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Proyecto investigación física- Sistema Fotovoltaico

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Composición y funcionamiento de un sistema fotovoltaico, utilizado para la creación de paneles solares

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Proyecto investigación física- Sistema Fotovoltaico

  1. 1. UNIVERSIDAD TÉCNICA PARTICULAR DE LOJA – FÍSICA UNIVERSITARIA . 1 Fundamentos Físicos en el Funcionamiento De Un Sistema Fotovoltaico María de los Ángeles Carrión Herrera maria.angelitos@hotmail.es Paula Stefania Loaiza Castillo tefacastillo@hotmail.com Resumen: Las energías renovables juegan un papel importante en el desarrollo y cuidado del medio ambiente. La energía solar es la fuente de energía que utilizan los paneles solares, estos a la vez funcionan a través de un sistema fotovoltaico; el mismo, a través de diodos transforma directamente la luz del sol en electricidad. Los principios físicos que actúan en el proceso desarrollado en este sistema están asociados a las fases de transformación, dentro de lo que puede denominarse período de acondicionamiento. Abstract: Renewable energies play an important role in the development and care of the environment. Solar energy is the source of energy used by solar panels, these once run through a photovoltaic system; The same, directly transform sunlight into electricity. The physical principles that act in the process developed in this system are associated to the transformation phases, within what can be called the conditioning period. I. INTRODUCCIÓN En la siguiente investigación, descubriremos el fenómeno que transforma a la radiación solar en energía eléctrica, a este, se lo denomina sistema fotovoltaico; este sistema es una técnica de obtención de electricidad a través de la luz solar. Este tipo de energía es a nivel mundial la más propagada para electrificación en zonas periféricas, en Ecuador se calcula que existe un millón de personas que viven donde la red pública aún no ha llegado; esto para entender la importancia de la energía solar obtenida a través de un sistema fotovoltaico. Desde una perspectiva económica, es la más rentable para la generación de electricidad. II. MARCO TEÓRICO A. Células Fotovoltaicas La transformación de la radiación de energía solar en una corriente de electrones (energía eléctrica) tiene lugar en una célula fotovoltaica. (Moro, 2010) La define como: “un dispositivo estructurado por una delgada placa de material semiconductor”, hoy por hoy la mayoría de las células fotovoltaicas son de silicio cristalino de gran pureza, material adquirido a partir de la arena, muy abundante en la naturaleza. 1. Composición. Una célula solar se comporta como un diodo, la parte expuesta a la radiación solar es la N y la parte, situada en la zona de oscuridad, es la P. Los terminales de conexión de la célula se hallan sobre cada una de estas partes del diodo: La cara correspondiente a la zona P, se encuentra metalizada por completo – no tiene que recibir luz-, mientras que en la zona N el metalizado tiene forma de peine, a fin de que la radiación solar llegue al semiconductor. (Moro, 2010) Figura 1. Composición de la célula solar Fuente: Moro, M. (2010). Instalaciones Solares Fotovoltaicas. Madrid: Polígono Igarsa 2. Funcionamiento (M. Ibáñez Plana, 2004) Afirma que: cuando una célula solar se expone al Sol la luz genera (g) pares eh. Cada uno de estos pares constituye un potencial electrón circulando por el circuito exterior. Asociado a este proceso tenemos los procesos de recombinación (r). Cada proceso de recombinación aniquilará uno de los pares eh generados y, por lo tanto, tendremos un electrón menos disponible para circular por el circuito exterior. De ahí que se hable del mecanismo de recombinación como un mecanismo de pérdidas para la célula. Para simplificar hemos representado en la Figura 4 el circuito exterior por una resistencia R que representa la carga de la célula. Si admitimos que hemos hecho circular una corriente I por el circuito exterior, esta corriente provocará una caída de tensión en la resistencia, que se traslada a los bornes de la resistencia, lo que significa que la célula debe operar a una tensión V = R·I. Esta tensión afecta a la recombinación, debido a que ésta depende de V de manera exponencial. 13 Entonces si la carga es muy elevada, también lo será la tensión y en consecuencia la recombinación aniquilará todos los procesos de generación impedirá la circulación de la corriente. Figura 2. Funcionamiento de una célula solar
