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INSTALACIÓN Y MANTENIMIENTO DE SISTEMAS SOLARES FV TEMA 1-2. LA CÉLULA FOTOVOLTAICA CAPITULO 1: DEL SOL A LA CÉLULA FV TEMA 1.2: LA CÉLULA FOTOVOLTAICA 1. 2. LA CÉLULA FOTOVOLTAICA. DESARROLLO DE LOS CONTENIDOS 1. CONVERSIÓN FOTOVOLTAICA. 1.1. Célula FV: Principio de funcionamiento. 1.2. Tipos de células FV. (Por su material). 1.3. Tipos de células FV. (Por su construcción). 1.4. Parámetros fundamentales de la célula FV. ANEXO: FABRICACIÓN DE LOS MÓDULOS FOTOVOLTAICOS. ( Cortesía de la Fábrica de Isofotón. Málaga) SECUENCIA DEL PROCESO DE FABRICACIÓN 1. Producción de obleas 1.1. Preparación del lingote 1.2. Sierra multihilo 2. Fabricación de células solares 2.1. Preparación de la superficie 2.2. Formación de la unión P-N 2.3. Capa antirreflexiva: CVD, PECVD 2.4. Formación del contacto: serigrafía 2.5. Clasificación de las células 3. Fabricación de módulos fotovoltaicos 3.1. Soldadura de las células en ristras. 3.2. Obtención del laminado 3.3. Enmarcado del módulo 3.4. Caja de conexiones y prueba de funcionamiento 3.5. Embalado e identificación de módulos I.E.F.P.S. SAN JORGE. SANTURTZI. DPTO. DE ELECTRICIDAD / CENTRO DE ENERGÍAS RENOVABLES. Pág: 1 / 24

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INSTALACIÓN Y MANTENIMIENTO DE SISTEMAS SOLARES FV TEMA 1-2. LA CÉLULA FOTOVOLTAICA

CAPITULO 1: DEL SOL A LA CÉLULA FV

TEMA 1.2: LA CÉLULA FOTOVOLTAICA

1. 2. LA CÉLULA FOTOVOLTAICA. DESARROLLO DE LOS CONTENIDOS 1. CONVERSIÓN FOTOVOLTAICA.

1.1. Célula FV: Principio de funcionamiento.

1.2. Tipos de células FV. (Por su material).

1.3. Tipos de células FV. (Por su construcción).

1.4. Parámetros fundamentales de la célula FV.

ANEXO: FABRICACIÓN DE LOS MÓDULOS FOTOVOLTAICOS. ( Cortesía de la Fábrica de Isofotón. Málaga)

SECUENCIA DEL PROCESO DE FABRICACIÓN

1. Producción de obleas 1.1. Preparación del lingote 1.2. Sierra multihilo

2. Fabricación de células solares

2.1. Preparación de la superficie 2.2. Formación de la unión P-N 2.3. Capa antirreflexiva: CVD, PECVD 2.4. Formación del contacto: serigrafía 2.5. Clasificación de las células

3. Fabricación de módulos fotovoltaicos

3.1. Soldadura de las células en ristras. 3.2. Obtención del laminado 3.3. Enmarcado del módulo 3.4. Caja de conexiones y prueba de funcionamiento 3.5. Embalado e identificación de módulos

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Las células fotovoltaicas son obleas muy finas, aprox. 0,3 mm de espesor, de un material semiconductor, arseniuro de galio o silicio. Normalmente, es este último el más utilizado debido a su menor costo productivo, aunque presenta un menor rendimiento (arseniuro 26%, silicio 24%).

EFICIENCIA TIPICA DE CÉLULAS FOTO VOLTAICAS (FV) SILICIO AMORFO 13% TELENIURO DE CADMIO 16% SILICIO POLICRISTALINO 20% SILICIO MONOCRISTALINO 24% ARSENIURO DE GALIO 26%

1.1. CÉLULA FV: PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO.

1. CONVERSIÓN FOTOVOLTAICA

Esta oblea sufre tratamientos de dopado (introducción de impurezas) en sus dos caras. En la cara en que recibe las radiaciones solares, se le dopa con átomos de fósforo (P) que posee 5 electrones en su capa de valencia. La estructura resultante es, en consecuencia, un cristal con algunos electrones libres. Esta capa tiene un espesor de 0,2 a 0,5 µm, y se le denomina, capa N.

