Placa solar fotovoltaica

Placa solar fotovoltaica

Este tipo de placa fue toda una revolución cuando la inventaron. Cuando fue implementada en los primeros edificios, esto hizo que se por primera vez existiese la posibilidad de poder generar toda la energía suficiente in situ como para poder abastecer las necesidades propias del edificio. El sistema de funcionamiento de este tipo de placa se basa en que la energía de la radiación solar se va transmitiendo a los electrones que contienen los materiales semiconductores de las placas, que consiguen de este modo separarse del núcleo y así trasladarse, de esta manera crear una corriente eléctrica.

Las placas solares fotovoltaicas están compuestas de celdas que se encargan de convertir la luz en electricidad. Estas celdas va sacando provecho del llamado efecto fotovoltaico, proceso en el cual la energía luminosa va produciendo tanto cargas positivas como cargas negativas en dos semiconductos que están próximos pero de distinto tipo, de forma que con esto se genera un campo eléctrico el cual es capaz de generar corriente. La placa solar fotovoltaica también puede usarse en vehículos solares. A nivel mundial existe un parámetro estándar mediante el cual se clasifica su potencia, este es denominado potencia pico, el cual corresponde con la potencia máxima que el módulo puede dar bajo ciertas condiciones que son estandarizadas, a saber:

  • Radiación de 1000 W/m².
  • Temperatura de célula de 25 grados.

La efectividad de esta placa es mayor en cuanto mayores sean los cristales que la componen, pero también se toman en cuenta su peso, grosor y costo. El costo de las placas se ha estado reduciendo constantemente desde que fueran fabricadas las primeras células solares comerciales y también su coste como instrumento de generación de electricidad es también competitivo con las otras fuentes convencionales de generación de energía en un creciente número de regiones geográficas.

Funcionamiento de la placa solar fotovoltaica

Fotones provenientes de la radiación del sol, van impactando sobre la primera superficie de la placa, tras esto penetra en él y son absorbidos por los materiales semiconductores de la placa, a saber, el silicio o también el arseniuro de galio.

De modo que, los electrones, (estas son subpartículas atómicas las cuales forman gran parte del exterior de los átomos), van siendo golpeados por los fotones provocando la liberación de los átomos en lo que se encontraban confinados originalmente.

Esto hace que de manera posterior, circule a través del material y por lo tanto producir electricidad. Así que las cargas positivas que son complementarias, que se van creando en los átomos que pierden los electrones, son llamados huecos y estos recorren en el sentido contrario al de los electrones en la placa solar.

Es digno de mención que, así como el flujo de electrones pertenecen a cargas reales, es decir, a ciertas cargas que van asociadas al desplazamiento verdadero de la masa, estos denominados huecos, son en realidad, cargas que se pueden llamar virtuales debida a que no implican ningún desplazamiento de masa real.

Luego hay una agrupación de placas solares que transforman la energía proveniente del sol, es decir, energía en forma de radiación y que además es dependiente de la frecuencia de los fotones, en un cantidad considerable de corriente continua, la cual es llamada también DC (en inglés es Direct Current, término que se refiere a un tipo de corriente eléctrica la cual es descrita como un movimiento de cargas que van en una dirección y también en un solo sentido, recorriendo un circuito. Los -modelectrones van moviéndose desde los potenciales más bajos, hasta los potenciales más altos).

De forma opcional:

  • La corriente continua es llevada a un circuito electrónico denominado conversor (inversor) el cual transforma la corriente continua en una corriente alterna (AC) la cual puede ser de 120 o 240 voltios.
  • La potencia de la corriente alterna luego entra en el panel eléctrico del hogar.
  • La electricidad que se genera es distribuida casi siempre, a la línea de distribución de los dispositivos usados para iluminar en el hogar, debido a que estos no consumen energía en exceso y, además, son los apropiados para funcionen de forma correcta con la corriente que es generada por la placa.
  • No existe pérdida de electricidad puesto que la que no es usada, se enruta para que sea aprovechada en otras instalaciones.

Fabricación de la placa solar fotovoltaica

Para la fabricación de la placa solar, de la arena común, pero con una alta concentración de silicio, es obtenido de manera inicial una barra de este material, a saber, silicio, lo cual no contiene ninguna estructura cristalina, es decir, es amorfa, una vez que han sido divididos sus dos principales componentes básicos y que contiene gran cantidad de impurezas.

A través de un método electrónico, con el cual también se puede erradicar las impurezas, la barra de silicio amorfo, pasa por un proceso de transformación para convertirlo en una estructura monocristalina, esta posee propiedades de aislante eléctrico debido a que está formada por una amplia red de uniones atómicas, las cuales su estabilidad es muy alta.

Luego, con el material que se encuentra totalmente libre de impureza porque se existe aunque sea una pequeña impureza lo hace completamente inservible, es cortado en finas láminas de un espesor de apenas una sola décima de milímetro.

Estas finas láminas, pasan a ser entonces fotograbadas en pequeñas celdas las cuales tienen polaridades tanto positivas como negativas; en donde la polaridad positiva se obtiene a través de introducir lo que en electrónica se conoce como huecos, es decir, ciertas impurezas las cuales están compuestas por átomos que en su “capa de valencia” solo llevan 3 electrones (faltándole uno solo para estar estable). En contra parte, en la zona negativa se lleva a cabo un proceso muy semejante al de la zona positiva, pero aquí particularmente, las impurezas que se van inyectando son átomos que en la capa valencia llevan 5 electrones, es decir, que en la conocida estructura de cristal está sobrando un electrón (por este motivo es que se lo conoce como carga negativa, por la sobre de un electrón).

