PANELES SOLARES1.INTRODUCCION Un panel solar o módulo solar es un dispositivo que capta la energía de la radiación solar para su aprovechamiento. El término comprende a los colectores solares, utilizados usualmente para producir agua caliente doméstica mediante energía solar térmica, y a los paneles fotovoltaicos, utilizados para generar electricidad mediante energía solar fotovoltaica. Los paneles Solares convierten la luz del sol en energía eléctrica DC que puede ser utilizada de forma directa, o almacenada en baterías para utilizarla durante la noche o en días nublados. Los paneles están disponibles en potencias de 10 a 250 vatios, pero puede armarse arreglos de mayor potencia, prácticamente sin límites. 2. OBJETIVOS 2.1. OBJETIVO GENERAL Mediante los conocimientos adquiridos acerca de celdas fotovoltaicas se plantea la construcción de una celda de este tipo, tratando de optimizar su proceso de funcionamiento, además de realizar un amplio estudio matemático acerca de los principios físicos que rigen el funcionamiento de la dicha celda 2.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS Estudiar las variantes experimentales que influyen en la construcción de una celda fotovoltaica Mediante relaciones físico-matemáticas estudiar el comportamiento que rige la celda fotovoltaica Desarrollar un estudio sobre energías alternativas a la convencional 3. GENERALIDADES La tierra que se encuentra cercana al sol recibe su energía y lo hace de distintas maneras, de modo que la atmósfera y magnetosfera filtran gran parte de la radiación solar nociva, pero dejan pasar las longitudes de onda correspondiente a la luz visible y al infrarrojo, de modo que lo que más recibimos es luz y calor. Una energía que se ha convertido en una de las funciones motoras para la vida tal y como la conocemos, ya que promueve los más variados efectos sobre la superficie del planeta: entre otros, los vientos, la formación de nubes y lluvia o los cambios climáticos alrededor del globo. El hombre ha querido buscar y construir las más diversas maneras de aprovechar esta energía y convertirlas en el soporte de la vida en la tierra y es por ello que en estos momentos está siendo fuertemente optimizada la tecnología para extraer esta energía proveniente del sol y convertirla en energía de uso humano, como la electricidad y el agua caliente. ELECTRICIDAD A PARTIR DE ENERGIA SOLAR Al hablar de la energía solar como una energía renovable, tenemos que hacer mención además al hecho de contar con transductores que permitan convertir diversas formas de energías naturales en energías utilizables por el hombre. Para transformar la energía del sol en energía que podamos aplicar a nuestra vida diaria, necesitaremos una célula fotoeléctrica, y que es un dispositivo electrónico que permite transformar la energía luminosa en energía eléctrica, mediante el aprovechamiento de un proceso llamado efecto fotoeléctrico. El proceso es que la luz, que llega en forma de fotones, impacta sobre una superficie construida principalmente por silicio (los paneles solares) y que emite electrones que -al ser capturados- producen una corriente eléctrica. En la actualidad está experimentando con celdas fotovoltaicas de doble cara que, con la ayuda de superficies reflectantes, puedan duplicar la eficiencia ampliando la superficie expuesta a la luz solar Estas celdas son lo que se conocen como paneles solares fotovoltaicos y que emplean una tecnología tan avanzada y precisa como compleja. Eso sí, de momento muy pocas son las empresas en el mundo cuentan con la capacidad y los recursos técnicos necesarios como para poder producirlos. FUNCIONAMIENTO DE LOS PANELES SOLARES Los funcionamientos de los paneles solares se basan en el efecto fotovoltaico, que se produce cuando, sobre materiales semiconductores convenientemente tratados, incide la radiación solar produciendo electricidad tal y como ya he mencionado anteriormente. En el momento en que queda expuesto a la radiación solar, los diferentes contenidos en la luz transmiten su energía a los electrones de los materiales semiconductores que, entonces, pueden romper la barrera de potencial de la unión P-N, y salir así del semiconductor a través de un circuito exterior. Estas células fotovoltaicas se combinan de muy diversas formas para lograr tanto el voltaje como la potencia deseados y de este modo poder conseguir que la energía solar se acabe convirtiendo en energía que poder consumir. No en vano, entendemos por célula fotovoltaica al módulo más pequeño de material semiconductor con unión P-N y con capacidad igualmente de producir electricidad. TIPOS DE PANELES FOTOVOLTAICOS Paneles (o mejor 'módulos') fotovoltaicos se puede producir de muchos elementos. Con mejorados y nuevos métodos de producción y el uso de nuevos elementos incluyendo materiales orgánicos, existe hoy una gran variedad de productos. A) PANELES SOLARES DE CELDAS DE SILICIO Las celdas fabricadas de bloques de silicio o 'ingots' son las más comunes. La experiencia comprobó una vida útil con frecuentemente más de 30 años sin ningún mantenimiento. No sorprende que la mayoría de las empresas se atreven garantizar un rendimiento de 80% en 25 años. PANELES MONOCRISTALINOS VERSUS PANELES POLICRISTALINOS Se distinguen entre módulos solares fabricados de celdas monocristalinas y policristalinas En la práctica la diferencia entre ambos es mínima. Paneles solares de celdas monocristalinas tienen una mayor eficiencia