A la cara que no recibe radiación solar se le dopa con boro (B) que posee 3 electrones en su capa de valencia. La estructura resultante es un cristal con exceso de huecos, y se le denomina capa P. Para captar la corriente de electrones que circulará por la oblea y llevarla al exterior, se colocan en cada una de sus caras unos contactos eléctricos. En la capa P, no iluminada, el contacto es una fina película metálica que cubre toda su superficie. Por el contrario, en la cara N, la expuesta a la radiación solar, el contacto son unos hilos muy finos, en estructura de peine, que cubren una pequeña parte de la superficie de la célula. De esta forma, se evita una pérdida significativa de su rendimiento, por disminución de la superficie útil de la célula.

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Estos contactos son de un material muy conductor, y se depositan sobre la célula por métodos serigráficos o láser. Para disminuir el porcentaje de los fotones reflejados por la superficie de la célula, y aumentar su rendimiento, se texturiza su superficie y se le aplica un tratamiento antirreflectante. Estas medidas reducen las pérdidas por reflexión a un 12%.

En la zona de unión de las dos caras, N y P, se combinan algunos electrones de la zona N con huecos de la zona P. Creándose en esa unión una zona de potencial eléctrico. En el silicio, la energía de la banda prohibida (Eg) es de aproximadamente 1,12 Ev. Esta energía corresponde a fotones con longitud de onda de 1,1 µm e inferior, longitudes de onda correspondientes a la luz visible.

Los fotones que inciden sobre la célula, con una energía igual o superior al ancho de banda prohibida Eg (energía que necesitan los electrones de valencia para pasar a la capa de conducción) del silicio, crean pares electrón/hueco que se desplazan a través de esta. Los fotones de energía superior a Eg utilizan una parte de su energía en producir un par electrón hueco, perdiéndose el resto en forma de calor. Los fotones de energía inferior a Eg no crean pares electrón/hueco por no tener la suficiente energía para ello. Disipándose esta en forma de calor.

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Estos pares electrón/hueco tienden a desplazarse de la zona iluminada a la oscura, y llegarán a recombinarse de no existir un potencial eléctrico que los separe y los haga circular en sentidos opuestos. Los pares electrón/hueco creados próximos a la unión P-N, son separados por el potencial eléctrico existente en ella, haciendo que cada uno circule en dirección opuesta.

Los electrones son desplazados hacia la región N y los huecos hacia la región P, creándose una corriente eléctrica (corriente fotogenerada o fotocorriente IL ). Esta corriente depende de la intensidad de radiación solar ( irradiancia ). Cuando los pares electrón/hueco se generen a una distancia de la unión superior a la longitud de difusión ( distancia que puede recorrer un electrón libre antes de recombinarse), se recombinarán y la energía luminosa que absorbieron se recuperará en forma de calor. Efecto no deseable en la célula. Para disminuir el efecto de recombinación, es necesario aumentar la longitud de difusión. Para ello es necesario que el cristal sea lo más puro posible, tanto en su estructura como en su constitución, deberá ser monocristal y poseer un grado mínimo de impurezas no deseadas.

Otro efecto de recombinación, se produce por efecto de la diferencia de potencial externa de la célula. Si ésta es muy grande, el efecto de recombinación, puede llegar a anular a la corriente fotogenerada. A esta corriente se le denomina corriente de oscuridad o de diodo Id.

La corriente que puede suministrar cada célula Ic, depende por lo tanto de IL e Id.

( Ic = IL – Id )

1.2. TIPOS DE CÉLULAS FV (POR SU MATERIAL)

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Existen varios tipos de células fotovoltaicas, en función del material utilizado en su fabricación. Algunas de ellas comienzan a estar en desuso, mientras que otras se encuentran todavía en proceso de experimentación y mejora. Los tipos de células que existen en la actualidad son las siguientes: silicio monocristalino, silicio policristalino, silicio amorfo, arseniuro de galio y sulfuro de cadmio y cobre.

1.2.1. CELULAS DE SILICIO MONOCRISTALINO

Son muy utilizadas en la actualidad, debido a su buena relación rendimiento – costo. Están formadas por una estructura de silicio monocristal, la cual le confiere un buen rendimiento gracias a la perfección estructural que presenta. El proceso de fabricación es el mismo que se utiliza para la producción de los circuitos integrados utilizados en la industria electrónica. Su producción es costosa, debido a la gran complejidad técnica del proceso de purificación del silicio y la posterior obtención de una estructura monocristalina.

