mi parte a exponer

7/24/2019 Mi Parte a Exponer

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1.1 Efecto Fotovoltaico.

Se produce al incidir la radiacin solar (fotones) sobre el material N. La energaque recibe de los fotones, provoca un movimiento catico de electrones en elinterior del material, rompiendo enlaces, algunos de estos electrones

atraviesan la barrera de potencial siendo expulsados fuera del semiconductoral circuito externo. La clula solar es una unin N.

Fig. 4.1 Efecto fotovoltaico mediante el material N.

Deniciones:

- FOTN: !s la partcula portadorade todas las formas de radiacinelectromagntica, inclu"endo los ra"os gamma, losra"os #, la lu$ ultravioleta,la lu$ visible (espectro electromagntico), la lu$ infrarro%a, lasmicroondas"las ondas de radio. !l fotn tiene una masa invariantecero,Nota &" via%a en elvaco con una velocidad constante . 'omo todos los cuantos, el fotn presentatanto propiedades corpusculares como ondulatorias (dualidad ondacorp*sculo). Se comporta como una onda en fenmenos comola refraccinque tiene lugar en una lente, o en la cancelacin por interferenciadestructiva de ondas re+e%adas sin embargo, se comporta como una partculacuando interact*a con la materia para transferir una cantidad -%a de energa,que viene dada por la expresin.

Material N: n Semiconductor tipo N se obtiene llevando a cabo un procesode dopadoa/adiendo un cierto tipo de 0tomos al semiconductor para poder

aumentar el n*mero de portadores de cargalibres (en este caso negativaso electrones).

Material P:n Semiconductor tipo se obtiene llevando a cabo un procesode dopado,a/adiendo un cierto tipo de 0tomos al semiconductor para poderaumentar el n*mero de portadores de carga libres (en este caso positivos o1uecos).

'uando la lu$ solar que incide sobre la $ona ad"acente a la %untura tiene el espectro y nivelde energa requerido por el material (Si), el bombardeo de los fotones crea pares de cargaslibres los que se mueven libremente. 2lgunos de estos pares se recombinan (neutrali$an)
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antes de migrar a la $ona de %untura, pero un elevado porcenta%e de electrones del lado "de 1o"os del lado N ser0n impulsados a travs de la %untura. La direccin del campo elctricoE 1ace que estas cargas no puedan volver, alter0ndose el estado de equilibrio .Las cargaslibres est0n listas para sostener una corriente cuando se conecten el lado N " a una cargaelctrica externa.

ara comprender me%or el efecto fotovoltaico por el cual la radiacin solar se

transforma en electricidad, revisaremos una representacin bidimensional de lared cristalina del silicio, el cual es considerado el semiconductor por excelenciapara aplicaciones fotovoltaicas.

Fig. 4.2 Tres secuencias de la generacin de cargas mediante la radiacin solaren una red cristalina de silicio (Fuente: Edicios Fotovoltaicos onectados a la!ed" #niversidad de $adrid%

'uando un fotn (cuantos de energa de la radiacin luminosa) interact*a conun enlace en la red de silicio, trans-ere su energa a ste. Si la cantidad deenerga es su-ciente, el electrn se libera del enlace " pasa a ser un portadorde carga libre para despla$arse por el cristal, pero cuando la energa del fotnes insu-ciente, la energa transferida se convierte en calor. 2l proceso deincrementar la energa de un electrn desde la que tena en el enlace 1asta laque le permite despla$arse libremente por el cristal se le denomina generacin" al proceso inverso recombinacin, que se produce cuando un electrn librevuelve a formar parte de un enlace " libera la energa en forma de calor.

1.2 Clula Solar.

3e un cristal de silicio, como el descrito 1asta a1ora, no se puede extraerenerga elctrica cuando se le expone a la radiacin solar. La ra$n es que lascargas elctricas generadas mediante la radiacin luminosa no siguen ningunadireccin preferencial de movimiento. Se mueven de forma err0tica por elcristal " son r0pidamente atrapadas por los enlaces insatisfec1os, es decir, se

recombinan.ara poder construir una clula solar efectiva es necesario impuri-car de formacontrolada el cristal de silicio el cual posee 4 electrones de valencia.5ntroducindole dos tipos de impure$as en mu" peque/a cantidad respecto aln*mero total de 0tomos de silicio, con lo que no modi-can sustancialmente lared cristalina. Los dos elementos que se utili$an para impuri-car el siliciotienen 6 " 7 electrones de valencia, respectivamente es 1abitual utili$ar boro "fsforo para cada caso porque sus 0tomos tienen un tama/o similar al del


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silicio. !l procedimiento de impuri-cacin, denominado dopa%e, se reali$a sobreun cristal que en su fabricacin "a se impuri-c con uno de los dos elementos.!l otro se a/ade de forma que cada lado del cristal en forma de oblea contengaun tipo de impure$a, -nalmente en la 8igura 6.6, se esquemati$a el resultado.

