ENERGIA FOTOVOLATICA

Descripción de los sistemas fotovoltaicos aislados y sus componentes

Aquí daremos las principales características de los componentes de los sistemas fotovoltaicos aislados, asimismo se muestran los criterios de cálculo para la integración de los sistemas. Para una mayor profundidad de estudio se recomienda al lector consultar las obras referidas al final de este capítulo.

6.1 Arreglo fotovoltaico

Celdas de Silicio Mono y Policristalino. Las celdas de silicio monocristalino representan el estado de la tecnología fotovoltaica comercial. Para fabricarlas el silicio es purificado, fundido y cristalizado ya sea en lingotes o en láminas delgadas; posteriormente el silicio es rebanado en obleas delgadas para formar las celdas individuales, las obleas se pulen por ambas caras. Una vez pulidas las obleas se introduce, por difusión a alta temperatura, un material dopante, típicamente boro y fósforo, así se convierte la oblea en un semiconductor tipo “p” si se le añadió boro, o tipo “n” si se añadió fósforo. La mayoría de las celdas fotovoltaicas producen un voltaje de aproximadamente 0.5 V, independientemente del área superficial de la celda, sin embargo, mientras mayor sea la superficie de la celda mayor será la corriente que entregará.

Para la mayoría de las aplicaciones resulta insuficiente la diferencia de potencial de 0.5 V generada por una celda fotovoltaica, de esta manera las celdas tienen que ser colocadas en serie para que, en conjunto, proporcionen el voltaje adecuado. De la misma manera varias series pueden ser colocadas en paralelo para incrementar la corriente.

Posteriormente las celdas interconectadas en serie y sus conexiones eléctricas se encapsulan y se colocan entre dos placas que pueden ser de vidrio, o bien una de vidrio superior y una posterior plástica o metálica. Para absorber esfuerzos mecánicos y con propósitos de montaje se añade un marco metálico. La unidad resultante recibe el nombre de módulo o panel fotovoltaico, el módulo es típicamente la unidad básica de los sistemas fotovoltaicos. Los módulos pueden interconectarse en serie y/o paralelo para formar un arreglo.

Los módulos comerciales se presentan, en su mayoría, en configuraciones de 12 V nominales con voltajes a la carga de 15 a 17 V; esto es, para cargar una batería de 12 V un módulo establece, bajo la acción de la luz solar, una tensión de 15 a 17 V desde la que fluye la corriente hacía la batería. Las corrientes típicas de estos tipos de módulos van de los 2 a los 5 A, dependiendo de la potencia del módulo.

Una forma sencilla de estimar el número de módulos de un arreglo fotovoltaico, consiste en multiplicar los amperios a la carga por el número de horas de uso de la misma. Así por ejemplo si se requiere alimentar una carga de 15 A durante 3 horas-día (hr-día) a una tensión nominal de 12 V, se requieren:

15 A * 3 hr-día = 45 Ah-día [=] 45 A-hr-día a 12 V

Si durante el proceso de conducción y de almacenamiento de energía en el sistema fotovoltaico existen pérdidas del orden del 15 por ciento y si para la localidad en cuestión se tienen 5 horas equivalentes de sol máximo (este parámetro es calculado automáticamente por ConaeFV2.0 para todas las ciudades de la base de datos), entonces el arreglo tendrá que aportar:

Corriente del Arreglo = 45 Ah-día / (0.85 * 5 h-día) = 10.58 A

Tres módulos de 3.53 A a la carga, colocados en paralelo serán suficientes para este propósito. El lector podrá comprobar que existe una gran variedad de módulos que pueden satisfacer este requerimiento específico.

Sistemas Fotovoltaicos.

La conversión directa de la parte visible del espectro solar es quizá la vía más ordenada y estética de todas las formas que existen para la explotación de la energía solar. Desafortunadamente esta tecnología no se ha desarrollado por completo en nuestro país. La conversión fotovoltaica se realiza mediante dispositivos que no requieren movimiento y su mantenimiento es mínimo. Estos dispositivos fotovoltaicos, llamados celdas en forma unitaria y módulos cuando varias celdas se colocan en serie, están basados en las propiedades de ciertos sólidos cristalinos que permiten suministrar una corriente eléctrica capaz de realizar trabajo útil cuando el material se expone a la luz solar. Si bien los módulos son relativamente simples, su fabricación requiere de tecnología sofisticada que solamente está disponible en los países más industrializados. Es esta tecnología la que actualmente desarrolla métodos para hacer económicamente factible y justificable el uso extensivo de las celdas solares.

Las celdas solares fueron comercializadas inicialmente en 1955 . Su desarrollo inicial estuvo enfocado hacía un producto para las investigaciones espaciales, de hecho su primera y exitosa aplicación fue en satélites artificiales, sus propiedades: simplicidad, bajo peso, eficiencia, confiabilidad y ausencia de partes móviles, las hicieron ideales para el suministro de energía en el espacio exterior. A la fecha las celdas que han alcanzado mayor grado de desarrollo son las de silicio cristalino, esta es la tecnología que predomina en el mercado mundial debido a su madurez y confiabilidad en cuanto a su aplicación. De igual manera las celdas de película delgada han alcanzado cierto grado de popularidad debido a su bajo costo, sin embargo, su baja durabilidad, debido a la degradación, está por debajo de la de las celdas cristalinas. Otros compuestos como el Arsenuro de Galio y el Cobre-Indio-Selenio se encuentran ya en aplicación en el espacio exterior.

• Celdas de Silicio Mono y Policristalino

Las celdas de Silicio monocristalino representan el estado de la tecnología fotovoltaica comercial . Para fabricarlas el silicio es purificado, fundido y cristalizado ya sea en lingotes o en láminas delgadas; posteriormente el silicio es rebanado en obleas delgadas para formar las celdas individuales, posteriormente las obleas se pulen por ambas caras. Durante el proceso de corte y pulido se desperdicia casi la mitad del material original. Una vez pulidas las obleas se introduce por difusión a alta temperatura un material dopante, típicamente boro y fósforo, con lo cual se convierte a la oblea en un semiconductor tipo p si se le añadió boro, o tipo n si se añadió fósforo. La mayoría de las celdas fotovoltaicas producen un voltaje de aproximadamente 0.5 V, independientemente del

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