1.2.2. CELULAS DE SILICIO POLICRISTALINO

Son similares a las monocristalinas pero, para simplificar su proceso productivo, no se controla de forma exhaustiva el crecimiento de su red cristalina. Esto da como resultado, que su estructura presente un cierto grado de imperfecciones y, una disminución de su rendimiento. Estas células presentan una relación rendimiento – costo menor que las monocristalinas, pero se siguen fabricando gracias a que es posible producirlas en formato cuadrado, lo cual evita los costos de una posterior mecanización. Son las más utilizadas actualmente.

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1.2.3. CELULAS DE SILICIO AMORFO. aSi

as células de silicio amorfo presentan ciertas ventajas con especto a las monocristalinas, tales como: menor costo roductivo, posibilidad de poderse fabricar en capas más inas (hasta 50 veces) y un mayor coeficiente de absorción.

or el contrario, su elevada velocidad de recombinación debido a la gran cantidad de imperfecciones de su red ristalina) y la rápida degradación de las células al ser xpuestas al sol, no le permiten, por el momento, ser una pción real a las células monocristalinas.

e está trabajando en la fabricación de células amorfas de iferentes capas, cada una sensible a un tipo de radiación uminosa, para poder igualar en rendimiento y vida útil a las

onocristalinas.

i se consigue, en un futuro, solucionar estas deficiencias, las células amorfas, pueden ser los lementos que permitan una masiva utilización de la energía solar fotovoltaica.

1.2.4. CELULAS DE ARSENIURO DE GALIO.

l arseniuro de galio(AsGa) es el elemento idóneo para la fabricación de células fotovoltaicas, debido que presenta un alto coeficiente de absorción.

n su forma monocristalina, puede llegar a alcanzar un rendimiento práctico de hasta un 25%. El ayor problema, para su utilización, es su poca abundancia en la naturaleza, por lo cual la relación

osto - rendimiento de estas células es muy alta.

1.2.5. CELULAS DE SULFURO DE CADMIO Y COBRE.

on células compuestas por una capa de sulfuro de cadmio (SCd) y otra de sulfuro de cobre (SCu2). o presentan un buen rendimiento, pero sí una alternativa económica, debido a su facilidad de

abricación y a sus bajísimos costes de producción.

stas células están en proceso de investigación, para solucionar los problemas de envejecimiento.

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1.3. TIPOS DE CELULAS DE SILICIO. (POR SU CONSTRUCCIÓN).

1.3.1. CELULAS CONVENCIONALES.

En la mayoría de las células de silicio el terminal negativo dispuesto en la cara superior, está serigrafiado sobre ella ocupando una superficie considerable. Esto hace que el rendimiento de la célula disminuya, debido a que la superficie que ocupa dicho terminal no sea activa en lo que respecta a captación fotónica. Para disminuir esta superficie de contacto, y aumentar

el rendimiento de las células se han desarrollado dos tecnologías: .

1.3.2. CELULAS CON TECNOLOGÍA SATURNO.

Consiste en enterrar los contactos verticalmente en la cara superior, conservando la misma superficie de contacto que en las células normales pero disminuyendo la superficie expuesta al SOL. Esta tecnología y su denominación como “Saturno”, es una patente de BP Solar. (Britis Petroleum).

1.3.3. CELULAS CON TECNOLOGÍA BACK CONTACT.

Consiste en colocar los terminales, tanto negativo como positivo, por la cara inferior. De esta forma la cara superior quedará totalmente libre y toda ella será activa a efectos de la captación fotónica.

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1.4. PARÁMETROS FUNDAMENTALES DE LA CÉLULA FV.

Tomando como base el gráfico resultante de los parámetros intensidad – tensión de una célula fotovoltaica, podemos deducir algunas de sus características técnicas. Estos parámetros se determinan, para una radiación solar de: 1.000 W/m² ó 100 mW /cm².

Icc. – Intensidad de cortocircuito.Es la intensidad que circula por la célula, al cortocircuitarse sus bornes de salida (tensión cero). La podemos medir, conectando un amperímetro, directamente, en sus bornes de salida. Vca. – Tensión en circuito abierto.Es la máxima tensión que nos entrega la célula, cuando no tiene conectada ninguna carga entre sus bornes (intensidad cero). Se mide, conectando un voltímetro entre sus bornes (0,5 V aproximadamente). Ip. – Intensidad de pico o máximaEs la intensidad que circula por la célula para una radiación de 1.000 W/m2 a 25 ºC. Vp – Tensión de pico o máximaEs la máxima tensión que nos entrega la célula para una radiación de 1.000 W/m2 a 25 ºC. Wp. – Potencia pico o máxima Es el punto Ip – Vp, de máximo valor, que se puede alcanzar en la curva I – V.

