Principios de la Energía Solar Fotovoltaica

Author
Mauricio Zelaya Aguilar
View Count
5721
License
Creative Commons CC BY 4.0
Abstract
Recientemente, el ser humano ha aprendido a obtener electricidad a partir de la energía solar mediante procesos fototérmicos y fotovoltaicos. Los primeros operan bajo principios semejantes a los de las centrales térmicas convencionales. Los denominados fotovoltaicos, presentan una importante simplificación respecto a los procesos energéticos usuales, debido a que transforman una energía primaria, la solar, en electricidad de un modo directo, es decir, sin transformaciones intermedias en otras formas de energía. Estos dispositivos son estáticos y en absoluto semejantes a las generadores convencionales. Los procesos que implican la dispersión o absorción de radiación por materia son tres, a saber: el \textbf{efecto fotoeléctrico} (proceso involucrado en la conversión de energía solar en energía eléctrica), el \textbf{efecto Compton} y la \textbf{producción de pares}. El crecimiento exponencial es probablemente el mas familiar para los ingenieros electricistas, en la ecuación del diodo, la cual relaciona la corriente en el diodo $I$, al voltaje en el diodo $V$ \begin{equation}\label{eq:1} I=I_0\left(e^{\frac{qV}{kT}}-1\right) \end{equation} Mientras la ecuación \eqref{eq:1} es fundamental en el rendimiento de las celdas fotovoltaicas, muchos otros procesos físicos son caracterizados por el crecimiento exponencial.\\ La celda fotovoltaica es un diseño especial de la \textit{unión p-n} o diodo de barrera de Schottky. En una célula solar, la luz solar entrante desaloja electrones y sus contrapartes cargadas positivamente, llamados huecos, en la capa media del dispositivo. Los electrones luego migran a un electrodo, liberando alguna carga eléctrica y vuelven a los huecos a través de otro electrodo para completar el circuito \subsubsection*{Fundamentos de Dispositivos Fotovoltaicos} \begin{enumerate} \item \textit{Generación de carga}: La luz excita los electrones, liberándolos para moverse a través del cristal. \item \textit{Separación de la carga}: Un campo eléctrico dirigido hacia el material (unión p-n) barre electrones. \item \textit{Colección de carga}: Los electrones depositan su energía en una carga externa, lo cual completa el circuito. \end{enumerate}
Principios de la Energía Solar Fotovoltaica