Celdas Solares.

¿Qué son las celdas solares?

Las células o celdas solares son dispositivos que convierten energía solar en electricidad, ya sea directamente vía el efecto fotovoltaico, o indirectamente mediante la previa conversión de energía solar a calor o a energía química.

La forma más común de las celdas solares se basa en el efecto fotovoltaico, en el cual la luz que incide sobre un dispositivo semiconductor de dos capas produce una diferencia del fotovoltaje o del potencial entre las capas. Este voltaje es capaz de conducir una corriente a través de un circuito externo de modo de producir trabajo útil.

penel1.jpg

Los orígenes de celdas solares

Aunque las celdas solares eficientes han estado disponibles recién desde mediados de los años 50, la investigación científica del efecto fotovoltaico comenzó en 1839, cuando el científico francés, Henri Becquerel descubrió que una corriente eléctrica podría ser producida haciendo brillar una luz sobre ciertas soluciones químicas.

El efecto fue observado primero en un material sólido (el metal selenio) en 1877. Este material fue utilizado durante muchos años para los fotómetros, que requerían de cantidades muy pequeñas de energía. Una comprensión más profunda de los principios científicos, fue provista por Albert Einstein en 1905 y Schottky en 1930, la cual fue necesaria antes de que celdas solares eficientes pudieran ser confeccionadas. Una célula solar de silicio que convertía el 6% de la luz solar que incidía sobre ella en electricidad fue desarrollada por Chapin, Pearson y Fuller en 1954, y esta es la clase de célula que fue utilizada en usos especializados tales como satélites orbitales a partir de 1958.

Las celdas solares de silicio disponibles comercialmente en la actualidad tienen una eficiencia de conversión en electricidad de la luz solar que cae sobre ellas de cerca del 18%, a una fracción del precio de hace treinta años. En la actualidad existen una gran variedad de métodos para la producción práctica de celdas solares de silicio (amorfas, monocristalinas o policristalinas), del mismo modo que para las celdas solares hechas de otros materiales (seleniuro de cobre e indio, teluro de cadmio, arseniuro de galio, etc).

¿Cómo se hacen las celdas solares?

Las celdas solares de silicio se elaboran utilizando planchas (wafers) monocristalinas, planchas policristalinas o láminas delgadas

Las planchas monocristalinas (de aproximadamente 1/3 a 1/2 de milímetro espesor) se cortan de un gran lingote monocristalino que se ha desarrollado a aproximadamente 1400°C, este es un proceso muy costoso. El silicio debe ser de una pureza muy elevada y tener una estructura cristalina casi perfecta.

Las planchas policristalinas son realizadas por un proceso de moldeo en el cual el silicio fundido es vertido en un molde y se lo deja asentar. Entonces se rebana en planchas. Como las planchas policristalinas son hechas por moldeo son apreciablemente más baratas de producir, pero no tan eficiente como las celdas monocristalinas. El rendimiento más bajo es debido a las imperfecciones en la estructura cristalina resultando del proceso de moldeo.

En los dos procesos anteriormente mencionados, casi la mitad del silicio se pierde como polvo durante el cortado.

El silicio amorfo, una de las tecnologías de lámina delgada, es creado depositando silicio sobre un substrato de vidrio de un gas reactivo tal como silano (SiH4). El silicio amorfo es una de grupo de tecnologías de lámina delgada. Este tipo de célula solar se puede aplicar como película a substratos del bajo costo tales como cristal o plástico. Otras tecnologías de lámina delgada incluyen lámina delgada de silicio multicristalino, las celdas de seleniuro de cobre e indio/sulfuro de cadmio, las celdas de teluro de cadmio/sulfuro del cadmio y las celdas del arseniuro de galio. Las celdas de lámina delgada tienen muchas ventajas incluyendo una deposición y un ensamblado más fácil, la capacidad de ser depositadas en substratos o materiales de construcción baratos, la facilidad de la producción en masa, y la gran conveniencia para aplicaciones grandes.