El conjunto de estos dos materiales, es decir, positivos y negativos, forman un diodo, donde el mismo tiene la particularidad de permitir el paso de la corriente eléctrica hacia un sentido, pero de forma contraria no, y si bien los diodos pueden ser utilizados para poder rectificar la corriente eléctrica, en este caso particular, permitiendo que existe una entrada de luz en la estructura cristalina, de este modo se produce un movimiento de electrones en el interior del material, debido a esto es que el diodo se le conoce como “fotodiodo” o “célula fotoeléctrica”.

Uso de la placa solar fotovoltaica

Desde que este apareció gracias a la industria espacial, ha ganado bastante terreno hasta convertirse en el medio más confiable para suplir de energía eléctrica, ya sea a un satélite o a una sonda que se encuentre orbitando en nuestro sistema solar, debido a que se aprovecha de la mayor irradiación del sol sin que exista algún impedimento por parte de la atmosfera y también por su alta relación potencia a peso.

A través de un método electrónico, con el cual también se puede erradicar las impurezas, la barra de silicio amorfo, pasa por un proceso de transformación para convertirlo en una estructura monocristalina, esta posee propiedades de aislante eléctrico debido a que está formada por una amplia red de uniones atómicas, las cuales su estabilidad es muy alta.

Placa solar fotovoltaica

Luego, con el material que se encuentra totalmente libre de impureza porque se existe aunque sea una pequeña impureza lo hace completamente inservible, es cortado en finas láminas de un espesor de apenas una sola décima de milímetro.

Estas finas láminas, pasan a ser entonces fotograbadas en pequeñas celdas las cuales tienen polaridades tanto positivas como negativas; en donde la polaridad positiva se obtiene a través de introducir lo que en electrónica se conoce como huecos, es decir, ciertas impurezas las cuales están compuestas por átomos que en su “capa de valencia” solo llevan 3 electrones (faltándole uno solo para estar estable). En contra parte, en la zona negativa se lleva a cabo un proceso muy semejante al de la zona positiva, pero aquí particularmente, las impurezas que se van inyectando son átomos que en la capa valencia llevan 5 electrones, es decir, que en la conocida estructura de cristal está sobrando un electrón (por este motivo es que se lo conoce como carga negativa, por la sobre de un electrón).

El conjunto de estos dos materiales, es decir, positivos y negativos, forman un diodo, donde el mismo tiene la particularidad de permitir el paso de la corriente eléctrica hacia un sentido, pero de forma contraria no, y si bien los diodos pueden ser utilizados para poder rectificar la corriente eléctrica, en este caso particular, permitiendo que existe una entrada de luz en la estructura cristalina, de este modo se produce un movimiento de electrones en el interior del material, debido a esto es que el diodo se le conoce como “fotodiodo” o “célula fotoeléctrica”.

Placa solar fotovoltaica

Y hablando en cuanto al ámbito terrestre, es utilizado muy comúnmente para suplir de energía a muchos aparatos que funcionan autónomamente, también para abastecer de energía tanto a refugios como a casas que se encuentran completamente aisladas de la red de energía eléctrica, también para poder generar energía en escala macro mediante redes de distribución. Motivado al crecimiento de la demanda de energías renovables, la elaboración de las células solares y la estalación de la placa solar fotovoltaica ha avanzado vertiginosamente en los últimos años. Y a forma de experimento ha sido usado para proveer de energía a autos solares, teniendo como ejemplo al World Solar Challenge mediante Australia.

Muchos medios de transporte, como yates y otros de medio terrestres lo utilizan para de esta forma cargar las baterías que usan de una manera autónoma sin contar con la red eléctrica.

Si nos ubicamos entre el año 2001 y el 2012 se ha experimentado un crecimiento bastante importante de la producción de este tipo de energía la cual se dobla en cantidad cada año. De continuar este crecimiento la utilización de la placa solar fotovoltaica cubrirá para el año 2018 el 10 por ciento del consumo de energía a nivel mundial, alcanzando para ese entonces una producción de 2200 TWh y esta misma podría llegar a proveer el 100 por ciento de las necesidades de energía que existe hoy en día, para el año 2027.

Desde programas de incentivos económicos hasta sistemas que usan autoconsumo fotovoltaico, han puesto de manifiesto su apoyo para la instalación de placas solares fotovoltaicas en un gran número de países, con el propósito de evitar que se siga emitiendo una gran cantidad de gases de efecto invernadero.

Podemos encontrar la aplicación de la placa solar fotovoltaica en los siguientes:

  • En centrales que se encuentran conectada a redes para hacer suministro eléctrico.
  • En los sistemas de autoconsumo fotovoltaico.
  • Para suministrar electricidad a pueblos que se encuentran en sitios remotos, es decir usado para la electrificación rural.
  • También para suministrar energía eléctrica a instalaciones eléctricas que se encuentran en zonas rurales.
  • Para viviendas y/o edificaciones que se encuentran lejos de la red eléctrica.
  • En los sistemas de comunicación de emergencias.
  • En las estaciones repetidoras como son microondas y también de radio.
  • En los sistemas encargados de la vigilancia ambiental y de la calidad del agua.
  • En la iluminación de faros, boyas y también las balizas de navegación marítima.
  • Para bombear agua en los sistemas de riego, para bombear el agua potable tanto en zonas rurales como en abrevaderos para el ganado.
  • En el balizamiento empleado en la protección aeronáutica.
  • En los sistemas destinados a la protección catódica.
  • En sistemas usados para la desalinización.
  • En los autos de recreo.
  • Para la señalización de vías de trenes.
  • En los sistemas de cargas usados para los acumuladores o baterías de los barcos.
  • Señalizaciones de emergencias en las carreteras.
  • Parquímetros.
  • En los vehículos eléctricos, tanto para el aire acondicionado, como para la recarga de baterías, en las estaciones de cargas y a bordo.