en condiciones estándar (STC) que puede tener importancia solamente cuando el espacio disponible es reducido. Con paneles policristalinos, más baratos por una producción menos exigente, frecuentemente se puede conseguir más energía por el mismo precio. Hay dos características más que favorecen paneles policristalinos: Con temperaturas elevadas, la pérdida de eficiencia en módulos policristalinos en general es menor que en paneles de celdas monocristalinas. Este tiene el efecto que paneles policristalinos producen más energía en condiciones de temperaturas elevadas. La pérdida por la degradación provocado por la luz (LID - light induced degradation) es menor en paneles policristalinos. Entonces en el transcurso de los años, pierden ligeramente menos eficiencia (no es válido para los nuevos módulos monocristalinos tipo 'p', por ejemplo, los Sunpower Maxeon). B) PLACAS SOLARES DE CAPA FINA Para reducir los costos de producción y salir de la posible escasez de silicio, se empezaron a investigar e invertir en placas de otros materiales. A parte de paneles solares de capa fina (thin film solar cells) con silicio (amorfas), se logró una reducción importante de los costos usando otros elementos. Los más importantes son módulos de capa delgada de cobre, indio y selenio (CIS) o de cobre, indio, galio y selenio (CIGS) y módulos de capa delgada a base de cadmio y telurio (CdTe). Modernos procesos como por ejemplo tecnologías de imprenta resultan en capas ultra finas usando menos materia prima. Inversiones masivas en estas nuevas tecnologías (en gran parte aseguradas por programas gubernamentales) permitieron instalaciones de parques solares de gran tamaño, con el resultado de que la empresa First Solar (EEUU) con sus placas tipo CdTe se convirtió en el 2009 temporalmente en el productor fotovoltaico más grande del mundo. C)CELDAS FLEXIBLES Las nuevas formas de producción permiten también producir celdas flexibles que abren posibilidades que las rigideces de los paneles tradicionales no permitieron. Estas celdas cada vez más se incorporan en la ropa, mochilas, sombrillas, etc. A parte de aplicaciones especiales, sirven para cargar aparatos de poco consumo. Así se puede evitar un celular descargado, alimentar otros aparatos portátiles o tener luz en la playa una vez que se va el sol. D) PANELES CON CAPAS TRANSPARENTES Un desarrollo práctico es la recién empezada producción de ventanas con capas finas semi-transparentes. Es una válida alternativa arquitectónica para incluirlas en edificios. Con estas se puede reemplazar los vidrios polarizados y usar la energía generada para apoyar la climatización de los edificios. E) CELDAS ORGÁNICAS Celdas orgánicas ya se puede tejer en la ropa, por ejemplo, para cargar aparatos de telecomunicación. De interés especial es la Celda Grätzel de material simple similar a la fotosíntesis con características muy prometedoras. Con esta invención el Prof. Grätzel ganó el Premio Tecnológico del Milenio en el 2010. Actualmente están preparando una primera producción industrial. A causa del uso de materiales simples, se espera en el futuro una importante reducción de los precios. Contrario de las celdas cristalinas, tienen la ventaja que la eficiencia aumenta con la temperatura. E) CELDAS DE CONCENTRACIÓN Concentrar la luz con sistemas ópticos es otro desarrollo para aumentar la eficiencia relativamente baja de las celdas fotovoltaicas y reducir los costos. Aunque se logró mejorar la eficiencia por un factor importante en los sistemas instalados, la necesidad de orientar los exactamente hacia el sol y el control de la alta temperatura generada imponen sistemas sofisticados con un mantenimiento alto y costoso. Nuevas tecnologías que eviten las desventajas están bajo desarrollo. Las investigaciones continúan fuertemente. En 2016 por ejemplo se alcanzaron con el mineral Perovskite producir en el laboratorio celdas fotovoltaicas con una eficiencia sorprendente de 22.1% en el laboratorio. Este mineral, la primera vez descrito en 1839, no es tóxico y conocido como semiconductor desde años. Lo excitante es el rápido avance en lograr esta eficiencia en pocos años (de 3% en 2009), mientras otras tecnologías necesitaban décadas para lograr algo similar (vea gráfica abajo). Este salto nutre la esperanza de producir dentro de pocos años nuevas celdas de Perovskite hasta un 30% de eficiencia a costos muy bajos. 4.JUSTIFICACION La construcción de una celda fotovoltaica es una novedosa idea que promete traer consigo la incursión en el área de energías alternativas, donde el estudio químico en el área de ciencia de materiales, será una base fundamental de este estudio. La construcción de esta celda espera traer consigo un amplio estudio a futuro en el campo esperando se amplié la investigación en el área química, siendo esta prescindible en el entendimiento de los fenómenos interatómicos que rigen en el funcionamiento de la celda fotovoltaica Siendo el área de energías alternativas un área de gran crecimiento e interés a nivel mundial, debido a los recientes cambios climáticos que enfrenta el planeta actualmente. El estudio de una celda fotovoltaica, siendo aún simple, servirá para despertar el interés en futuras generaciones que se planteen el reto de optimizar el proceso de captación de energía Sin más que decir se espera haber convencido al lector acerca de la importancia ingenieril, ecológica que trae consigo la incursión en este tipo de conocimiento