Fig. 4.& Estructura 'sica de una c)lula solar.

!n de-nitiva, cuando se estabili$a la unin N, se produce un dipolo elctricoen torno a la $ona de unin " con esto una diferencia de potencial o volta%egenerado.Si sobre un cristal con una unin N incide una radiacin luminosa, las cargaselctricas (corriente) generadas seguir0n la direccin impuesta por el campoelctrico de tal modo que pueden extraerse por los contactos met0licos delcristal 1acia el exterior este dispositivo electrnico es una clula solar. !n la8igura 6.4 se muestra el esquema de una clula real con sus respectivos

contactos met0licos " una fotografa de una clula comercial de100mm

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.

Fig. 4.4 *a c)lula solar" es+uema 'sico , fotografa de una c)lula comercial.


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1.3 Tipos de Clulas.

Clula de Silicio onocristalino.

Las clulas solares de silicio monocristalino se fabrican a

partir de un *nico cristal de silicio extrado de un ba/o desilicio fundido. 3urante el proceso de fabricacin de lasclulas, las l0minas de silicio obtenidas a partir de este *nicocristal cilndrico son tratadas 1asta convertirlas en clulassolares de silicio monocristalino. !n comparacin con lasclulas de silicio multicristalino, la fabricacin de una clulade silicio monocristalino resulta m0s comple%a " costosa.

Clula de Silicio !olicristalino.Las clulas solares de silicio multicristalino se fabrican apartir de silicio solar fundido en bloques. 3e ese procesoresultan cristales de tama/o relativamente grande conlmites intercristalinos claramente visibles. 3e losbloques de silicio se extraen en primer lugar unosbloques rectangulares, a partir de los cuales se cortanlas l0minas de silicio que posteriormente se procesar0npara la fabricacin de las clulas solares de siliciomulticristalino.

Clula de Silicio "morfo.

Las clulas solares de silicio amorfo se llamantambin clulas solares de capa delgada. !l silicioproduce durante su transformacin en un gas que sepro"ecta en una l0mina de cristal. La capa de siliciotiene un espesor de solo de &9&:: de un pelo1umano. !sta tecnologa es m0s barata que las otraspero menos e-ca$. Sin embargo, este tipo de silicio

ideal para -%ar a muc1os materiales +exibles comopor e%emplo te%as o puede ser utili$ado paraaplicaciones dnde la +exibilidad es m0s importante que el rendimiento. !s laclula de las calculadoras " relo%es.


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La ma"ora de las clulas solares actualmente en el comercio son de Siliciomono o policristalino, " silicio amorfo. !l primer tipo aunque su proceso deelaboracin es complicado, es m0s e-ciente. ;ambin 1an aparecidos lasclulas


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1.# !roceso de Fabricaci$n de Clulas Solares.

3e forma mu" resumida, el proceso de fabricacin de una clula mono opolicristalina se puede dividir en las siguientes fases>

!rimera Fase% &'btenci$n del Silicio(.

2 partir de las rocas ricas en cuar$o (formadas principalmente por Si? =, mu"abundantes en la naturale$a) " mediante el proceso de reduccin con carbono,se obtiene Silicio con una pure$a aproximada del @@A, que no resulta su-cientepara usos electrnicos " que se suele denominar Silicio de gradometalrgico.

La industria de semiconductores puri-ca este Silicio por procedimientosqumicos, normalmente destilaciones de compuestos colorados de Silicio, 1astaque la concentracin de impure$as es inferior al :.= partes por milln. !l

material as obtenido suele ser llamado Silicio grado semiconductor"aunque tiene un grado de pure$a superior al requerido en muc1os casos por lasclulas solares, 1a constituido la base del abastecimiento de materia primapara aplicaciones solares, representando en la actualidad casi las tres cuartaspartes del abastecimiento de las industrias de fabricacin de clulas.

Sin embargo, para usos espec-camente solares, son su-cientes (dependiendodel tipo de impure$a " de la tcnica de cristali$acin), concentraciones deimpure$as del orden de una parte por milln. 2l material de esta concentracinse le suele denominar Silicio grado solar.