En la producción de celdas solares al silicio se le introducen átomos de impurezas (dopado) para crear una región tipo p y una región tipo n de modo de producir una unión p-n. El dopado se puede hacer por difusión a alta temperatura, donde las planchas se colocan en un horno con el dopante introducido en forma de vapor. Hay muchos otros métodos de dopar el silicio. En la fabricación de algunos dispositivos de lámina delgada la introducción de dopantes puede ocurrir durante la deposición de las láminas o de las capas.

Un átomo del silicio tiene 4 electrones de valencia (aquellos más débilmente unidos), que enlazan a los átomos adyacentes. Substituyendo un átomo del silicio por un átomo que tenga 3 o 5 electrones de la valencia producirá un espacio sin un electrón (un agujero) o un electrón extra que pueda moverse más libremente que los otros, ésta es la base del doping. En el doping tipo p, la creación de agujeros, es alcanzada mediante la incorporación en el silicio de átomos con 3 electrones de valencia, generalmente se utiliza boro. En el dopaje de tipo n, la creación de electrones adicionales es alcanzada incorporando un átomo con 5 electrones de valencia, generalmente fósforo.

efecto-fotoelectrico.gif

Una vez que se crea una unión p-n, se hacen los contactos eléctricos al frente y en la parte posterior de la célula evaporando o pintando con metal la plancha. La parte posterior de la plancha se puede cubrir totalmente por el metal, pero el frente de la misma tiene que tener solamente un patrón en forma de rejilla o de líneas finas de metal, de otra manera el metal bloquearía al sol del silicio y no habría ninguna respuesta a los fotones de la luz incidente.

¿Cómo funcionan las celdas solares?

Para entender la operación de una célula fotovoltaica, necesitamos considerar la naturaleza del material y la naturaleza de la luz del sol. Las celdas solares están formadas por dos tipos de material, generalmente silicio tipo p y silicio tipo n. La luz de ciertas longitudes de onda puede ionizar los átomos en el silicio y el campo interno producido por la unión que separa algunas de las cargas positivas (“agujeros”) de las cargas negativas (electrones) dentro del dispositivo fotovoltaico. Los agujeros se mueven hacia la capa positiva o capa de tipo p y los electrones hacia la negativa o capa tipo n. Aunque estas cargas opuestas se atraen mutuamente, la mayoría de ellas solamente se pueden recombinar pasando a través de un circuito externo fuera del material debido a la barrera de energía potencial interno. Por lo tanto si se hace un circuito se puede producir una corriente a partir de las celdas iluminadas, puesto que los electrones libres tienen que pasar a través del circuito para recombinarse con los agujeros positivos.

celdasolar.gif

Efecto fotovoltaico en una célula solar

La cantidad de energía que entrega un dispositivo fotovoltaico esta determinado por:

  • El tipo y el área del material
  • La intensidad de la luz del sol
  • La longitud de onda de la luz del sol

Por ejemplo, las celdas solares de silicio monocristalino actualmente no pueden convertir más el de 25% de la energía solar en electricidad, porque la radiación en la región infrarroja del espectro electromagnético no tiene suficiente energía como para separar las cargas positivas y negativas en el material.

Las celdas solares de silicio policristalino en la actualidad tienen una eficiencia de menos del 20% y las celdas amorfas de silicio tienen actualmente una eficiencia cerca del 10%, debido a pérdidas de energía internas más altas que las del silicio monocristalino.

Una típica célula fotovoltaica de silicio monocristalino de 100 cm2 producirá cerca de 1.5 vatios de energía a 0.5 voltios de Corriente Continua y 3 amperios bajo la luz del sol en pleno verano (el 1000Wm-2). La energía de salida de la célula es casi directamente proporcional a la intensidad de la luz del sol. (Por ejemplo, si la intensidad de la luz del sol se divide por la mitad la energía de salida también será disminuida a la mitad).

