Celdas Fotovoltaicas

CELDAS CELDAS CELDAS SOLARES

Objetivo :

El objetivo de realizar esta investigación es el de conocer energías sustentables que se utilicen en la actualidad tanto para el uso domestico como para el uso industrial conociendo desde su funcionamiento hasta sus actuales aplicaciones.

INTRODUCCION

La energía solar fotovoltaica se basa en la captación de energía solar y su transformación en energía eléctrica por medio de celdas fotovoltaicas.

Los materiales semiconductores, para su utilización en celdas fotovoltaicas, han de ser producidos en purezas muy altas, normalmente con estructura cristalina.

La conversión de la energía solar a eléctrica se realiza de manera limpia, directa y elegante.

Existen dos elementos que sustentan la utilización de la energía fotovoltaica: "La necesidad de proteger el medio ambiente y la necesidad de crecer económicamente"

Definición :

Las Celdas Fotovoltaicas, son sistemas fotovoltaicos que convierten directamente parte de la luz solar en electricidad. Algunos materiales presentan una propiedad conocida como efecto fotoeléctrico en su forma más simple, estos materiales se componen de un ánodo y un cátodo recubierto de un material fotosensible. La luz que incide sobre el cátodo libera electrones que son atraídos hacia el ánodo, de carga positiva, originando un flujo de corriente proporcional a la intensidad de la radiación, que hace que absorban fotones de luz y emitan electrones. Cuando estos electrones libres son capturados, el resultado es una corriente eléctrica que puede ser utilizada como electricidad. Las celdas fotovoltaicas se fabrican principalmente de silicio (el segundo elemento más abundante en la corteza terrestre).

Principio de funcionamiento:

Una delgada lámina semiconductora, especialmente tratada, forma un campo eléctrico, positivo en un lado y negativo en el otro. Cuando incide energía luminosa sobre ella, los electrones son golpeados y extraídos de los átomos del material semiconductor. Como se han dispuesto conductores eléctricos en forma de una rejilla que cubre ambas caras del semiconductor, los electrones circulan para formar una corriente eléctrica que aporta energía. Cuando la luz solar pega en una celda sola resta puede ser : reflejada, absorbida o pasar limpiamente a través de esta. No obstante, solo aquella luz absorbida es la que va a generar electricidad. La energía de la luz es transferida a electrones en los átomos de la celda foto voltaica. Con su nueva energía , estos escapan de sus posiciones normales en los átomos del material semiconductor foto voltaico y se convierten en parte del flujo eléctrico

Para inducir el campo eléctrico construido dentro de una célula foto voltaica, se ponen dos capas de materiales semiconductores ligeramente distintas en contacto entre sí. La primera es una capa semiconductora del tipo n con abundancia de electrones con carga negativa. La otra capa semiconductora es del tipo con abundancia de "hoyos" que tienen una carga positiva. Aunque ambos materiales son eléctricamente neutros, la silicona del tipo n tiene electrones de sobra y la silicona del tipo p tiene a su vez agujeros de sobra. Colocando estos como sándwich se crea entonces un punto de salida p/n en su fase intermedia creándose entonces ahí y por esta razón un campo de fuerza eléctrico. Cuando n - y silicón del p-tipo entra en el contacto, los electrones del exceso mueven del lado del n-tipo al lado del p-tipo. El resultado es un aumento de cargo positivo a lo largo del lado del n-tipo de la interface y un aumento de cargo negativo a lo largo del lado del p-tipo.

SISTEMAS DE ACONDICIONAMIENTO PARA UN MAXIMO RENDIMIENTO

En la actualidad resulta imprescindible hacer una gestión correcta de la energía, intentando obtener el máximo rendimiento posible desde la generación hasta la carga, utilizando todos los recursos que se tienen al alcance. La finalidad de esta energía que obtenemos del sol es utilizarla de la manera más correcta, pero como se sabe es necesario convertir la energía que nos proporciona el sol, en este caso en forma de radiación electromagnética en electricidad. Las instalaciones fotovoltaicas requieren para su funcionamiento el acoplamiento de cuatro subsistemas principales los cuales sirven de acondicionamiento:

➢ Subsistema de captación: cuya finalidad es la captación de la energía solar.