!xisten actualmente tres posibles procedimientos en distintas fases deexperimentacin para la obtencin del Silicio grado solar, que proporcionan unproducto casi tan e-ca$ como el del grado semiconductor a un costesensiblemente menor.

Segunda Fase% &Cristali)aci$n(.

na ve$ fundido el Silicio, se inicia la cristali$acin a partir de una semilla.3ic1a semilla es extrada del silicio fundido, este se va solidi-cando de formacristalina, resultando, si el tiempo es su-ciente, un monocristal. !lprocedimiento m0s utili$ado en la actualidad es el convencional mtodo

Czochralsky* pudindose emplear tambin tcnicas de colado. !l Siliciocristalino as obtenido tiene forma de lingotes. ;ambin se plantean otrosmtodos capaces de producir directamente el Silicio en l0minas a partir detcnicas basadas en la epitaxia, en crecimiento sobre soporte o cristali$acin apartir de Si mediante matrices.

Se obtienen principalmente dos tipos de estructuras> unala monocristalina(con un *nico frente de cristali$acin) " la otra


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la policristalina(con varios frentes de cristali$acin, aunque con unasdirecciones predominantes). La diferencia principal radica en el grado depure$a del silicio durante el crecimiento9recristali$acin.

Tercera Fase% &'btenci$n de 'bleas(.

!l proceso de corte tiene gran importancia en la produccin de las l0minasobleas a partir del lingote, "a que supone una importante prdida de material(que puede alcan$ar el 7:A). !l espesor de las obleas resultantes suele ser delorden de =4mm.

Cuarta Fase% &Fabricaci$n de la Clula y los $dulos(.

na ve$ obtenida la oblea, es necesario me%orar su super-cie, que presentairregularidades " defectos debidos al corte, adem0s de retirar de la misma los

restos que puedan llevar (polvo, virutas), mediante el procesodenominado decapado.

'on la oblea limpia, se procede al te+turi)ado de la misma (siempre paraclulas monocristalinas, "a que las clulas policristalinas no admiten este tipode procesos), aprovec1ando las propiedades cristalinas del Silicio para obteneruna super-cie que absorba con m0s e-ciencia la radiacin solar incidente.

osteriormente se procede a la formaci$n de una uni$n !,mediantedeposicin de distintos materiales (compuestos de fsforo para las partes N "compuestos de boro para las partes , aunque normalmente, las obleas "a

est0n dopadas con boro), " su integracin en la estructura del silicio cristalino.

!l siguiente paso es la formacin de los contactos met-licosde la clula, enforma de re%illa en la cara iluminada por el Sol, " contin*o en la cara posterior.La formacin de los contactos en la cara iluminada se reali$amediante tcnicas serigr-cas, empleando m0s reciente mentela tecnologa l-serpara obtener contactos de me%or calidad " rendimiento.

!l contacto met0lico de la cara sobre la cual incide la radiacin solar sueletener forma de re%illa, de modo que permita el paso de la lu$ " la extraccin decorriente simult0neamente. La otra cara est0 totalmente recubierta de metal.

na clula individual normal, con un 0rea de unos B7cm =" su-cientementeiluminada es capa$ de producir una diferencia de potencial de :.4C " unapotencia de &D.

8inalmente, puede procederse a a/adir una capa antirre/e+ivasobre laclula, con el -n de me%orar las posibilidades de absorcin de la radiacin solar.


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na ve$ concluidos los procesos sobre la clula, se procede a su comprobacin,previamente a su encapsulado, interconexin " monta%e en los mdulos.

Fig. 4.0 roceso de Fa'ricacin de las )lulas olares.

ET'0' de C)ocralsi

!l mtodo consiste en tener un crisol (generalmente de cuar$o) que contiene el

semiconductor fundido, por e%emplo germanio. La temperatura se controla para que

est %ustamente por encima del punto de fusin" no empiece a solidi-carse. !n el

crisol se introduce una varilla que gira lentamente " tiene en su extremo un peque/o

monocristal del mismo semiconductor que act*a como semilla. 2l contacto con la

super-cie del semiconductor fundido, ste se agrega a la semilla, solidi-c0ndose con

su red cristalina orientada de la misma forma que aquella, con lo que el monocristal

crece. La varilla se va elevando ", colgando de ella, se va formando un monocristal

cilndrico. 8inalmente se separa el lingote de la varilla " pasa a la fusin por $onasparapuri-carlo. 2l controlar con precisin los gradientes de temperatura, velocidad de

traccin " de rotacin, es posible extraer un solo cristal en forma de lingotes cilndricos.