Una característica importante de las celdas fotovoltaicas es que el voltaje de la célula no depende de su tamaño, y sigue siendo bastante constante con el cambio de la intensidad de luz. La corriente en un dispositivo, sin embargo, es casi directamente proporcional a la intensidad de la luz y al tamaño. Para comparar diversas celdas se las clasifica por densidad de corriente, o amperios por centímetro cuadrado del área de la célula.

La potencia entregada por una célula solar se puede aumentar con bastante eficacia empleando un mecanismo de seguimiento para mantener el dispositivo fotovoltaico directamente frente al sol, o concentrando la luz del sol usando lentes o espejos. Sin embargo, hay límites a este proceso, debido a la complejidad de los mecanismos, y de la necesidad de refrescar las celdas. La corriente es relativamente estable a altas temperaturas, pero el voltaje se reduce, conduciendo a una caída de potencia a causa del aumento de la temperatura de la célula.

Otros tipos de materiales fotovoltaicos que tienen potencial comercial incluyen el diselenide de cobre e indio (CuInSe2) y teluo de cadmio (CdTe) y silicio amorfo como materia prima.

Fuente: http://www.textoscientificos.com/

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42 Responses to “Celdas Solares.”


  1. 1 javier 8 noviembre 2007 en 13:25

    Buenas tardes, yo quisiera saber cuales serian las dimensiones de una o un conjunto de celda(s) fotovoltaica(s) si deseo obtener una tension entre 1.5 y 3 voltios para encender 4 leds conectados en paralelo, espero su pronta respuesta y agreadeciendo su tiempo y esfuerzo me despido muy atentamente.

  2. 2 trauko 19 noviembre 2007 en 19:53

    La verdad que si el consumo es de 1.5 a 3 voltios, seria recomendable que la suma de lo que entregan las celdas sea un poco superior a este.
    También es recomendable que incluyas en tu configuración una batería, la cual funcionaria como acumulador.
    Con respecto a cuantas celdas son necesarias, es mejor consultar directamente a tu proveedor o el fabricante de las celdas.

  3. 3 franklin 12 diciembre 2007 en 03:59

    hay un panel solar que te da 3v pero te da 400ma es el panel ps – 683 si pones en paralelo varios kisas te funcione ya que el voltaje no cambiara pero creo la corriente si pero no estoy seguro. en eso andoo yo tambien jejejeje

  4. 4 JESUS TORRES 25 febrero 2008 en 14:56

    hola

    ME LLAMO DE JESUS Y SOY DE MONTERREY

    ACA EN MONTERREY ES MUY CARA LA LUZ PERO TENEMOS UNAS
    TEMPERATURAS QUE VAN DE 30°A CASI 40°(HOY VA A LLEGAR A 35°)
    LA MAYOR PARTE DEL AÑO.
    BUENO QUIERO SABER SI SE PUEDE ILUMINAR UNA CASA CON
    REFRIGERADOR,MICRO,TELE,LAVADORA CON UNA CELDA SOLAR.

    Y SI ES MUY COSTOSO.

    ME GUSTARIA QUE ME CONTESTARAN Y LO VEAN DE LA MANERA MAS SERIA POSIBLE.

    GRACIAS.

    • 5 JULIO LARA 23 julio 2009 en 22:07

      QUE TAL JESUS DE MTY. SI ES POSIBLE ALIMENTAR LA VIVIENDA A BASE DE CELDAS FOTOVOLTAICAS. LOS COSTOS DE INVERSION SON ALTOS Y LA RECUPERACION ES A UNOS 10 AÑOS. HAY QUE VERLO COMO UNA INVERSION. SI ESTAS INTERESADO EN MANEJAR ALGO COMO PROYECTO CONTACTANOS. julio_lacayasoc@hotmail.com SALUDOS

      • 6 Jesus 5 mayo 2014 en 19:17

        Julio , quisiera instalar celdas solares únicamente para los climas a/c de 220 y 110 V , que me sugieres ??? Gracias

  5. 7 trauko 26 febrero 2008 en 01:37

    Primero que nada, las celdas solares no funcionan por temperatura sino por radiación solar, no necesariamente deben haber altas temperaturas para que funcione, sino gran radiación.

