Cada vez más personas utilizan la energía solar para ahorrar costes energéticos y aliviar el medio ambiente. Pero, ¿cómo funciona realmente un sistema de celdas solares? La función del sistema fotovoltaico es básicamente la misma, independientemente de si se trata de un pequeño sistema solar en una casa unifamiliar o un sistema industrial.
En principio, un sistema solar fotovoltaico conectado a la red funciona de manera muy simple:
- Mientras la luz incide sobre las células solares, generan corriente continua a partir de ellas.
- Las células solares individuales están interconectadas para formar módulos solares más grandes.
- Los módulos solares individuales están a su vez interconectados para formar un generador solar.
- La corriente continua generada se convierte en corriente alterna con la ayuda del inversor.
- Gracias a la conversión, la corriente alterna se puede alimentar directamente a la red eléctrica pública o privada, reduciendo así sus propios costes de electricidad.
¿Cómo funciona la célula solar individual de un sistema solar fotovoltaico?
Casi el 95 por ciento de todas las células solares están hechas de silicio de arena de cuarzo. El silicio es uno de los elementos naturales más comunes que se encuentran en el estrato terrestre, el silicio se considera inagotable. Para formar una oblea de silicio a partir de la arena de cuarzo, origen natural del silicio, la arena de cuarzo debe primero limpiarse y cristalizarse. Luego, el producto terminado se corta en obleas, se contamina de manera selectiva y se le proporcionan pistas conductoras. Estas son necesarias para transportar electricidad.
Si la luz incide sobre la oblea de silicio, se liberan electrones. Para poder utilizar estos electrones, la parte superior e inferior de cada celda individual deben estar específicamente contaminadas con diferentes átomos extraños. Aquí se utilizan a menudo boro y fósforo. Gracias a la contaminación dirigida de la celda, los electrones (portadores de carga negativa) se acumulan en un lado y los protones (portadores de carga positiva) en el otro lado. De esta forma, se crean un polo positivo y negativo, que se pueden comparar con una batería. Si luego se conecta un dispositivo de consumo, la corriente fluye.
Las celdas pequeñas son tan funcionales que pueden generar electricidad incluso con niveles de luz bajos, como cuando hay mal tiempo o están los cielos nublados. Sin embargo, la intensidad de la corriente es siempre proporcional a la intensidad de la luz incidente. Análogamente, esto significa:
Cuanto mayor es la radiación solar, más energía solar produce el sistema fotovoltaico.
Sin embargo, el voltaje de la célula solar se comporta independientemente de la incidencia de la luz o la radiación solar. El voltaje de una celda de silicio es continuamente de 0,6 voltios. Sin embargo, la fuerza de la corriente depende del tamaño de la celda. Una celda solar común que mide 15 x 15 centímetros genera un promedio de alrededor de 5,5 amperios de electricidad. Con total incidencia de luz, una sola celda tiene una potencia de alrededor de 3,4 vatios.
Diferentes tecnologías de células solares de un sistema solar fotovoltaico
Generalmente hay tres tipos de células diferentes. Los tipos de cristal incluyen:
- Las Células solares monocristalinas
- Las Células solares tipo policristalinas
- Las Células solares amorfas
La célula solar monocristalina
Las células de silicio monocristalino están hechas de un material semiconductor de alta pureza. Se extraen barras monocristalinas de la masa fundida de silicio y luego se cortan en rodajas finas de 0,25 milímetros. Este proceso de fabricación especial garantiza un alto nivel de eficiencia. La eficiencia de la célula solar monocristalina alcanza entre el 14 y el 16 por ciento.
La célula solar policristalina
Las células policristalinas son algo más económicas de fabricar. Para la producción de células solares policristalinas, primero se vierte silicio líquido en bloques. Al solidificarse, una estructura típica de flor de hielo emerge de una gran cantidad de cristales individuales. Esta estructura cristalina se forma en diferentes tamaños. Los defectos aparecen en los límites exteriores. Debido a estos defectos cristalinos, la eficiencia de una célula solar policristalina es solo del 13 al 15 por ciento. Por tanto, la célula solar monocristalina es más eficaz que la célula solar policristalina.
Las células solares amorfas / células de película delgada
Las células solares amorfas también se conocen como células de película fina. Durante la producción, los semiconductores fotoactivos se aplican como una capa delgada a un panel de vidrio. Conectadas directamente a los módulos, las células solares amorfas se sellan herméticamente con una segunda placa de vidrio. El espesor de las capas es inferior a 1 µm. Debido a los menores costos de material, los costos de producción también son esencialmente menores.
Los módulos solares de película delgada son una opción económica para usar energía solar, sin embargo, la eficiencia de una celda de película delgada es solo del 6 al 8 por ciento. Se puede lograr un grado ligeramente mayor de eficiencia de la celda de película delgada con nuevos materiales, por ejemplo. Estos incluyen telururo de cadmio y diseleniuro de cobre e indio. La eficiencia de una celda de película delgada se puede aumentar del 8 al 10 por ciento.
Módulo solar de un sistema de celdas solares
Para diseñar el módulo solar, las células solares individuales están interconectadas y empaquetadas a prueba de intemperie. Como es habitual, los módulos solares están protegidos desde arriba con un panel de vidrio. Se coloca una película protectora sobre los módulos solares desde abajo. Quedan pequeños espacios entre las células solares a través de los cuales se puede mirar. Características de los módulos solares:
- Los módulos solares individuales se ofrecen en diferentes tamaños. Desde unos pocos vatios hasta 300 vatios de potencia.
- En promedio, los módulos tienen una potencia de entre 130 y 250 vatios. Todos los módulos solares se fabrican según las normas vigentes y están sujetos a un seguimiento constante. Esto garantiza la máxima calidad.
- Con un peso de 10 a 15 kilogramos por metro cuadrado, un módulo solar es uno de los más ligeros.
El tamaño del módulo solar puede variar. Sin embargo, los tamaños de hasta 3 metros cuadrados no son infrecuentes. Las tejas solares ahora también están disponibles en el mercado. Estos se montan en el techo como tejas ordinarias.
¿Cómo funciona el módulo de un sistema solar?
Los módulos solares de un sistema fotovoltaico convierten la luz solar en energía eléctrica. La luz del sol provoca un voltaje eléctrico cuando golpea la celda solar. Esto ya está eliminado en la superficie. Varias células solares están intercaladas eléctricamente entre sí en un módulo solar de un sistema fotovoltaico. La tensión eléctrica se suma en serie. Cada celda individual tiene aproximadamente 0,6 voltios.
Un módulo común con alrededor de 60 celdas genera un voltaje de módulo de alrededor de 36 voltios en total de esta manera. Los módulos solares más utilizados son el silicio cristalino. El silicio de alta pureza, que se obtiene de la arena de cuarzo, se procesa posteriormente para este propósito.
La eficiencia de un módulo solar está entre el 11 y el 16 por ciento. Por ejemplo, los módulos de silicio puro cristalino se utilizan como estándar en los sistemas de techo. Si se utilizan módulos de película fina, la eficiencia es significativamente menor. Para los módulos de película delgada, es un máximo del 9 por ciento. Debido a sus costos extremadamente bajos, los módulos de película delgada son particularmente adecuados para el funcionamiento de grandes sistemas en los que el consumo de espacio es completamente secundario.