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Ff. – Factor de forma. Es la relación (Ip • Vp / Icc • Vca). Es evidente que, su valor, es menor que la unidad, y nos sirve para determinar la calidad de las células. En las monocristalinas, este valor suele estar comprendido entre 0,7 y 0,8.

η. – Rendimiento. (eficiencia de conversión) Es la relación existente entre la potencia de pico Wp y la potencia de radiación, que recibe la célula, Wr. Se expresa como: η = Wp / Wr Ejemplo de Rendimiento: Tomando una célula de 100 cm2, que produce como máximo 2,4 Wp, a una radiación máx. de 1.000 W/m2, en este caso mejor 100 mW/cm2 . A esta irradiancia, en 100 cm2, se obtiene una potencia de radiación Wr de 10 W; por lo tanto la relación del η = Wp/Wr = 2,4/10 = 0,24; 24 %. PMP.- Punto de máxima potencia Es el punto de la gráfica en el que se consigue la máxima potencia para cualquier valor de radiación. Cuando ésta es de 1.000 W/m2 el PMP = Wp. El PMP es el punto óptimo de trabajo de la célula.

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Las dos variables físicas que mayor incidencia tienen sobre los parámetros, V e I, de una célula son: La temperatura y la radiación solar. La variación de temperatura, produce una variación en la tensión de la célula según el siguiente gráfico. Como podemos observar, a una variación de la temperatura, corresponde una variación, inversa, de la tensión en circuito abierto de la célula. Esta variación se hace menos evidente, cuando conectamos la célula a una carga. Si sometemos a la célula a una radiación variable, manteniendo una temperatura constante, y tomamos los datos (V e I) para diferentes cargas; obtendremos el siguiente gráfico. En este gráfico, podemos ver que; la tensión de circuito abierto es, prácticamente, constante para cualquier nivel de radiación y, por el contrario, la intensidad de cortocircuito disminuye con esta.

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ANEXO 1: FABRICACIÓN DE LOS MÓDULOS FOTOVOLTAICOS.

( Cortesía de la Fábrica de Isofotón. Málaga) SECUENCIA DEL PROCESO DE FABRICACIÓN

1. Producción de obleas

1.1. Preparación del lingote

1.2. Sierra multihilo

2. Fabricación de células solares

2.1. Preparación de la superficie

2.2. Formación de la unión P-N

2.3. Capa antirreflexiva: CVD, PECVD

2.4. Formación del contacto: serigrafía

2.5. Clasificación de las células

3. Fabricación de módulos fotovoltaicos

3.1. Soldadura de las células en ristras.

3.2. Obtención del laminado

3.3. Enmarcado del módulo

3.4. Caja de conexiones y prueba de funcionamiento

3.5. Embalado e identificación de módulos

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1. PRODUCCIÓN DE LAS OBLEAS

1.1. Preparación del lingote

La materia prima, silicio altamente purificado, de tipo P, se recibe en cilindros compactos. A estos cilindros se les efectúan cuatro cortes, (dos a dos), longitudinales con una máquina dotada de dos discos de diamante. Así obtenemos un lingote seudo-cuadrado.

Después del recuadrado y utilizando un útil de centraje, los lingotes se sujetan con pegamento a un soporte formado por una plancha de vidrio y otra en acero inoxidable cuya longitud es aproximadamente de 800 mm.

1.2. Sierra multihilo: obtención de las obleas

El conjunto formado en el paso anterior se sujeta a una máquina en posición invertida (lingote hacia abajo), que baja muy lentamente contra una madeja de hilos muy finos (0.17 mm) espaciados uniformemente a lo largo de unos cilindros guía de una longitud aproximada de un metro de largo. Estos hilos, mojados con aceite y un producto abrasivo, van cortando los lingotes en unas finas hojas de silicio de espesor aproximado de 0.3 mm (oblea). Esta operación suele durar unas 8 horas.