➢ Subsistema de almacenamiento: cuya finalidad es adaptar en el tiempo la disponibilidad de energía y la demanda, acumulándola cuando está disponible, para poderla ofrecer en cualquier momento en que se solicite, en baterias.

➢ Subsistema de regulación: cuya finalidad es proporcionar la regulación de carga y descarga de la batería y el control necesario en instalaciones fotovoltaicas.

➢ Subsistema de distribución y consumo: cuya finalidad es trasladar a los puntos de consumo la electricidad producida, adaptándola a las necesidades cuando sea necesario

Un ejemplo de mayor uso de sistema de acondicionamiento es un convertidor que transforma la energía proveniente del sol en energía eléctrica en forma corriente continua. El objetivo del convertidor es adecuar los niveles de tensión y corriente proporcionados por el panel, a los niveles de tensión y corriente demandados. No se debes olvidar que el convertidor es un “intermediario” necesario de la energía, que permitirá hacer un uso correcto de la misma. Pero por su calidad de “intermediario” debe tener el mayor rendimiento posible ya que el objetivo es utilizar toda la energía que proporciona el panel.

APLICACIONES

a) Electrificación rural y de viviendas aisladas. Existen muchas zonas rurales y viviendas aisladas donde llevar energía eléctrica por medio de la red general sería demasiado costoso y por lo tanto no cuentan con este servicio. En este caso, la instalación de un generador fotovoltaico es ampliamente rentable. A menudo se requiere iluminación en lugares remotos donde el costo de emplear energía de la red es demasiado alto. Tales aplicaciones incluyen la iluminación de seguridad, ayudas a la navegación (ej. boyas y faros), señales iluminadas en los caminos, señales en cruces ferroviarios y la iluminación de aldeas. Las células solares pueden satisfacer tales usos, aunque siempre se requerirá de una batería de almacenaje. Estos sistemas generalmente consisten de un panel fotovoltaico más una batería de almacenaje, un acondicionador de energía y una lámpara fluorescente de C.C. de baja tensión y alta eficiencia. Estos sistemas son muy populares en áreas remotas, especialmente en países en vías de desarrollo y es uno de los usos principales de células solares.

b) Comunicaciones. Los generadores fotovoltaicos son una excelente solución cuando hay necesidad de transmitir cualquier tipo de señal o información desde un lugar aislado, por ejemplo, reemisores de señales de TV, plataformas de telemetría, radioenlaces, estaciones meteorológicas.

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Los sistemas fotovoltaicos han proporcionado una solución rentable a este problema con el desarrollo de estaciones repetidoras de telecomunicaciones en área remotas. Estas estaciones típicamente consisten de un receptor, un transmisor y un sistema basado en una fuente de alimentación fotovoltaica. Existen miles de estos sistemas instalados alrededor del mundo y tienen una excelente reputación por su confiabilidad y costos relativamente bajos de operación y mantenimiento.

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Principios similares se aplican a radios y televisiones accionadas por energía solar, los teléfonos de emergencia y los sistemas de monitoreo. Los sistemas de monitoreo remotos se pueden utilizar para recolectar datos del tiempo u otra información sobre el medio ambiente y transmitirla automáticamente vía radio a una central.

c) Ayudas a la navegación. Aquí la aplicación puede ser relativa a la navegación misma o a sus señalizaciones, como alimentar eléctricamente faros, boyas, balizas, plataformas y embarcaciones.

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d) Transporte terrestre. Iluminación de cruces de carretera peligrosos y túneles largos. Alimentación de radioteléfonos de emergencia o puestos de socorro lejos de líneas eléctricas. Señalizaciones de pasos a desnivel o cambio de vías en los ferrocarriles.

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e) Agricultura y ganadería. Se está teniendo una atención muy espacial en estos sectores. Mediante generadores fotovoltaicos podemos obtener la energía eléctrica necesaria para granjas que conviene que estén aisladas de la zonas urbanas por motivos de higiene. Sin embargo, la aplicación más importante y de futuro es el bombeo de agua para riego y alimentación de ganado que normalmente se encuentra en zonas no pobladas. Otras aplicaciones pueden ser la vigilancia forestal para prevención de incendios.