  2. 2. UNIVERSIDAD TÉCNICA PARTICULAR DE LOJA – FÍSICA UNIVERSITARIA . 2 Fuente: M. Ibáñez Plana, J. R. (2004). Fundamentos, dimensionado y aplicaciones de la energía solar fotovoltaica. Madrid. Obtenido de La Célula Fotovoltaica: https://upcommons.upc.edu/bitstream/handle/2099.1/5493/Mem%C3 %B2ria.pdf?sequence=2&isAllowed=y B. SISTEMA FOTOVOLTAICO. (Haya Comunicación, 2006) afirma que: “Un sistema fotovoltaico es un conjunto de dispositivos que aprovechan la energía producida por el sol y la convierten en energía eléctrica.”. 1. Estructura Según (Méndez & Cuervo García): Uno de los objetivos principales de los módulos o sistemas fotovoltaicos respecto a las células, es favorecer la máxima captación solar evacuando el calor para mejorar su rendimiento. El sistema debe estar compuesto por células con parámetros eléctricos iguales para no producir ningun tipo de descompensación. También contiene varias capas que recubren a las células, contra agentes ambientales. Está estructurado por:  Cubierta superior: Vidrio templado, liso, resistente a los golpes y con una buena calidad óptica.  Cubierta inferior: Vidrio o tedlar, opaco, que protege ante agentes externos.  Material encapsulante: Es aquel que envuelve las dos cubiertas, las células, y las conexiones eléctricas. Los materiales que se utilizan son siliconas, polivinilo y el más importante EVA(etil-vinil-acetileno).  Soporte metálico: Sobre este se monta todo, puede ser de aluminio anodizado o acero inoxidable. Este proporciona rigidez y protección.  Elementos Eléctricos Externos: Estos son los cables, bornes, caja de conexión etc., que permiten interconectar los paneles entre sí. Figura 3. Estructura de un sistema fotovoltaico Fuente: Méndez, J. M., & Cuervo García, R. (s.f.). Energía Solar Fotovoltaica. Madrid: Fundación Confemental. 2. Funcionamiento Los sistemas solares fotovoltaicos actúan a partir de un conjunto de elementos, llamados células solares, ubicados en paneles, que transforman directamente la energía solar en energía eléctrica. La luz solar transporta energía en forma de flujo de fotones, estos cuando inciden en determinado tipo de materiales bajo ciertas condiciones, provocan una corriente eléctrica. Este efecto es denominado fotovoltaico. Figura 4. Funcionamiento de un sistema fotovoltaico. Fuente: Moro, M. (2010). Instalaciones Solares Fotovoltaicas. Madrid: Polígono Igarsa III. CONCLUSIONES A. En la actualidad, el aprovechamiento de energías renovables es esencial, y además nos proporcionan infinidad de beneficios, especialmente en lugares donde la energía convencional no llega. Los sistemas fotovoltaicos se caracterizan por su duración prolongada y no producen ningún tipo de contaminación sonora. B. En lugares periféricos, donde se necesita poca potencia eléctrica y el acceso a la red es difícil, como en comunidades aisladas por selvas, montañas o islas, es muy eficaz emplear los paneles solares fotovoltaicos; como la mejor alternativa económicamente viable, ya que una vez instalada, no tiene un costo energético de mantenimiento. C. La producción de este tipo de energía para la generación de electricidad favorece la sostenibilidad del sistema energético, pues impide que se genere electricidad a partir de combustibles fósiles no renovables. La energía solar fotovoltaica distribuida, además, no requiere ocupación de espacio adicional, ya que se puede integrar al espacio en donde la necesitemos. IV. REFERENCIAS Comunicación, H. (2006). Energias Renovables para Todos. Madrid: Haya Comunicación. Knier, G. (13 de Mayo de 2010). Ciencia Nasa. Obtenido de Ciencia Nasa: https://ciencia.nasa.gov/headlines/y2002/solarcells_spani sha.htm M. Ibáñez Plana, J. R. (2004). Fundamentos, dimensionado y aplicaciones de la energía solar fotovoltaica. Madrid. Obtenido de La Célula Fotovoltaica: https://upcommons.upc.edu/bitstream/handle/2099.1/549 3/Mem%C3%B2ria.pdf?sequence=2&isAllowed=y Méndez, J. M., & Cuervo García, R. (s.f.). Energía Solar Fotovoltaica. Madrid: Fundación Confemental. Moro, M. (2010). Instalaciones Solares Fotovoltaicas. Madrid: Polígono Igarsa.
  3. 3. UNIVERSIDAD TÉCNICA PARTICULAR DE LOJA – FÍSICA UNIVERSITARIA . 3 Sapa: buildingsystem. (2016). Obtenido de Sapa: buildingsystem: http://www.sapa- solar.com/spain/fotovoltaica/C%C3%B3mo%20func iona%20una%20c%C3%A9lula%20fotovoltaica.htm l Solar, S. (21 de Julio de 2013). Los paneles Solares Fotovoltaicos. Obtenido de Sitio Solar: http://www. sitiosolar. com/los-paneles-solares-fotovoltaicos.

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