célula, algunos fotones de la luz son absorbidos por la célula solar. Algunos de los fotones absorbidos tendrán una energía mayor que la brecha energética entre la banda de valencia y la banda de conducción en el cristal semiconductor. Por lo tanto, un electrón de valencia obtiene energía de un fotón y se excita, saltando fuera del enlace y creando un par electrón-agujero. Estos electrones y agujeros de los pares e-h se llaman electrones y agujeros generados por la luz. Los electrones generados por la luz cerca de la unión p-n migran al lado n de la unión debido a la fuerza electrostática del campo a través de la unión. De manera similar, los agujeros generados por la luz creados cerca de la unión migran al lado p de la unión debido a la misma fuerza electrostática. De esta manera, se establece una diferencia de potencial entre los dos lados de la célula y, si estos dos lados están conectados por un circuito externo, comenzará a fluir corriente desde el terminal positivo al negativo de la célula solar. Este fue el principio básico de funcionamiento de una célula solar, ahora discutiremos diferentes parámetros de una célula solar o fotovoltaica, sobre los cuales depende la calificación de un panel solar. Durante la elección de una célula solar específica para un proyecto particular, es esencial conocer las calificaciones de un panel solar. Estos parámetros nos indican cómo de eficientemente una célula solar puede convertir la luz en electricidad.

Corriente de Cortocircuito de la Célula Solar

Es la corriente máxima que una célula solar puede entregar sin dañar su propia estructura. Se mide cortocircuitando los terminales de la célula en las condiciones más optimizadas de la célula para producir la salida máxima. Utilizo el término "condiciones optimizadas" porque, para una superficie expuesta de la célula fija, la tasa de producción de corriente en una célula solar también depende de la intensidad de la luz y del ángulo al que la luz incide en la célula. Dado que la producción de corriente también depende del área de la superficie de la célula expuesta a la luz, es mejor expresar la densidad de corriente máxima en lugar de la corriente máxima. La densidad de corriente máxima o densidad de corriente de cortocircuito no es más que la relación entre la corriente máxima o de cortocircuito y el área expuesta de la célula.

Donde, Isc es la corriente de cortocircuito, Jsc es la densidad de corriente máxima y A es el área de la célula solar.

Voltaje de Circuito Abierto de la Célula Solar

Se mide midiendo el voltaje a través de los terminales de la célula cuando no hay carga conectada a la célula. Este voltaje depende de las técnicas de fabricación y la temperatura, pero no de la intensidad de la luz ni del área de superficie expuesta. Normalmente, el voltaje de circuito abierto de la célula solar es aproximadamente 0.5 a 0.6 voltios. Se denota normalmente por Voc.

Punto de Máxima Potencia de la Célula Solar

Es la máxima potencia eléctrica que una célula solar puede entregar en sus condiciones de prueba estándar. Si dibujamos las características v-i de una célula solar, la máxima potencia ocurrirá en el punto de inflexión de la curva característica. Se muestra en las características v-i de la célula solar por Pm.

Corriente en el Punto de Máxima Potencia

Es la corriente en la que ocurre la máxima potencia. La corriente en el punto de máxima potencia se muestra en las características v-i de la célula solar por Im.

Voltaje en el Punto de Máxima Potencia

Es el voltaje en el que ocurre la máxima potencia. El voltaje en el punto de máxima potencia se muestra en las características v-i de la célula solar por Vm.

Factor de Relleno de la Célula Solar

Es la relación entre el producto de la corriente y el voltaje en el punto de máxima potencia y el producto de la corriente de cortocircuito y el voltaje de circuito abierto de la célula solar.

Eficiencia de la Célula Solar

Se define como la relación entre la potencia eléctrica máxima de salida y la potencia de radiación de entrada a la célula y se expresa en porcentaje. Se considera que la potencia de radiación en la Tierra es de aproximadamente 1000 vatios por metro cuadrado, por lo que si el área expuesta de la célula es A, entonces la potencia total de radiación en la célula será de 1000 A vatios. Por lo tanto, la eficiencia de una célula solar puede expresarse como

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