Panel fotovoltaic
- Artícul principal → Energia solar fotovoltaica.
Els panels o mòduls fotovoltaics (plaques fotovoltaiques) —cridats comunament panels solars, o plaques solars, encara que estes denominacions comprenen ademés atres dispositius— estan formats per un conjunt de cèlules fotovoltaiques que produïxen electricitat a partir de la llum que incidix sobre ells per mig del efecte fotoeléctrico.
Els panels fotovoltaics, en funció del tipo de cèlula que els formen, es dividixen en:
- Cristalines
- Monocristalinas: es componen de seccions d'un únic cristal de silici (Si) (reconeixibles per la seua forma circular o octogonal, a on els 4 costats curts, si es pot apreciar en l'image, s'aprecia que són curvos, degut a que és una cèlula circular retallada).
- Policristalinas: quan estan formades per chicotetes partícules cristalizadas.
- Amorfas: quan el silici no s'ha cristalizado.
La seua efectivitat és major quant major són els cristals, pero també el seu pes, gruixa i cost. El rendiment de les primeres pot alcançar el 22 %[1] mentres que el de les últimes pugues no aplegar al 10 %, no obstant, el seu cost i pes és molt inferior.
El cost dels panels fotovoltaics s'ha reduït de forma constant des de que es varen fabricar les primeres cèlules solars comercials[2] i el seu cost mig de generació elèctrica ya és competitiu en les fonts d'energia convencionals en un creixent número de regions geogràfiques, alcançant la paritat de ret.[3][4]
Història
[editar | editar còdic]
El terme fotovoltaic prové del grec φώς:phos, que significa “llum” i voltaico, que prové del camp de l'electricitat, en honor al físic italià Alejandro Volta, (que també proporciona el terme volt a l'unitat de mida de la diferència de potencial en el Sistema Internacional de mides). El terme fotovoltaic es va començar a usar en Anglaterra des de l'any 1849.
L'efecte fotovoltaic va ser reconegut per primera volta en 1839 pel físic francés Alexandre-Edmond Becquerel, pero la primera cèlula solar no es va construir fins a 1883. El seu autor va ser Charles Fritts, qui va recobrir una mostra de seleni semiconductor en un pa d'or per a formar el empalme. Este primitiu dispositiu presentava una eficiència de solament un 1 %. En 1905 Albert Einstein va donar l'explicació teòrica de l'efecte fotoeléctrico. Russell Ohl va patentar la cèlula solar moderna en l'any 1946, encara que Sven Ason Berglund havia patentat, en anterioritat, un método que tractava d'incrementar la capacitat de les cèlules fotosensibles.
L'era moderna de la tecnologia de potència solar no va aplegar fins a 1954 quan els Laboratoris Bell, varen descobrir, de manera accidental, que els semiconductors de silici dopat en certes impurees, eren molt sensibles a la llum.
Estos alvanços varen contribuir a la fabricació de la primera cèlula solar comercial en una conversió de l'energia solar de, aproximadament, el 6 %. l'Unió Soviètica va llançar el seu primer satèlit espacial en 1957, i els EE. UU. uns mesos despuix. En el disseny d'este es varen usar cèlules solars creades per Peter Iles en un esforç encapçalat per la companyia Hoffman Electronics.
La primera nau espacial que va usar panels solars va ser el satèlit nortamericà Vanguard 1, llançat en març de 1958.[5] Esta fita va generar un gran interés en la producció i llançament de satèlits geoestacionarios per al desenroll de les comunicacions, en els que l'energia provindria d'un dispositiu de captació de la llum solar. Va ser un desenroll crucial que va estimular l'investigació per part d'alguns governs i que va impulsar la millora dels panels solars.
En 1970 la primera cèlula solar en heteroestructura d'arseniuro de gali (GaAs) i altament eficient es va desenrollar en l'extinta URSS per Zhorés Alfiórov i el seu equip d'investigació.
La producció d'equips de deposició química de metals per vapors orgànics o MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition), no es va desenrollar fins als anys 1980, llimitant la capacitat de les companyies en la manufactura de cèlules solars de arseniuro de gali. La primera companyia que manufacturó panels solars en cantitats industrials, a partir d'unions simples de GaAs, en una eficiència de AM0 (Air Mass Zero) del 17 % va ser la nortamericana ASEC (Applied Solar Energy Corporation). La conexió dual de la cela es va produir en cantitats industrials per ASEC en 1989, de manera accidental, com a conseqüència d'un canvi del GaAs sobre els substrats de GaAs a GaAs sobre substrats de germani.
