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Células fotovoltaicas ¿Cómo funcionan?

El rendimiento de las celdas fotovoltaicas se basa en el efecto fotovoltaico, que se produce al recibir los materiales “semiconductores” la radiación solar. Mediante la adición de sustancias denominadas dopantes, como el boro o el fósforo, se añaden concentraciones de diferentes electrones a la unión de dos regiones de un semiconductor.
Este proceso crea un campo electrostático constante que reconducirá el movimiento de los electrones en la dirección y sentido que se desee, produciendo así electricidad, la cual se extrae mediante la colocación de contactos metálicos en cada una de las caras.

¿Cómo generan electricidad?

El primer paso es la obtención de silicio con un 99% de pureza, el cual se obtiene de rocas ricas en cuarzo (SiO²) y tras un proceso de reducción con carbón.
La segunda fase es, una vez fundido el silicio, su cristalización a partir de una semilla. Dicha semilla se extrae de la fundición y se va solidificando de forma cristalina, resultando un monocristal (el más utilizado es el método Czochralsky).
El tercer paso es la obtención de obleas, que se consiguen realizando diferentes cortes en los lingotes. Durante este proceso es probable que se pierda una cantidad notable de silicio, ya que hay que adaptar las obleas a la forma final que conocemos de las células fotovoltaicas.

Por último, una vez obtenida la oblea, hay que mejorar su superficie mediante el proceso denominado de capado, que elimina irregularidades y defectos en en la superficie. Una vez limpia, se procede al texturizado de la misma, aprovechando las propiedades cristalinas del silicio para obtener una superficie que absorba con mayor eficiencia la radiación solar.
Finalmente, se procede a la formación de la unión PN y a la unión de los contactos metálicos de la célula, en forma de rejilla en la cara iluminada por el sol y continuo en la posterior.

¿Paneles mono-cristalinos o poli-cristalinos?

Los módulos fotovoltaicos son la base de la producción de energía solar fotovoltaica en instalaciones solares, ya que el proceso comienza en la transformación de la radiación solar en energía dentro de sus células fotovoltaicas.
Dentro de los módulos, la distinción habitual se suele hacer entre los módulos fotovoltaicos monocristalinos y los policristalinos. Pero, ¿qué les diferencia? ¿Cuál es el más adecuado para sus necesidades?

Módulos mono-cristalinos


Las células o celdas monocristalinas están producidas por un único cristal de silicio, el cual se mezcla por fundición con una pequeña cantidad de boro. Una vez la mezcla se encuentra en estado líquido, se introduce una varilla con un “cristal germen” también de silicio, que produce un crecimiento ordenado y hacia una dirección debido a los nuevos átomos de silicio. Este proceso crea un fino cristal dopado que posteriormente se separa en obleas, que son posteriormente horneadas junto a átomos de fósforo.

El tiempo empleado en la fabricación de las celdas monocristalinas, de un mayor número de procesos que las policristalinas, y la construcción lineal de su cristal le lleva a ser más eficiente (obtiene entre un 16% y un 25% de eficiencia).

También hay que mencionar que el coeficiente térmico, tasa que mide cuánto afecta las variaciones de temperatura en la producción energética, era desfavorable en los paneles monocristalinos al ser, normalmente, de color negro y captar más radiación solar y con ello temperatura.

 

Módulos poli-cristalinos

Las celdas policristalinas se construyen a través de una lenta solidificación que produce una masa sólida compuesta por varios cristales de silicio.
Estas células suelen ser de menor precio que las monocristalinas, ya que el proceso de dopación es mucho más uniforme en el monocristal que en la cantidad de cristales del segundo modo, y la eficiencia es algo menor (alcanza entre un 12-13% de eficiencia).

A pesar de sus diferencias, durante los últimos años los dos tipos de módulos han ido confluyendo en eficiencia de captación y precio, por lo que últimamente la elección se basa más en cuestiones presupuestarias que en la diferencia de potencia conseguida en cada caso.

Conexión de los módulos ¿En serie o en paralelo?

Dependiendo de la aplicación que estemos buscando, los módulos fotovoltaicos se podrán conectar de una forma u otra con el objetivo de cumplir los requerimientos energéticos de cada instalación.
Antes de explicar las opciones de las que disponen los instaladores, hay que recordar que los módulos disponen cada uno de un polo negativo y un polo positivo y la energía que producen tiene una intensidad (I), medida en Amperios (A), y una tensión, medida en Voltaje (V).
Encontramos dos tipos de conexión: En serie o en paralelo.
¿Qué conexión debemos escoger para nuestras instalaciones? La elección depende de las necesidades de los equipos que vayan a recibir el suministro de energía.

Conexión en paralelo

En un montaje en paralelo de los paneles fotovoltaicos, que deben ser siempre del mismo voltaje, los polos positivos y negativos de un módulo se conectan a los polos del mismo tipo de los demás módulos del sistema.
Este tipo de conexión, la tensión del sistema será la de uno de los paneles y la intensidad será la suma de las intensidades de cada panel.
Por ejemplo, para un sistema de 3 paneles de 12 V y 1A cada uno, el voltaje del sistema en paralelo sería de 12 V (el voltaje por módulo) y la intensidad sería la suma de las intensidades de cada módulo: 1A + 1A + 1A = 3A.

Conexión en serie

Al contrario que en una conexión en paralelo, los polos de un módulo se conectan al polo opuesto del siguiente módulo, es decir, el polo positivo de un módulo se conectaría al polo negativo del siguiente módulo, y viceversa.
El resultado será que la tensión del sistema será la suma de las tensiones de todos los módulos y la intensidad será la menor de todos los módulos.
En el caso anterior, en una conexión en serie el voltaje lo obtendríamos de la suma de los tres voltajes individuales: 12V + 12V+ 12V = 36V, y la intensidad sería la menor de los módulos, en este caso 1A, que es la común en los tres.

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