Energía solar fotovoltaica

Antecedentes  Primeras observaciones que relacionan luz y electricidad, s.XIX  Descubrimiento del efecto fotovoltaico del Si en 1941  Primera célula solar fotovoltaica en 1954 gracias a Chapin, Fueller y Pearson

Células solares  Unidad principal del módulo fotovoltaico  Funcionamiento basado en la formación de uniones entre semiconductores con distintos dopajes

Semiconductor tipo n Al añadir P ( 5e-) a una red de Si (4e-) el conductor toma cierta conductividad debido a las cargas negativas

Semiconductor tipo p Al añadir B (3e-) a una red de Si (4e-) aparecen huecos que actúan como cargas positivas

Unión p-n Al poner en contacto un tipo n con un Al poner en contacto un tipo n con un tipo p: tipo p: los e- de n se difunden a p los e- de n se difunden a p los huecos de p se difunden a n los huecos de p se difunden a n Aparece una ddp entre ambas regiones (0,5V para Si) Aparece una ddp entre ambas regiones (0,5V para Si)

Formación del campo eléctrico en la unión p-n

Efecto fotovoltaico Conversión directa de radiación electromagnética en corriente eléctrica mediante una célula Conversión directa de radiación electromagnética en corriente eléctrica mediante una célula

Características eléctricas de las células  En presencia de luz, la corriente de salida I viene dada por la diferencia entre la corriente fotogenerada y la corriente de la célula.  La curva I-V de una célula vendrá dada por:

I SC,cel :I cuando V entre bornes es nula V OC,cel : V cuando I de la célula es nula P cel : Potencia máxima que puede generarse. Se obtiene de: P cel = I P,cel. V P,cel

Curva característica I-V

Dependencia de I-V con la Tª

Tipos de células solares Principalmente, pueden ser:  De Silicio monocristalinas (c-Si)  De Silicio policristalinas (mc-Si)  De capa delgada: - Silicio amorfo - Silicio amorfo - CuInSe 2 /CdS - CuInSe 2 /CdS - CdTe/CdS - CdTe/CdS

Principales usos en 1998

Células c-Si  Se fabrica a partir de barras cristalinas de Si dopado con boro.  Las barras se laminan en obleas de 0,3mm.  Se introducen en horno a alta Tª en atm. gaseosa con alta concentración de P.  Se deposita una rejilla conductora metálica

Células mc-Si  Proceso análogo al c-Si  Lingotes tienen forma cuadrada por lo que los módulos tendrán mayor superficie activa  Los defectos cristalográficos y las impurezas provocan disminución de la eficiencia  Menos costoso económicamente

Células de capa delgada  Las más importante son a-Si  Se fabrican por procesos que implican grandes volúmenes a bajo coste.  Presentan bajas eficacias (6-8%)

Comparación entre tipos de células

Formación de módulos Varía en función del tipo de célula. Se disponen en paneles de 6, 12 o 24 V de tensión nominal. Las células se conectan en serie. Los módulos pueden ser: - Cristalinos - Cristalinos - Integrados - Integrados

Módulos cristalinos  Cubierta exterior: Protege de agentes atmosféricos. Se usa vidrio templado.  Capas encapsulantes: Protege las células y las conexiones. Se usa etilvinilacetileno (EVA).  Protección posterior: Protege de la humedad.  Marco soporte: Da rigidez mecánica

Sección de un módulo fotovoltaico

Módulos integrados  Se fabrican por técnicas automatizadas de bajo coste

Instalación fotovoltaica Elementos necesarios para realizar el suministro de electricidad para satisfacer unas necesidades energéticas. Se clasifican según: Elementos necesarios para realizar el suministro de electricidad para satisfacer unas necesidades energéticas. Se clasifican según: -Potencia -Potencia - Autonomía - Autonomía

Según potencia: - Instalación pequeña 1-5kW - Instalación mediana kW - Instalación grande 100 kW- 1 MW - Centrales fotovoltaicas MW Según autonomía: - Instalaciones autónomas de la red eléctrica - Instalaciones conectadas a la red eléctrica

Componentes de un sistema fotovoltaico  Sistema de captación de energía  Sistema de acumulación de energía  Sistema de regulación  Sistema de adaptación del suministro eléctrico. Adicionalmente puede llevar: Adicionalmente puede llevar:  Sist. de transporte de energía  Sist. de control, medida y protección

Instalaciones autónomas de la red eléctrica Usadas para pequeños consumos situados en el mismo lugar o cercanías

Ejemplos de sistemas autónomos

Esquema de instalación fotovoltaica de una granja

Instalaciones conectadas a la red eléctrica En este caso no se precisa ni reguladores ni acumuladores. La electricidad pasa directamente al inversor

Ejemplo de paneles integrados Fachada terminada

Aplicaciones

Energía solar fotovoltaica en España

Ejemplos de inversión

Ayudas  Inversión: Créditos ICO- IDAE  Explotación: Tarifas establecidas por el RD 436/2004  Beneficios fiscales

Muchas gracias por su atención