¿Cómo Ocurre la Generación de Energía en un Panel Fotovoltaico? Entienda el Proceso

Paneles solares fotovoltaicos de AE Solar.

El panel solar es un equipo esencial para generar energía fotovoltaica. Consiste en pequeñas células formadas por materiales semiconductores, como el silicio, dispuestas en serie y en paralelo. Cuando los fotones (partículas de la luz solar) entran en contacto con las células fotovoltaicas, algunos de los electrones que rodean a los átomos se mueven hacia la parte de la célula que no posee electrones. Este movimiento crea una corriente eléctrica, generando así la energía solar fotovoltaica. A continuación, verifique las capas que componen la placa fotovoltaica.

¿Qué es el efecto fotovoltaico?

El efecto fotovoltaico ocurre cuando la luz es absorbida, causando la estimulación de un electrón u otro portador de carga a un estado de mayor energía. De forma más detallada, es la diferencia de potencial que se crea en el interior de la célula, causada por el movimiento de los electrones y los átomos (materia prima de la célula) al encontrarse con los fotones.

Compuestas por partes iguales de material semiconductor, las células de silicio mezcladas con otros elementos modifican su estructura. En este proceso, se separan electrones positivos y negativos, generando la falta (huecos) de los electrones positivos.

Cuando ocurre la unión de los electrones positivos y negativos, se forma un campo eléctrico que no permite la unión de los electrones en exceso (negativos) con los faltantes (positivos). Cuando las células absorben la luz solar, los electrones reciben energía de los fotones y se desprenden de la atracción. Con el acúmulo de electrones en la parte negativa, se forma, junto con los huecos, una "red" en una de las caras de las células, que captura los electrones libres y, así, crea la corriente eléctrica.

La generación de electricidad en células fotovoltaicas ocurre en varias etapas, involucrando la recolección y movimiento de portadores de carga (electrones y huecos) y la generación de tensión. Aquí está un resumen de estas etapas:

• Recolección de los transportadores generadores de luz: Cuando la luz solar incide sobre las células solares, los fotones de la luz excitan a los electrones presentes en el material semiconductor del panel. Estos electrones excitados (portadores generados) y los huecos resultantes (cargas positivas dejadas por los electrones excitados) son entonces liberados y se mueven a través del material semiconductor.
• Generación de portadores (electrones y huecos): La energía de los fotones absorbidos por la célula solar se transfiere a los electrones en su estructura semiconductora, permitiendo que se muevan y generen una corriente eléctrica. Estos electrones excitados son entonces recolectados por los contactos metálicos del panel, mientras que los huecos son capturados por otros contactos adyacentes.
• Generación de tensión a través de las células solares: A medida que los electrones son recolectados por los contactos metálicos, se les fuerza a fluir a través de un circuito externo, creando una corriente eléctrica. Esta corriente es inducida por la diferencia de potencial eléctrico entre la región del material semiconductor donde los electrones son excitados y la región donde son recolectados. Esta diferencia de potencial se conoce como tensión de circuito abierto (Voc) y es responsable de la generación de tensión en las células solares.

La generación de corriente involucra dos procesos. La primera parte es la generación de pares electrón-hueco por los fotones incidentes. Sin embargo, los electrones y huecos estimulados son metaestables y solo existirán, en promedio, durante un período igual al tiempo de vida del portador minoritario antes de recombinarse. Si el portador se recombina, el par electrón-hueco generado por la luz se pierde y no se puede generar corriente ni energía. El segundo proceso es la separación de estos portadores. Esto se logra conectando un circuito externo a la célula solar. El electrón estimulado atraviesa el circuito externo y el hueco generado atraviesa la barrera de la unión para recombinarse con el electrón recorrido.

Entendiendo el módulo fotovoltaico

Ilustración de una célula solar.

Un módulo fotovoltaico consiste en células solares individuales conectadas eléctricamente para aumentar su potencia de salida. Está compuesto por varias células solares interconectadas y encapsuladas en un único panel/unidad. Existen muchos tipos diferentes de módulos fotovoltaicos, y la estructura del módulo generalmente difiere para diferentes tipos de células solares. Los módulos más comunes tienen 60 células o 72 células con tres diodos de bypass. Los módulos de 60 células fueron originalmente diseñados para facilitar el manejo en aplicaciones residenciales, mientras que los módulos de 72 células, más pesados, son para grandes instalaciones de servicios públicos.

Las curvas características de la célula solar IV

Curva I-V de la célula solar.

Las curvas características de la célula solar IV (corriente y tensión) muestran el rendimiento de una determinada célula, módulo o matriz fotovoltaica (PV). La energía suministrada por una sola célula o panel solar es el producto de su corriente de salida y tensión. Los paneles fotovoltaicos pueden conectarse en combinaciones en serie o paralelo, o ambas, para aumentar la tensión o la capacidad de corriente del panel solar, respectivamente. Cuando los paneles se conectan en serie, la tensión total en el array aumenta. Cuando los paneles se conectan en paralelo, la salida de corriente total aumenta.

La curva IV contiene tres puntos significativos: El Punto de Potencia Máxima (MPP), que representa el punto de potencia máxima de la tensión y el punto de potencia máxima de la corriente, la Tensión de Circuito Abierto y la Corriente de Cortocircuito. La curva IV de la célula solar depende de la temperatura e irradiación del módulo.

Avances tecnológicos y el futuro de la energía solar

Serie de paneles solares AURORA con potencia nominal de 485 W a 505 W.

Los valores típicos para los parámetros de una célula solar de silicio son los siguientes: Corriente de cortocircuito = 35 mA/cm², tensión de circuito abierto de hasta 0,65 V y Factor de Relleno (FF) en el rango de 0,75 a 0,80. La eficiencia generalmente varía alrededor del 15% - 20%. Todos estos parámetros se mencionan en la hoja de datos proporcionada por los fabricantes.

La foto superior muestra uno de los varios productos ofrecidos por AE Solar. La serie AURORA es una gama de paneles monocristalinos disponibles desde 485 W y tiene una potencia máxima de 505 W con una eficiencia que varía del 19,88% al 21,4%. Más características e información sobre el producto pueden encontrarse en la ficha técnica.

Módulos FV AE Solar.

Hoy, los rápidos avances tecnológicos han superado los límites en términos de producción de energía y eficiencia total de células individuales, así como en los procesos de fabricación con ideas innovadoras. Las células solares pueden producir una eficiencia y energía mucho mayores en comparación con las células que estaban disponibles hace 20 años. Con más y más personas optando por instalar sistemas fotovoltaicos, la industria de tecnología solar está creciendo rápidamente. Con los países intentando cambiar a energía verde de forma ágil, el futuro de la energía solar parece más brillante que nunca.