'on el control de esas propiedades se puede regular el grosor de los lingotes.
https://es.wikipedia.org/wiki/Germaniohttps://es.wikipedia.org/wiki/Punto_de_fusi%C3%B3nhttps://es.wikipedia.org/wiki/Fusi%C3%B3n_por_zonashttps://es.wikipedia.org/wiki/Germaniohttps://es.wikipedia.org/wiki/Punto_de_fusi%C3%B3nhttps://es.wikipedia.org/wiki/Fusi%C3%B3n_por_zonas


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2 "S!ECT'S "4E,T"5ES 6E5"C4',"0'SC', 5" F7E,TE 0E E,E689"F'T':'5T"4C".

La energa solar fotovoltaica, al igual que otras energas renovables,constitu"e, frente a los combustibles fsiles, una fuente inagotable, contribu"eal autoabastecimiento energtico nacional " es menos per%udicial para el medioambiente, evitando los efectos de su uso directo (contaminacin atmosfrica,residuos, etc.) " los derivados de su generacin (excavaciones, minas,canteras, etc.).

La fabricacin de un panel solar requiere tambin la utili$acin de materialescomo aluminio (para los marcos), vidrio (como encapsulante), acero (paraestructuras) etc., siendo estos componentes comunes con la industriaconvencional. !l progresivo desarrollo de la tecnologa de fabricacin deestructuras " paneles solares supondr0 una reduccin del impacto ambientaldebido a estos conceptos.

!n la produccin del panel solar se produce un gasto energtico que generaresiduos, como partculas de N?x, S?=, '?= etc. !sto se debe a que la energautili$ada en la fabricacin del panel solar tiene su origen en la me$cla defuentes energticas convencionales del pas de fabricacin. Sin embargo,podemos a-rmar que la emisin de estas sustancias debida a la fabricacin depaneles solares es reducida, en comparacin con la disminucin en la emisinde sustancias de este tipo que supone la produccin de electricidad por mediosfotovoltaicos, en ve$ de con fuentes convencionales de energa.

Los efectos de la energa solar fotovoltaica sobre los principales factoresambientales son los siguientes>

- Clima%la generacin de energa elctrica directamente a partir de la lu$solar no requiere ning*n tipo de combustin, por lo que no se producepolucin trmica ni emisiones de '?= que favore$can el efectoinvernadero. !n cuanto al EroboF de radiacin solar por parte de lospaneles al medio ambiente circundante que, en teora podra modi-carel microclima local, es necesario recordar que aproximadamente slo el&:A de la energa solar incidente por unidad de tiempo sobre lasuper-cie del campo fotovoltaico es transformada " transferida a otro

lugar en forma de energa elctrica, siendo el @:A restante re+e%ada otransferida a travs de los mdulos.

- 8eologa% Las clulas fotovoltaicas se fabrican con silicio, elementoobtenido de la arena, mu" abundante en la Naturale$a " del que no serequieren cantidades signi-cativas. or lo tanto, en la fabricacin de lospaneles fotovoltaicos no se producen alteraciones en las caractersticaslitolgicas, topogr0-cas o estructurales del terreno.


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- Suelo%al no producirse ni contaminantes, ni vertidos, ni movimientos detierra, la incidencia sobre las caractersticas fsicoqumicas del suelo osu erosin es nula.

!n el primer caso, el territorio utili$ado puede reducirse casi a cero porque los

paneles pueden ser instalados sobre terrenos "a ocupados, como te%ados,fac1adas " terra$as de los edi-cios existentes, cubiertas de aparcamientos o,normalmente, de 0reas de descanso, bordes de autopistas, etc. !l potencialpara la utili$acin descentrali$ada de los sistemas fotovoltaicos puedeconsiderarse, por lo tanto, bastante amplio.

- "guas superciales y subterr-neas%No se produce alteracin de losacuferos o de las aguas super-ciales ni por consumo, ni porcontaminacin por residuos o vertidos.

- Flora y fauna% la repercusin sobre la vegetacin es nula, ", al

eliminarse los tendidos elctricos, se evitan los posibles efectosper%udiciales para las aves.

- !aisa;e%!l impacto visual est0 relacionado con la orientacin de estassuper-cies respecto a los posibles puntos de observacin " puedeminimi$arse respetando unas distancias oportunas respecto a los centros1abitados, las carreteras etc., o utili$ando elementos como 0rboles osetos entre los paneles " los puntos de observacin, respetando, en todocaso, la exigencia de evitar sombras indeseadas en el campofotovoltaico.