    Por otra parte, claro que puedes alimentar todos tus artefactos eléctricos con celdas solares, pero primero que nada debes saber optimizar la energía, ya sea cambiando las bombillas comunes por otras de alto rendimiento, así como tus artefactos eléctricos, como por ejemplo tu refrigerador, televisor, etc.

    Por el momento los costos son demasiados altos, pero puedes ir migrando de apoco tus artefactos, ve si fabrican celdas solares en Mexico o derechamente importarlas desde EEUU.

    A groso mode el esquema es el siguiente, Celdas Solares – Acumuladores – Carga.

    Saludos,

    Gracias.

  6. 8 dr.manuel rdz. 6 abril 2008 en 13:49

    quisiera saber que tipo de panel me seria util para iluminar un jardin de 25 luminarias aprox. y cuanto seria el costo aprox. reciban un saludo

  7. 9 jesse 4 agosto 2008 en 12:50

    HOLA AMIGOS….. MI PREGUNTA ES ESTA TO TENGO 10 PLACAS DE CELDAS SOLARES DE ESTA CAPACIDADO RANGO NO SE PERO ESTOS SON SUS DATOS ELECTRICAL RATINGS AT 1000 W/M2,AM 1.5CELL TEMP25 centigrados MAX POWER. 3.2 W VOLTAGE AT MAX POWER 18.8 V CURRENT AT MAX POWER 170 mA. COMO PUEDO SACARLES EL MAYOR PROVECHO DE ENERGIA SOLAR SEGUN ME AN DICHO CADA PLACA TIENE LA CAPACIDAD DE CARGAR UNA BATERIA DE AUTO DE 12V SE PUEDEN CONECTAR EN PARALELO TADAS ELLAS PARA TENER MAYOR CAPACIDAD DE CARGAR VARIAS BATERIAS Y ACUMULAR LA CARGA DEL DIA Y PODERLAS USAR DE NOCHE O COMO PUEDO SACARLES EL MEJOR PROVECHO ES PARA UNA ZONA DONDE NO HAY ENERGIA ELECTRICA RURAL GRACIAS ESPERO SU AYUDA ATTE JESSE

  8. 10 ramonalvarado 4 agosto 2008 en 14:47

    si un clima de auto funciona con 12 volts, se puede instalar en casa para una habitacion de 3×3 mts suministrandole la corriente de las celdas solares?

    espero respuesta. saludos

  9. 11 Matías Vessuri 12 agosto 2008 en 16:47

    Este artículo es una copia no autorizada del trabajo de Celdas Solares de Textos Científicos

    http://www.textoscientificos.com/energia/celulas

  10. 12 jesse 25 octubre 2008 en 23:57

    CARAY GRACIAS POR SU RESPUESTA……O HAY QUE ESPERAR UNOS MESES MAS????????????????

  11. 13 john 24 noviembre 2008 en 21:01

    hola. kiero saber cuanto s centimetros cuadrados de celda solar se van para alimentar el microoondas nevera 3 televisores lavadora y la ducha gracias espero pronta respuesta

  12. 14 karolina 27 noviembre 2008 en 13:25

    bueno pues yo tengo una duda quisiera saber como es que funciona una celda solar si no hay sol o en la tarde que ya empieza a obscurreser hay como es que funciona una celda solar….

  13. 15 trauko 29 noviembre 2008 en 14:11

    john:

    Eso va a depender del consumo que tengas y el tipo de almacenamiento que posees …!!!

    Saludos.