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f) Aplicaciones en la industria. Una de las principales aplicaciones en este campo es la obtención de metales como cobre, aluminio y plata, por electrólisis y la fabricación de acumuladores electroquímicos.

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g) Difusión de la cultura. Televisión escolar para zonas aisladas. Difusión de información mediante medios audiovisuales alimentados eléctricamente mediante generadores fotovoltaicos.

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h) Sistemas De Tratamiento De aguas. en áreas alejadas la energía eléctrica se utiliza a menudo para desinfectar o purificar agua para consumo humano. Las celdas fotovoltaicas se utilizan para alimentar una luz fuerte ultravioleta utilizada para matar bacterias en agua. Esto se puede combinar con un sistema de bombeo agua accionado con energía solar. La desalinización del agua salobre se puede alcanzar mediante sistemas fotovoltaicos de ósmosis inversa.

i) Sistemas de protección Catódicos. La protección catódica es un método de proteger las estructuras de metal contra la corrosión. Es aplicable a puentes, tuberías, edificios, estanques, perforaciones y líneas ferroviarias. Para alcanzar la protección catódica se aplica un pequeño voltaje negativo a la estructura de metal y éste evita que se oxide o aherrumbre. El terminal positivo de la fuente es conectado a un ánodo galvánico o de sacrificio que es generalmente un pedazo del metal de desecho, que es corroído en vez de la estructura que se desea proteger. Las celdas solares fotovoltaicas se a menudo utilizan en lugares remotos para proporcionar este voltaje.

j) Tejas Fotovoltaicas. Los paneles para tejas tienen solamente 4 mm de grosor y las células de Silicio poli cristalino están montadas sobre una superficie de acero inoxidable que soporta hasta una curvatura de 10mm por el lado más largo y 5 mm / 8 mm respectivamente por el lado corto. Diodos de corriente inversa están incluidos, otros tamaños y potencias disponibles bajo demanda. Los “tejados solares” se orientan siempre hacia el sur y su inclinación debe ser aproximadamente igual a la latitud del lugar incrementada en 15º.

Otros Usos de Celdas Solares

Se puede utilizar celdas fotovoltaicas en una gran variedad de aplicaciones incluyendo:

• Productos de consumo tales como relojes, juguetes y calculadoras

• Sistemas de energía de emergencia

• Refrigeradores para almacenaje de vacunas y sangre en áreas remotas

• Sistemas de la aireación para estanques

• Fuentes de alimentación para satélites y los vehículos espaciales

• Fuentes de alimentación portátiles para camping y pescar

¿PORQUE ES SUSTENTABLE?

Problemática Energética Mundial

Se espera que el pico de producción mundial de petróleo se alcance en 2012, para después ir disminuyendo hasta finalmente agotar todas las reservas mundiales; el agotamiento de los recursos petroleros es inminente. La energía que se consume actualmente en el mundo corresponde a una capacidad instalada de 15 Terawatts, sin embargo, para el año 2050 se necesitará una capacidad instalada de 30 Terawatts. 1 TW= 1012 Watts.

¿Por qué nos interesa el Sol?

Es la principal fuente de vida y energía del planeta, es el principal origen de la energía que se consume actualmente en el mundo, ahora lo necesitamos más que nunca. La energía solar recibida cada 10 días sobre la tierra equivale a todas las reservas conocidas de petróleo, carbón y gas, el 70% de la población vive dentro de la denominada franja solar.

La producción anual mundial de módulos fotovoltaicos para el presente año se estima en 20,000 MW, con el fin de instalar cerca de 2000 MW en módulos fotovoltaicos al año en México, se tendría que importar casi el 10% de la producción mundial. Es posible comprarlos, pero es mejor y es posible producirlos, con una inversión de alrededor de $2 USD/W, se necesitarían $4000 millones de USD/año durante los próximos 8-10 años (1.3% del presupuesto del país).

Considerando un desarrollo económico y social sustentable.

