Placas solares: Historia – Materiales – Eficiencia

Placas solares: Historia – Materiales – Eficiencia

La fotovoltaica tiene una historia muy larga, comenzando con algunas observaciones realizadas por Edmond Becquerel en 1839, Edmond Becquerel es hijo de Antoine Cesar Becquerel y padre de Henry Becquerel, ambos eran físicos muy conocidos.

Becquerel observó que si dos electrodos de platino se colocan en solución y se exponen a la luz solar, fluye corriente eléctrica. Su efecto era muy pequeño y no tenía ningún significado práctico en ese momento, pero seguía siendo inolvidable.

Albert Einstein

Contenido

  • Esfuerzos de Einstein
  • Historia de las células solares de silicio
  • Otros materiales que reemplazaron al silicio cristalino
  • Eficiencia
  • Fuente

Esfuerzos de Einstein

Por otra parte, este efecto no fue entendido hasta que Einstein dio la explicación del efecto fotoeléctrico y la naturaleza cuántica de la luz en su conocido documento Que se remonta a 1904, Incluso este efecto se mantuvo durante mucho tiempo uno de los fenómenos físicos más interesantes, pero sin ningún significado práctico.

Historia de las células solares de silicio

Una célula solar en funcionamiento sólo se realizó después de la evolución de la tecnología de los semiconductores. En particular, la disponibilidad de silicio cristalizado de alta pureza era un requisito previo importante, incluso hoy en día el silicio sigue siendo el material más importante para la producción de células solares.

Photovoltaic

La primera célula solar de silicio fue creada en 1954 en los laboratorios de campana de Murray Hill, EE.UU., por los científicos Chapin, Fuller y Pearson, Incluso entonces las células solares eran capaces de alcanzar una eficiencia del 6%, que pronto se incrementó. En aquella época, la aplicación más importante de las células solares era en el espacio.

Esto comenzó en 1958, cuando se utilizaron las primeras 108 células solares para el satélite Vanguard. Superaron todas las excepciones y suministraron energía al satélite durante mucho más tiempo del previsto inicialmente.

Esto permitió que se desarrollara un mercado limitado pero de alta calidad para las células solares. Incluso la Unión Soviética estaba nivelando el uso de las células solares, pero debido a su secretismo, esto sólo se supo más tarde.

Debido a los altos costos, la aplicación terrestre de la fotovoltaica fue durante mucho tiempo rechazada como ilusoria, sin embargo, sus beneficios fascinaron a los científicos y al público en general, por lo que la investigación nunca cesó por completo.

La aplicación comenzó con calculadoras y relojes y gradualmente evolucionó hacia máquinas más grandes y otros equipos como máquinas expendedoras de billetes de aparcamiento. Aunque el silicio no es un material ideal para las células solares debido a su relativamente baja absorción de luz, dominó el mercado solar desde el principio. Una razón importante para ello fue el progreso de la tecnología de los semiconductores.

Durante muchos años, la industria de las células solares ha vivido cómodamente de los residuos de la producción de silicio: Los cristales de silicio, que no cumplían con los estándares de la industria de los chips, seguían siendo muy útiles para las células solares.

En los últimos años, sin embargo, esta simbiosis se ha convertido en una amenaza para el crecimiento del mercado de la energía fotovoltaica, ya que el consumo de silicio ha aumentado la resistencia y sólo puede satisfacerse con silicio solar fabricado específicamente.

Los fabricantes de silicio de alta pureza han respondido a esto aumentando la producción de silicio solar. El llamado silicio de grado solar tiene una pureza del 99,999% en contraste con el silicio de grado electrónico con una pureza del 99,99999%. Este último silicio es necesario para la producción de chips en la industria de los semiconductores electrónicos.

Las obleas de silicio se pueden hacer de cristales simples Czochralski de cristales múltiples ha se vierten en bloques. También existen métodos que permiten que las obleas de silicio de las tiras se extraigan directamente de la masa fundida.

Otros materiales que reemplazaron al silicio cristalino

Durante muchas décadas hubo muchos esfuerzos para reemplazar el silicio por otros materiales. Se buscan materiales con una alta absorción de la luz, con el fin de hacer que las células sean más delgadas y así ahorrar costes.

El segundo material más importante después del silicio cristalino es de nuevo el silicio, es decir, el silicio amorfo. Este material es tan diferente del Silicio cristalino que puede ser considerado como otro material.

La primera célula solar de silicio amorfo fue producida por D. Carlson ya en 1976. Sin embargo, las altas expectativas para este material no se cumplieron. Las eficiencias del silicio amorfo se mantuvieron significativamente más bajas que las del silicio cristalino y se vieron restringidas por la degradación temporal.

Hoy en día, el silicio amorfo es un componente importante en los productos de consumo. En aplicaciones especiales como las fachadas y, cada vez más, también en el equipamiento estándar, sin embargo, la cuota de mercado sigue siendo insignificante.

Otro material de capa delgada, que aún se encuentra en el inicio de su amplia introducción en el mercado, es el CIS (copper indium diselenide). La primera célula solar en capa CIS fue introducida en 1976 por L. Kazmierski. Estas células muestran estabilidad y alcanzan, al menos en el laboratorio, altos niveles de eficiencia.

En Alemania, el IPE (Institute Fur Photovolaik) de la Universidad de Stuttgart ha contribuido al desarrollo significativo de este material.

Rendimiento

La máxima eficiencia del silicio cristalino («una célula») que se puede conseguir en teoría es de aproximadamente el 31%. Se pueden conseguir mayores eficiencias combinando diferentes materiales en las llamadas células tándem o utilizando células de concentración.

Hoy en día, la producción a gran escala de energía solar a partir de energía fotovoltaica utiliza casi exclusivamente células de silicio monocristalino o policristalino. Aquí se pueden alcanzar eficiencias de módulo de 14 – 20 %. Es probable que las eficiencias de módulo de ha superen pronto el 20 % para las células de silicio monocristalino.

Fuente

Planificación e Instalación de Sistemas Fotovoltaicos: Una guía para instaladores, arquitectos e ingenieros (tapa dura)

Por (autor):Deutsche Gesellschaft für Sonnenenergie (DGS)

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