Objetivos:
=>Identificar los principios físicos que se presentan en las celdas solares.
=>Entender el proceso de conversión de la energía solar para poder ser utilizada por el hombre.
=>Como puede ser utilizada para hacer un vehículo solar.
=>Funcionamiento de un vehículo solar.
Principios básicos de un sistema de generación de energía solar.
Loa paneles solares funcionan por el efecto fotoeléctrico. Cada célula está compuesta de dos delgadas láminas de silicio P y N, separadas por un semiconductor; los fotones inciden contra la superficie de la capa P, y al chocar liberan electrones de los átomos del silicio los cuales, en movimiento pasan por el semiconductor pero no pueden volver. La capa N adquiere una diferencia de potencial respecto al P, que por un conductor eléctrico exterior, provisto de un consumidor de energía, volverán (corriente eléctrica) a la capa P, reiniciándose el proceso.
Conceptos básicos
Efecto fotovoltaico: conversión de luz en electricidad.
Materia: constituida por átomos
Núcleo: carga eléctrica positiva y neutrones.
Electrones: carga eléctrica negativa.
Los electrones de la última capa son electrones de valencia que al unirse con otro forman redes cristalinas.
Tipos de Materiales
Conductores: electrones de valencia poco ligados al núcleo.
Semiconductores: electrones de valencia más ligados al núcleo.
Aislantes: configuración muy estable.
Celdas solares
Los materiales usados en las celdas solares son los semiconductores.
Transforman directamente la energía solar en energía eléctrica.
Energía resultante de reacciones nucleares de fusión.
Estructura semiconductores
Materiales: Si, Ge, P, As.
Estructura del Si:
Segundo elemento del planeta más abundante.
14 electrones y 14 protones, 4e- de valencia.
Se presenta en la naturaleza de dos formas distintas, una amorfa y otra cristalizada.
Semiconductor “tipo I”
Celda elemental de Si:
se unen 5 átomos del material, enlace covalente.
no hay electrones libres, por lo cual se denomina conductor intrínseco o “tipo I”.
Semiconductor “tipo N”
Si incorporamos una impureza, P (5 electrones de valencia) habrá un electrón libre.
El material tendrá exceso de cargas negativas.
Semiconductor “tipo P”
Si incorporamos B (3 electrones de valencia) aparecerá un hueco.
No se produce enlace covalente y hay exceso de cargas positivas.
Unión “NP”
Unión de material “tipo N” y “tipo P”.
Los electrones sobrantes del material N pasan hacia el material P y los “huecos” del material P pasan al material N.
Cuando la luz incide sobre el semiconductor, se liberan electrones del átomo de Si, se rompe el equilibrio de la unión NP y se producen los denominados par “electrón-hueco”.
Se genera un campo eléctrico que al conectar una carga externa entre ambas zonas, genera la corriente eléctrica.
Para el Si, se pueden obtener potenciales de aproximadamente 550mV.
Tipos de celdas de Si
Monocristalinas: estructura atómica muy ordenada.
Rendimiento entre el 15% y el 18%. Difícil construcción, alto precio.
Policristalinas: estructura atómica no tan ordenada como en el monocristalino.
Rendimiento entre el 12% y el 15%.
Amorfas: estructura atómica bastante desordenada. Rendimiento es inferior al 10%.
Fabricación sencilla, más barato.
Elementos de una celda solar de Si
Un contacto superior en la zona del material “tipo N”.
Dos semiconductores “tipo N” y “tipo P”.
Un contacto inferior en la zona del material “tipo P”.
Características de las celdas solares
Características I-V
Voltaje de circuito abierto VOC
Corriente de cortocircuito ISC
Potencia Máxima (rectángulo)
Factor de llenado (fill factor) : cociente entre el rectángulo de máxima potencia y el rectángulo inscrito entre el voltaje de circuito abierto y la corriente de corto circuito. Esta medida nos da una idea de la calidad de la celda
Características I-V
Tecnología de fabricación de celdas solares de Silicio
Silicio monocristalino: estructura cristalina uniforme
Silicio policristalino : estructuras ubicadas arbitrariamente. Estos “granos” hacen que la estructura no sea uniforme y se obtenga una eficiencia menor
Silicio amorfo: presenta todavía bajos niveles de eficiencias
Tecnología de fabricación de celdas solares de Silicio
El Silicio se obtiene a partir de elementos como arena o cuarzo, Se presentan en la naturaleza con altos grados de impurezas, por este motivo es necesario procesarlos Obtenemos un Silicio con propiedades de semiconductor y así lograr celdas de alta eficiencia el Silicio es el segundo elemento más abundante en la superficie terrestre, luego del oxígeno.
¿Cómo funciona?
1- La energía del sol se convierte directamente en electricidad por medio de las celdas solares
2- Esta electricidad pasa por un controlador que la recibe y hace un motor eléctrico que pasa por medio de la transmisión mueve las ruedas.
El acople del motor al eje de la llanta posterior se realiza mediante una caja reductora el cual genera un torque para poder hacer que carro se desplace, tal como se muestra en la figura.
Motor Auto Solar
Chasis Auto Solar
Panel Solar
Chip Auto Solar
Modelo Auto Solar
Herramientas y Modelo Auto
Conclusión
En el presente trabajo tratamos de dar a conocer las bondades del uso de la energía solar, que actualmente se está desarrollando para ser aplicado a un auto, sin embargo los altos costos en la producción no han dejado que sea masificada esta energía limpia.
Las celadas solares sensibilizadas son muy promisorias debido a su costo relativamente bajo, sus posibilidades de aplicaciones de baja intensidad de la radiación, factibilidad de aplicaciones sobre sustratos ligeros y/o flexibles, a los otros niveles de eficiencia alcanzados en un lapso de tiempo relativamente, corto entre otras ventajas. Actualmente se trabaja con intensidad en esta temática para la mejora de los niveles de eficiencia y estabilidad de estos sistemas, para ello se investiga además la utilización de nuevos materiales.