  14. 16 trauko 29 noviembre 2008 en 14:13

    karolina:

    Las celdas solares funcionan por radiación, eso quiere decir que hasta cuando esta nublado funcionan, con un menor rendimiento pero funcionan, ahora en las tardes baja el rendimiento ya que los rayos solares no están perpendicular a las celdas, y en las noches ya el rendimiento es casi cero.

    Saludos.

  15. 17 simon 4 diciembre 2008 en 22:27

    hola buenas noches son simon quisiera saber como hago para instalar en mi casa una celda solar, solo la pongo ahi en la luz del sol o k onda? bueno ps espero k me ayuden con eso gracias no conozco nada de esto…

  16. 18 Gaby 16 febrero 2009 en 17:50

    Hola bueno tengo que hacer un carrito que funcione con celdas solares la verdad me sirvio de algo esta informacion pero necesito saber con cuantas celdas es suficiente para hacer que el carrito funcione porfa es para mañana jejejeje Ok les agradeceria una respuesta

    Soldier of Harrison!!!!!!!!!!!!!!!

  17. 19 trauko 16 febrero 2009 en 20:32

    Todo depende, cual es tu consumo de energia en el carrito…

    Saludos.

  18. 20 omar 8 marzo 2009 en 17:43

    tengo q hacer un circuito alimentado por celdas solares y quisiera saber si alguien me podria proporcionar un diagrama que contenga uno, es para alimentar unos leds

  19. 21 valentin 15 marzo 2009 en 20:36

    q tal TRAUKO., indagando sobre paneles solares, encontre tu blog, podrias proporcionarme si eres tan amable el costo y el tipo de panel para alimentar una casa habitacion en la cual hay 5 computadoras.
    En caso no tengas dicha informacion proporcioname una pagina web.

    gracias.

  20. 22 omar 15 marzo 2009 en 21:45

    que onda valentin soy omar pos aqui esperando la respuesta del amigo trauko mira yo encargue una celda solar de esta pagina ojala y te sirva de algo, saludos

    http://www.celdassolaresflexibles.com/index.php

  21. 23 trauko 15 marzo 2009 en 22:45

    Omar:

    Para el circuito debes tener claro cual es el consumo de los led, ahora también podrías poner un acumulador entre el panel y los led.

    La verdad la pagina que pusiste esta bastante buena a primera vista, cuando tenga algo mas de tiempo le echare un vistazo mas en detalle ..

    Valentin:

    Busca en tu localidad algún distribuidor, ahora no se de que país eres, la pagina que puso Omar esta bastante buena, es un buen punto donde empezar tu búsqueda.

    Saludos.

  22. 24 Fotos de energia solar 16 marzo 2009 en 19:01

    Muy trabajo el post y muchos comentarios, felicidades

  23. 25 eugenio 24 marzo 2009 en 19:01

    hola bueno primero que nada esta muy bien la pagina

    y tengo curiosidad de saber asta que precio puede llegar a costar esas celdas solares si tengo 5 focos de 12wtts una tv 250w y un dvd 20wtts
    gracias de antemano por la respuesta ha y es en pesos mexicanos

  24. 26 setnorac 29 marzo 2009 en 22:24

    buenas…

    primero deberian no ser tan duros por que no les responden……

    hay muchas paginas por hay con excellente informacion sobre celdas solares……

    deberian ser un poco mas curiosos y ver con cuanto voltaje trabajan sus electrodomesticos asi se harian una idea de lo q necesitan….. ademas de paneles solares hay muchas otras energias alternativas, como el hidrogeno….. todo lo q deberian hacer es estudiar algunos de los ciclos termodinamicos u de otra indole asi contribuirian con ideas a energias alternativas…………

    a hay una cosa q se llama bobina de texlar en la cual estoy trabajando para ver como le hago para satisfacer necesidades de energia……… busquen y veran q ustedes tambien pueden hacer sus celdas solares

  25. 28 israel 1 mayo 2009 en 15:07

    bueno yo compre una celda solar y conecte un led pero no prende y quiero saber q mas me ace falta?? su un acumulador o un transformador de CD A CA

  26. 29 Carlos J 7 junio 2009 en 19:02

    Hola como estam, yo soy nuevo, pero tengo un proyecto,tengo que alimentar un circuito electronico que tiene un PIC el cual controla un servomotor a la vez este controla una camara, ahora mi interes es saber como calcular el voltaje que debo suministrarle al circuito por medio de celdas solares, necesito un diagrama o alguna pagina que me ayude con la información.,

  27. 30 trauko 7 junio 2009 en 19:33

    No me queda claro que quieres alimentar con la celda …

    Saludos.