El dopage accidental de germani (Ge) en GaAs com a capa amortiguadora va crear circuits de voltage oberts, demostrant el potencial de l'us dels substrats de germani com atres celes. Una cela d'unions simples de GaAs va aplegar al 19 % d'eficiència AM0 en 1993. ASEC va desenrollar la primera cela de doble unió per a les naus espacials usades en els EE. UU., en una eficiència d'un 20 % aproximadament.
Estes celes no usen el germani com a segona cela, pero usen una cela basada en GaAs en diferents tipos de dopage. De manera excepcional, les cèlules de doble unió de GaAs poden aplegar a produir eficiència AM0 de l'orde del 22 %. Les unions triples comencen en eficiència de l'orde del 24 % en 2000, 26 % en 2002, 28 % en 2005, i han aplegat, de manera corrent al 30 % en 2007. En 2007, dos companyies nortamericanes, Emcore Photovoltaics i Spectrolab, produïxen el 95 % de les cèlules solars del 28 % d'eficiència.
Les distintes generacions de cèlules fotovoltaiques
[editar | editar còdic]
Breu introducció sobre la física dels semiconductors
[editar | editar còdic]En una mostra de metal, els electrons exteriors dels seus àtoms, denominats electrons de valència poden moure's lliurement. Es diu que estan deslocalizados en regions de l'espai que ocupen tota la ret cristalina, com si d'una malla es tractara. En térmens energètics açò vol dir que els electrons de l'última capa de l'àtom ocupen nivells d'energia alts que els permet escapar-se de l'enllaç que els unix al seu àtom.
El conjunt d'estos nivells, molt pròxims uns d'uns atres, formen part de la cridada banda de conducció (BC). Esta banda està formada, ademés, per nivells d'energia buits i és, precisament, l'existència d'estos nivells buits la que permet que els electrons puguen botar a ells quan se'ls posa en moviment, en aplicar un camp elèctric. Precisament esta circumstància permet que els metals siguen conductors de l'electricitat. Els demés electrons de l'àtom, en energies menors, formen la banda de valència (BV). La distància entre abdós bandes, en térmens d'energia, és nula. Abdós bandes es solapan de manera que els electrons de la BV en més energia es troben, també, en la BC.
En les substàncies aïllants, la BC està completament buida perque tots els electrons, inclosos els de l'última capa, estan lligats a l'àtom, tenen una energia més baixa, i per lo tant es troben en la banda de valència, i ademés la distància entre les bandes (es denomina a esta distància energètica banda prohibida, o gap) és prou gran, en lo que els és molt difícil botar a la BC. Com la BV està plena, els electrons no poden moure's i no pot haver corrent elèctrica en aplicar un voltage entre els extrems de l'aïllant.
En els semiconductors, les bandes de valència i conducció presenten una situació intermija entre la que es dona en un conductor i la que és normal en un aïllant. La BC té molt pocs electrons. Açò es deu a que la separació que hi ha entre la BV i la BC no és nula, pero sí chicoteta. Aixina s'explica que els semiconductors aumenten la seua conductivitat en la temperatura, puix l'energia tèrmica suministrada és suficient per a que els electrons puguen botar a la banda de conducció, mentres que els conductors la disminuïxen, degut a que les vibracions dels àtoms aumenten i dificulten la movilitat dels electrons.
Lo interessant dels semiconductors és que la seua chicoteta conductivitat elèctrica és deguda tant a la presència d'electrons en la BC, com a que la BV no està totalment plena.
Les quatre generacions de cèlules fotovoltaiques
[editar | editar còdic]
La primera generació de cèlules fotovoltaiques consistien en una gran superfície de cristal simple. Una simple capa en unió diodo p-n, capaç de generar energia elèctrica a partir de fonts de llum en llongituts d'ona similars a les que apleguen a la superfície de la Terra provinents del Sol. Estes cèlules estan fabricades, usualment, usant un procés de difusió en obleas de silici. Esta primera generació (coneguda també com a cèlules solars basades en oblea) són, actualment, (2007) la tecnologia dominant en la producció comercial i constituïxen, aproximadament, el 86 % del mercat de cèlules solars terrestres.
