Funcionamiento y Tipos de Células Fotovoltaicas en Energía Solar

Las células fotovoltaicas

1. Comportamiento

La célula tiene un comportamiento de diodo. Solo circula corriente cuando la célula está polarizada positivamente; es decir, cuando el terminal positivo está conectado a la capa P y el negativo a la capa N. Al iluminarse, se observa que para que la corriente sea nula es preciso que la célula esté polarizada positivamente con una tensión potencial en cortocircuito abierto (Voc).

Cuando la tensión externa se hace menor que Voc, por la célula recorre una corriente de la capa N a la P, por lo que la corriente generada por la radiación solar es superior a la externa. La potencia se define mediante la fórmula: P = V x I.

2. Rendimiento

El rendimiento de una célula se define como el cociente entre la energía eléctrica generada y la energía solar incidente. El rendimiento máximo teórico de las células de silicio es del 23%, mientras que en las comerciales oscila entre el 10% y el 15%. Estas células poseen un amplio margen de espectro, presentando respuesta no solo ante la luz visible, sino también ante la infrarroja.

3. Variación con la temperatura

La potencia que nos entrega la célula disminuye al aumentar la temperatura. Esto se debe a que la tensión decrece más rápido de lo que aumenta la intensidad.

Tipos de células

1. Células solares semicristalinas y policristalinas

Tienen un rendimiento algo menor por ser de menor pureza, pero presentan la ventaja de que son más económicas.

2. Célula solar de sulfato de cadmio

Su principal ventaja es el bajo coste y un pequeño consumo de material. Trabajan con tensiones del orden de 400 a 500 mV y poseen un rendimiento del 8,5%. Su mayor inconveniente es su inestabilidad.

3. Célula solar de arseniuro de galio

Presenta un rendimiento real de entre el 13% y el 19%. Sin embargo, tiene mucho consumo de material por célula y su purificación es muy costosa.

4. Células de silicio amorfo

Tienen una capacidad de absorción de la luz superior a las de silicio cristalino.

Estructuras

• 1. Células de superficie piramidal: La multitud de pirámides microscópicas reducen al mínimo las pérdidas por reflexión.
• 2. Células solares de multiunión: Producen voltajes de centenares de voltios a baja corriente, evitando pérdidas por resistencia y un alto calentamiento.
• 3. Células solares bifaciales: Su estructura es una doble unión y se utiliza principalmente en sistemas de concentración estáticos.

Variaciones climáticas locales

Para el diseño de instalaciones, es fundamental considerar los siguientes factores:

1. Tener en cuenta los microclimas.
2. Orientación y posición.
3. Condiciones de nubosidad y de temperatura atmosférica.

El factor más importante es la proporción relativa de días nublados. En los cálculos de instalaciones de energía solar, resulta útil el concepto de número de HSP (Horas de Sol Pico). Las unidades de medición de energía solar que comúnmente se usan son las de Langley.

La relación matemática para el cálculo es: HSP = 1 kJ/m² x día x 0,024 x 0,0116.

Las HSP representan el número de horas en las que 1 m² de superficie horizontal deberá estar sometido de forma constante a 1 kW radiante.