  28. 31 nancy 5 agosto 2009 en 13:35

    Estimado Trauko:

    Oye veo que casi no tienes tiempo de contestar, por que no contratas a alguien experto, solo te la pasa evadiendo las preguntas con otras preguntas, deberias invitar a mas personas a tu blog, tendrias un mejor provecho…… de cuates es esta recomendacion, gracias.

  29. 32 luz ale 28 septiembre 2009 en 17:12

    Que tipo de celda solar o de que tamaño tengo que comprar para elaborar un cargador para alimentar una bateria de litio de 3.7 V

    Gracias :D

  30. 33 pedrojavier 29 noviembre 2009 en 19:43

    kiero hacer un invento, kiero que mi guagua pueda funcionar con celda solar, pense en instalar la celda solar en la capota y que fuera conectada alos polos de la bateria, pero que tengo que hacer para que la celda me envie los 12v a la guagua???

  31. 34 eddy loppez 3 mayo 2010 en 01:18

    Tengo un inversor 5.5kilos a 120vac 24voltios DC con 8 baterías de gelatina a 6 voltios cada una, cuatros paneles solares marca solarex de 24v a 80w. ?para cargar las baterías es suficiente paneles¿ se podría mandar la carga de los paneles por la carga de las baterías, es decir a ser la conexión por el lado de las baterías para cargarlas por el lado de la alimentación del inversor es decir la entrada de corriente que carga al inversor del tendido eléctrico como es que calcula si es en paralelo o en serie que se ponen los paneles, ejemplo 5 paneles en serie tu lo sumas y medaría 120v o no es así por favor explícame como es que se ase porque me interesa aprender, discúlpame por tu tiempo y lo valoro porque estas tratando de ayudar al mundo y a las personas

  32. 35 carolina 23 julio 2010 en 21:03

    quisiera saber que clase de electrodomesticos funcionan con este tipo de energia solar…………..gracias,

  33. 36 jonas852008@hotmail.com 10 agosto 2010 en 14:50

    cuantos leds m e puedel evan tar una celda de 3v alguie mepodriacontestar

  34. 37 shykizs y karlozs 5 diciembre 2010 en 20:32

    las celdas soalres es ma bn unas energia util

  35. 38 Jose 9 enero 2011 en 10:25

    necesito una microcélula fotovoltaica autónoma capaz de suministrar descargas electricas tipo (electrocutar)interesados ponerse en contacto conmigo urgente. Sistemas AFA.

  36. 39 Anabel 27 septiembre 2011 en 18:34

    ¿Cual es el precio de celdas solares en la Cd. de Mexico de 3 volt?

  37. 40 anita 7 febrero 2012 en 11:49

    Buenas tardes muy interesante todo pero me podrian decir la receta para hacer un rico flan? muchas gracias.

  38. 41 luis 22 febrero 2012 en 13:07

    quisiera saber que voltaje me deberia indicar el instrumento de medida en vacio de un panel solar de 24 volt 150 watt

  39. 42 hector vizueth camargo 6 agosto 2013 en 14:03

    hola buen dia tengo 180 wts en focos ahorradores 2 teles de leds de 32 wts 1 licuadora de 350 wts y la lap que no se cuanto consuma esto lo alimento con una batería de 570 amp. y un inversor de 500 wts pero me interesaría tener refri y lavadora y en cuanto me saldría no tenemos energía de cfe


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