La segona generació de materials fotovoltaics es basen en l'us de depòsits epitaxiales molt prims de semiconductors sobre obleas en concentradors. Hi ha dos classes de cèlules fotovoltaiques epitaxiales: les espacials i les terrestres. Les cèlules espacials, usualment, tenen eficiència AM0 (Air Mass Zero) més altes (28-30 %), pero tenen un cost per vat més alt. En les terrestres la película prima s'ha desenrollat usant processos de baix cost, pero tenen una eficiència AM0 (7-9 %), més baixa, i, per raons evidents, es qüestionen per a aplicacions espacials.
Les prediccions abans de l'arribada de la tecnologia de película prima apuntaven a una considerable reducció de costs per a cèlules solars de película prima. Reducció que ya s'ha produït. Actualment (2007) hi ha un gran número de tecnologies de materials semiconductors baix investigació per a la producció en massa. Es poden mencionar, entre estos materials, al silici amorfo, silici monocristalino, silici policristalino, telururo de cadmi i sulfurs i seleniuros d'indi. Teòricament, una ventaja de la tecnologia de película prima és la seua massa reduïda, molt apropiada per a panels sobre materials molt llaugers o flexibles. Inclús materials d'orige textil.
L'arribada de películes primes de Ga i As per a aplicacions espacials (denominades cèlules primes) en potencials d'eficiència AM0 per damunt del 37 % estan, actualment, en estat de desenroll per a aplicacions d'elevada potència específica. La segona generació de cèlules solars constituïx un chicotet segment del mercat fotovoltaic terrestre, i aproximadament el 90 % del mercat espacial.
La tercera generació de cèlules fotovoltaiques que s'estan proponent en l'actualitat (2007) són molt diferents dels dispositius semiconductors de les generacions anteriors, ya que realment no presenten la tradicional unió p-n per a separar els portadors de càrrega fotogenerados. Per a aplicacions espacials, s'estan estudiant dispositius de buits quàntics (punts quàntics, cordes quàntiques, etc.) i dispositius que incorporen nanotubos de carbono, en un potencial de més del 45 % d'eficiència AM0. Per a aplicacions terrestres, es troben en fase d'investigació dispositius que inclouen cèlules fotoelectroquímicas, cèlules solars de polímers, cèlules solars de nanocristals i cèlules solars de tintas sensibilisades.
Una hipotètica quarta generació de cèlules solars consistiria en una tecnologia fotovoltaica composta en les que es mesclen, conjuntament, nanopartículas en polímer per a fabricar una capa simple multiespectral. Posteriorment, vàries capes primes multiespectrales es podrien apilar per a fabricar les cèlules solars multiespectrales definitives. Cèlules que són més eficients, i barates. Basades en esta idea, i la tecnologia multiunión, s'han usat en les missions de Mart que ha portat a terme la NASA. La primera capa és la que convertix els diferents tipos de llum, la segona és per a la conversió d'energia i l'última és una capa per al espectre infrarrojo. D'esta manera es convertix alguna cosa del calor en energia aprovechable. El resultat és una excelent cèlula solar composta. L'investigació de base per a esta generació s'està supervisant i dirigint per part de la DARPA per a determinar si esta tecnologia és viable o no. Entre les companyies que es troben treballant en esta quarta generació es troben Xsunx, Konarka Technologies, Inc., Nanosolar, Dyesol i Nanosys.
Vore també
[editar | editar còdic]- Autoconsumo fotovoltaic
- Balanç net
- Carregador de bateries
- Cèlula fotovoltaica multiunión
- Electrolinera
- Energia solar fotovoltaica
- Energies renovables
- Faça-ho vosté mateixa
- Heliostato
- Lent de Fresnel
Referències
[editar | editar còdic]- ↑ «Sunpower Panels Awarded Guinness World Record» (en anglés). Archivat des d'el original, el 26 de juny de 2013. Consultat el 4 de novembre de 2015.
- ↑ (2009).«Photovoltaics Power Up».Science.324(5929)
- 891-2.doi:10.1126/science.1169616.
- ↑ «L'estudi PV Grid Parity Monitor posa de manifest que la paritat de ret fotovoltaica ya escomença a ser una realitat». Archivat des d'el original, el 5 d'octubre de 2013. Consultat el 13 de març de 2016.
- ↑ «Quan les plaques fotovoltaiques són més barates que la ret elèctrica». El País. Consultat el 13 de març de 2016.
- ↑ «Vanguard I - the World's Oldest Satellite Still in Orbit» (en anglés). Archivat des d'el original, el 19 de setembre de 2008. Consultat el 12 d'agost de 2008.
- Este artícul conté una traducció derivada de «Panel fotovoltaico» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.