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PANELES SOLARES

1.INTRODUCCION
Un panel solar o módulo solar es un dispositivo que capta la energía de
la radiación solar para su aprovechamiento.
El término comprende a los colectores solares, utilizados usualmente para
producir agua caliente doméstica mediante energía solar térmica, y a
los paneles fotovoltaicos, utilizados para generar electricidad mediante energía
solar fotovoltaica.
Los paneles Solares convierten la luz del sol en energía eléctrica DC que
puede ser utilizada de forma directa, o almacenada en baterías para utilizarla
durante la noche o en días nublados. Los paneles están disponibles en
potencias de 10 a 250 vatios, pero puede armarse arreglos de mayor potencia,
prácticamente sin límites.
2. OBJETIVOS
2.1. OBJETIVO GENERAL
Mediante los conocimientos adquiridos acerca de celdas fotovoltaicas se
plantea la construcción de una celda de este tipo, tratando de optimizar su
proceso de funcionamiento, además de realizar un amplio estudio matemático
acerca de los principios físicos que rigen el funcionamiento de la dicha celda
2.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS
Estudiar las variantes experimentales que influyen en la construcción de una
celda fotovoltaica
Mediante relaciones físico-matemáticas estudiar el comportamiento que rige la
celda fotovoltaica
Desarrollar un estudio sobre energías alternativas a la convencional
3. GENERALIDADES

La tierra que se encuentra cercana al sol recibe su energía y lo hace de
distintas maneras, de modo que la atmósfera y magnetosfera filtran gran parte
de la radiación solar nociva, pero dejan pasar las longitudes de onda
correspondiente a la luz visible y al infrarrojo, de modo que lo que más
recibimos es luz y calor.
Una energía que se ha convertido en una de las funciones motoras para la vida
tal y como la conocemos, ya que promueve los más variados efectos sobre la
superficie del planeta: entre otros, los vientos, la formación de nubes y lluvia o
los cambios climáticos alrededor del globo.
El hombre ha querido buscar y construir las más diversas maneras de
aprovechar esta energía y convertirlas en el soporte de la vida en la tierra y es
por ello que en estos momentos está siendo fuertemente optimizada la
tecnología para extraer esta energía proveniente del sol y convertirla en
energía de uso humano, como la electricidad y el agua caliente.
ELECTRICIDAD A PARTIR DE ENERGIA SOLAR
Al hablar de la energía solar como una energía renovable, tenemos que hacer
mención además al hecho de contar con transductores que permitan convertir
diversas formas de energías naturales en energías utilizables por el hombre.
Para transformar la energía del sol en energía que podamos aplicar a nuestra
vida diaria, necesitaremos una célula fotoeléctrica, y que es un dispositivo
electrónico que permite transformar la energía luminosa en energía eléctrica,
mediante el aprovechamiento de un proceso llamado efecto fotoeléctrico.

El proceso es que la luz, que llega en forma de fotones, impacta sobre una
superficie construida principalmente por silicio (los paneles solares) y que emite
electrones que -al ser capturados- producen una corriente eléctrica.
En la actualidad está experimentando con celdas fotovoltaicas de doble cara
que, con la ayuda de superficies reflectantes, puedan duplicar la eficiencia
ampliando la superficie expuesta a la luz solar
Estas celdas son lo que se conocen como paneles solares fotovoltaicos y
que emplean una tecnología tan avanzada y precisa como compleja.
Eso sí, de momento muy pocas son las empresas en el mundo cuentan con la
capacidad y los recursos técnicos necesarios como para poder producirlos.
FUNCIONAMIENTO DE LOS PANELES SOLARES

Los funcionamientos de los paneles solares se basan en el efecto fotovoltaico,
que se produce cuando, sobre materiales semiconductores convenientemente
tratados, incide la radiación solar produciendo electricidad tal y como ya he
mencionado anteriormente.
En el momento en que queda expuesto a la radiación solar, los diferentes
contenidos en la luz transmiten su energía a los electrones de los materiales
semiconductores que, entonces, pueden romper la barrera de potencial de la
unión P-N, y salir así del semiconductor a través de un circuito exterior.
Estas células fotovoltaicas se combinan de muy diversas formas para lograr
tanto el voltaje como la potencia deseados y de este modo poder conseguir que
la energía solar se acabe convirtiendo en energía que poder consumir.
No en vano, entendemos por célula fotovoltaica al módulo más pequeño de
material semiconductor con unión P-N y con capacidad igualmente de producir
electricidad.

TIPOS DE PANELES FOTOVOLTAICOS

Paneles (o mejor 'módulos') fotovoltaicos se puede producir de muchos
elementos. Con mejorados y nuevos métodos de producción y el uso de
nuevos elementos incluyendo materiales orgánicos, existe hoy una gran
variedad de productos.

A) PANELES SOLARES DE CELDAS DE SILICIO
Las celdas fabricadas de bloques de silicio o 'ingots' son las más comunes. La
experiencia comprobó una vida útil con frecuentemente más de 30 años sin
ningún mantenimiento. No sorprende que la mayoría de las empresas se
atreven garantizar un rendimiento de 80% en 25 años.