De la población de 112 millones de personas en nuestro país 97% tienen acceso a la red eléctrica de la Comisión Federal de Electricidad, aun no tiene acceso casi 3.5 millones de personas, la rápida urbanización desde el año 1955 ha invertido la población rural a la población urbana de 70:30 a 30:70, esto dio como resultado el abandono de los campos agrícolas y está causando trastornos en el desarrollo urbano. Para el rescate de las zonas rurales se requiere proveer energía eléctrica, sin energía eléctrica, no se podrá extraer el agua de los pozos, la agricultura se frenará, la atención a la salud será escaza, en general no habrá posibilidades de elevar la calidad de vida de los habitantes ni la fe en la Nación, en condiciones equitativas y justas el alma de la nación se nutrirá de nuevo y la paz prevalecerá. La energía solar fotovoltaica es una enorme oportunidad para el desarrollo sostenible del país, los módulos fotovoltaicos son una fuente viable para suministrar energía eléctrica en todo México.

La imagen (izquierda) típica de una instalación solar es la de unos paneles fotovoltaicos ubicados en una estructura fija y orientada a la zona del cielo en la que el Sol se encuentra en lo más alto. Sin embargo, durante el resto del día, los rayos solares inciden con un ángulo inferior a 90º, lo que disminuye la radiación captada. Por ello, LOS SEGUIDORES SOLARES se crearon para aprovechar al máximo la luz solar durante todo el día. Así, dependiendo del tipo de instalación, pueden aumentar el rendimiento de los paneles solares entre un 30 y un 40%.

La imagen (derecha) muestra una planta productora de energía eléctrica mediante el uso de celdas o paneles fotovoltaicos, la cual tiene una capacidad de 24 MW, se encuentra instalada en Almería-España.

México recibe energía solar de alta calidad en más de la mitad de su territorio, G=1000 W/m2 promedio en estados de alta insolación, la irradiación promedio=5.5 kWh/m2/día. Nuestro país cuenta con aproximadamente 52.5 GW de capacidad instalada para la generación de electricidad, el factor de planta global es de 0.6 (12 GW provenientes de hidroeléctricas con un factor de planta de 0.19), durante las 24 horas se requieren 31.5 GW de generación de energía continua, la demanda y los consumos en México y en el mundo van en aumento a una razón del 2% anual. Si se decide aumentar mediante energía fotovoltaica el 15% de la energía eléctrica adicional necesaria para los próximos 8-10 años se debe considerar 5000 MW, adicionales de capacidad de producción, es posible hacerlo con tecnologías fotovoltaicas en los sectores residencial, comercial e industrial. Dado que el factor de planta de energía fotovoltaica en México es de 0.25 en promedio; 20,000 MW de energía fotovoltaica instalada durante los próximos 8-40 años podrán satisfacer el 15% de energía eléctrica hacia el año 2020.

Cargador solar USB para teléfonos android

Un cargador solar para teléfonos android que son muy utilizados en la actualidad es muy sencillo ya que no se necesita de muchos recursos para fabricarlo aparte de la facilidad de hacerlo .

Para hacerlo solo se utiliza una celda o panel solar que emita 5 o 6 volts un diodo rectificador y una entrada usb tipo hembra

El por que de los materiales la celda fotovoltaica cumple con la primera condición para cargar un teléfono celular proporcionar corriente directo a también llamada continua .

Se utiliza el diodo rectificador para un mayor aprovechamiento de la energía eléctrica que nos proporcione la celda ya que lo que hace el diodo rectificador el permitir el paso del la corriente eléctrica hacia un solo lado dando hacia que la energía solo circule hacia nuestra pila y no de regreso ya que de no colocarlo la corriente eléctrica regresaría a la celda cuando la celda no tenga tanta presencia de la luz solar o cuando este en sombra descargando nuestra pila

Lo único que se tiene que hacer para construirlo es seguir el sig. diagrama:

CONCLUCIONES

la utilización de energías renovables o sustentable como lo es la energía solar captada a través de los paneles solares es benéfica y sustentable para las necesidades de la sociedad en la actualidad debido a la gran demanda de electricidad no solo en la ciudad si no también en zonas rurales .

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