!n algunos casos, los sistemas fotovoltaicos pueden rec1a$arse por

cuestiones estticas. !n general, el impacto visual depende sobre tododel tama/o del sistema. !l tama/o no representa un problema en el casode su utili$acin descentrali$ada, "a que los sistemas pueden estar bienintegrados sobre los te%ados o en las fac1adas de los edi-cios.

Los sistemas fotovoltaicos de tama/o medio o grande pueden, en cambio,tener un impacto visual no evitable, que depende sensiblemente del tipo depaisa%e (de su valor).

- 6uidos% el sistema fotovoltaico es absolutamente silencioso, lo querepresenta una clara venta%a frente a los generadores de motor enviviendas aisladas.

- edio social> !l suelo necesario para instalar un sistema fotovoltaicode dimensin media, no representa una cantidad signi-cativa como paraproducir un grave impacto. 2dem0s, en gran parte de los casos, sepueden integrar en los te%ados de las viviendas.

?tros impactos ambientales de esta fuente energtica est0n relacionados conlas infraestructuras necesarias para la operacin de la !S8C. Gui$0s el factorm0s conocido " esgrimido contra la !S8C es la ocupacin de espacio por partede los paneles solares no integrados en la arquitectura. Ha" que a/adir


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tambin la ocupacin de terreno debido a carreteras, lneas de transmisininstalaciones de acondicionamiento " almacenamiento de energa,subestaciones etc. !stos factores afectan, esencialmente a las grandescentrales 8C. 3esde el movimiento ecologista, apostamos por un desarrolloprioritario de la !S8C integrada en la arquitectura " de un modo m0s simple,aprovec1ando la super-cie de te%ados " fac1adas "a disponibles.

!s evidente que ni siquiera las tecnologas poco contaminantes, como lafotovoltaica, est0n exentas de conllevar impactos al medio ambiente "encuentran di-cultades de aceptacin por parte de la poblacin. Sin embargo,la magnitud " la signi-cacin de estos sistemas son claramente inferiores a losde otras tecnologas de produccin de energa tradicionales, aunque a vecespuedan provocar oposiciones difciles de superar.


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2.1 :enta;as y 0esventa;as de la Energa Fotovoltaica.

Los sistemas fotovoltaicos 1an demostrado su capacidad para proveer energaelctrica a sitios aislados de la red convencional. Sin embargo, la tecnologa

fotovoltaica no es siempre la solucin m0s adecuada a todos los problemas deelectri-cacin rural de nuestros pases. 3ependiendo del caso en particular, laextensin de la red convencional, el empleo de aerogeneradores o el uso depeque/as centrales 1idroelctrica, pueden ser alternativas v0lidas. 'omo reglageneral, antes de comprar cualquier equipo se debe evaluar detenidamente siste es la me%or opcin o no a un caso particular. 5ncluso, aun cuando "a se1a"a decido utili$ar la opcin fotovoltaica, el tipo de sistemas que se instalar0('3, '2 o 'entrali$ado) es una decisin mu" importante que se debe tomar apartir de las necesidades energticas actuales " futuras " de la disponibilidadeconmica.

2 continuacin se mencionar0n las venta%as " desventa%as que los sistemasfotovoltaicos presentan en la regin.

:enta;as%

!l 0rea de 2mrica 'entral dispone de abundante radiacin solar.

La tecnologa fotovoltaica permite soluciones modulares " autnomas.

La operacin de los sistemas fotovoltaicos es amigable con el medioambiente.

Los sistemas tienen una vida *til larga (m0s de =: a/os).

!l mantenimiento de los sistemas fotovoltaicos es sencillo " tiene costosmu" ba%os.

Los sistemas fotovoltaicos 1an experimentado una reduccin de preciosque los 1ace m0s accesibles para las poblaciones rurales " se esperaque sigan ba%ando.

La tecnologa de equipos " sistemas fotovoltaicos 1a alcan$ado un gradode madure$ que posibilita su utili$acin para resolver con-ablemente losproblemas energticos de nuestros pases.

!n los siete pases de 2mrica 'entral "a existen distribuidores deequipos fotovoltaicos que ofrecen sus productos " la instalacin de losmismos.

La instalacin de los sistemas fotovoltaicos individuales es simple, r0pida" slo requiere de 1erramientas " equipos de medicin b0sicos.


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0esventa;as.

La inversin inicial es alta con respecto de la capacidad de pago de unagran ma"ora de las familias rurales.

La cantidad de energa producida es limitada " alcan$a solamente paralas necesidades b0sicas de electricidad.

La disponibilidad de energa es variable " depende de las condiciones

atmosfricas.

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