PANELES MONOCRISTALINOS VERSUS PANELES POLICRISTALINOS

Se distinguen entre módulos solares fabricados de celdas monocristalinas y
policristalinas
En la práctica la diferencia entre ambos es mínima. Paneles solares de celdas
monocristalinas tienen una mayor eficiencia en condiciones estándar (STC) que
puede tener importancia solamente cuando el espacio disponible es reducido.
Con paneles policristalinos, más baratos por una producción menos exigente,
frecuentemente se puede conseguir más energía por el mismo precio.
Hay dos características más que favorecen paneles policristalinos:
 Con temperaturas elevadas, la pérdida de eficiencia en módulos
policristalinos en general es menor que en paneles de celdas
monocristalinas. Este tiene el efecto que paneles policristalinos producen
más energía en condiciones de temperaturas elevadas.
 La pérdida por la degradación provocado por la luz (LID - light induced
degradation) es menor en paneles policristalinos. Entonces en el transcurso
de los años, pierden ligeramente menos eficiencia (no es válido para los
nuevos módulos monocristalinos tipo 'p', por ejemplo, los Sunpower
Maxeon).
B) PLACAS SOLARES DE CAPA FINA

Para reducir los costos de producción y salir de la posible escasez de silicio, se
empezaron a investigar e invertir en placas de otros materiales. A parte de
paneles solares de capa fina (thin film solar cells) con silicio (amorfas), se
logró una reducción importante de los costos usando otros elementos.
 Los más importantes son módulos de capa delgada de cobre, indio y
selenio (CIS) o de cobre, indio, galio y selenio (CIGS) y módulos de capa
delgada a base de cadmio y telurio (CdTe).
 Modernos procesos como por ejemplo tecnologías de imprenta resultan
en capas ultra finas usando menos materia prima.
 Inversiones masivas en estas nuevas tecnologías (en gran parte
aseguradas por programas gubernamentales) permitieron instalaciones
de parques solares de gran tamaño, con el resultado de que la empresa
First Solar (EEUU) con sus placas tipo CdTe se convirtió en el 2009
temporalmente en el productor fotovoltaico más grande del mundo.

C)CELDAS FLEXIBLES

Las nuevas formas de producción permiten también producir celdas flexibles
que abren posibilidades que las rigideces de los paneles tradicionales no
permitieron. Estas celdas cada vez más se incorporan en la ropa, mochilas,
sombrillas, etc. A parte de aplicaciones especiales, sirven para cargar aparatos
de poco consumo. Así se puede evitar un celular descargado, alimentar otros
aparatos portátiles o tener luz en la playa una vez que se va el sol.

D) PANELES CON CAPAS TRANSPARENTES

Un desarrollo práctico es la recién empezada producción de ventanas con
capas finas semi-transparentes. Es una válida alternativa arquitectónica para
incluirlas en edificios. Con estas se puede reemplazar los vidrios polarizados y
usar la energía generada para apoyar la climatización de los edificios.

E) CELDAS ORGÁNICAS
Celdas orgánicas ya se puede tejer en la ropa, por ejemplo, para cargar
aparatos de telecomunicación. De interés especial es la Celda Grätzel de
material simple similar a la fotosíntesis con características muy prometedoras.
Con esta invención el Prof. Grätzel ganó el Premio Tecnológico del Milenio en
el 2010. Actualmente están preparando una primera producción industrial. A
causa del uso de materiales simples, se espera en el futuro una importante
reducción de los precios. Contrario de las celdas cristalinas, tienen la ventaja
que la eficiencia aumenta con la temperatura.

E) CELDAS DE CONCENTRACIÓN

Concentrar la luz con sistemas ópticos es otro desarrollo para aumentar la
eficiencia relativamente baja de las celdas fotovoltaicas y reducir los costos.
Aunque se logró mejorar la eficiencia por un factor importante en los sistemas
instalados, la necesidad de orientar los exactamente hacia el sol y el control de
la alta temperatura generada imponen sistemas sofisticados con un
mantenimiento alto y costoso. Nuevas tecnologías que eviten las desventajas
están bajo desarrollo.
Las investigaciones continúan fuertemente. En 2016 por ejemplo se
alcanzaron con el mineral Perovskite producir en el laboratorio celdas
fotovoltaicas con una eficiencia sorprendente de 22.1% en el laboratorio. Este
mineral, la primera vez descrito en 1839, no es tóxico y conocido como
semiconductor desde años. Lo excitante es el rápido avance en lograr esta
eficiencia en pocos años (de 3% en 2009), mientras otras tecnologías
necesitaban décadas para lograr algo similar (vea gráfica abajo). Este salto
nutre la esperanza de producir dentro de pocos años nuevas celdas de
Perovskite hasta un 30% de eficiencia a costos muy bajos.
4.JUSTIFICACION
La construcción de una celda fotovoltaica es una novedosa idea que promete
traer consigo la incursión en el área de energías alternativas, donde el estudio
químico en el área de ciencia de materiales, será una base fundamental de
este estudio. La construcción de esta celda espera traer consigo un amplio
estudio a futuro en el campo esperando se amplié la investigación en el área
química, siendo esta prescindible en el entendimiento de los fenómenos
interatómicos que rigen en el funcionamiento de la celda fotovoltaica
Siendo el área de energías alternativas un área de gran crecimiento e interés a
nivel mundial, debido a los recientes cambios climáticos que enfrenta el planeta
actualmente. El estudio de una celda fotovoltaica, siendo aún simple, servirá
para despertar el interés en futuras generaciones que se planteen el reto de
optimizar el proceso de captación de energía
Sin más que decir se espera haber convencido al lector acerca de la
importancia ingenieril, ecológica que trae consigo la incursión en este tipo de
conocimiento