Lingotes antes de ser cortados Lingotes cortados en obleas

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2. FABRICACIÓN DE CELULAS SOLARES

2.1. Preparación de las superficies: Desengrasado de las obleas

Una vez retirado el conjunto de lingotes cortados pero todavía con sus soportes, se someten a unos procesos de limpieza con disolventes para quitar los restos (aceite, abrasivo, polvo). Después se sumergen en una disolución de ácido para disolver los pegamentos. De esta forma las obleas quedan sueltas y son cargadas en unos soportes de plástico (cassettes).

Limpieza final

Varios cassettes son cargados en una cesta soporte que sucesivamente se van introduciendo en diferentes cubas con agua y detergente. Después son enjuagadas enérgicamente y secadas en la centrifugadora.

Ataque de daños superficiales

Durante el proceso de corte de las obleas con el hilo y el abrasivo no se puede evitar dañar las superficies de las mismas. Estas superficies dañada han de ser eliminadas. A través de un baño alcalino se “adelgaza” la oblea, consiguiendo por tanto el efecto deseado.

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Formación de pirámides. (Texturizado)

Simultáneamente al proceso anterior y utilizando alcoholes se produce un ataque selectivo en la superficie más y menos dando como resultado en las zonas menos atacadas unas estructuras piramidales que tienen la función de minimizar la reflexión de la luz solar.

Después de la formación de pirámides las obleas son sometidas a unos procesos de enjuagues, neutralización, limpiezas y secado.

2.2. Formación de la unión P-N

Difusión (Creación de la zona N) Contaminación con átomos de fósforo

Mediante unas reacciones químicas de alta temperatura, aproximadamente 850 ºC, y en presencia de las obleas dentro de un tubo de cuarzo, se introducen dentro del sólido (obleas de silicio) y a una profundidad muy controlada, átomos de fósforo con la finalidad de crear un desequilibrio de electrones. De esta forma tendremos una zona con exceso de electrones, zona N, junto a otra con defecto de electrones, zona P; es decir, los dos polos de la pila solar.

Ataque de bordes con plasma. (Separación de ambas zonas)

Durante la difusión no hemos podido evitar que algunos átomos de fósforo se introduzcan por los cantos de las obleas. Esto tiene que ser eliminado. Para ello las obleas amontonadas como barajas de cartas y protegidas con placas metálicas, la primera y última de cada paquete, son introducidas dentro de una cámara efectuando el vacío. Se introduce un gas que es excitado por un generador de radiofrecuencia. Este gas “choca” contra los bordes del apilamiento arrancando algo de material y eliminando esos átomos que entraron por los bordes.

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2.3. Capa antirreflexiva: CVD, PECVD

Después del ataque de plasma, se le coloca a las obleas sólo en la cara enfrentada al sol, zona N, una película de óxido de titanio que le da el color azul tan característico de las células solares. Esta película actúa como capa antirreflexiva, reduciendo todavía más la reflexión de la luz que se produjo con el texturizado.

2.4. Formación de los contactos Metalización serigráfica

Por métodos de serigrafía (técnica utilizada para camisetas) se coloca por la cara frontal de la oblea una pintura conductora (plata) que posteriormente se utilizará como electrodo negativo de la célula solar. Seguidamente se realiza también en la capa posterior de la oblea; en este caso con diferente dibujo y otro compuesto metálico (plata más aluminio), que actúa como polo positivo.

Choque térmico de alta temperatura Para conseguir un buen agarre mecánico y buen contacto eléctrico las obleas se introducen en un horno de cadena con temperaturas de aproximadamente 900ºC. A la salida del horno, las piezas son “células solares”.

2.5. Clasificación de las células

Medición de todas las células: Una vez terminada la célula solar, es necesario efectuar la medida de las características eléctricas de todas ellas y agruparlas según estas características. Para ello la célula se somete a iluminación artificial simulando la iluminación del sol, utilizando para este menester una máquina clasificadora.

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3. FABRICACIÓN DE MÓDULOS FV

3.1. Soldadura de las células. Soldadura de células en serie o “ristra”

Una vez agrupadas las células por características eléctricas, se conectan en serie para sumar el voltaje suficiente para poder alimentar los equipos conectados. Las células se sujetan con un compuesto de estaño y como conductor se utiliza una fina cinta de cobre, estañada, que va uniendo la cara positiva (posterior) con la cara negativa (frontal), de la siguiente, formando ristras de entre 9 a 12 piezas.

Interconexión de las ristras

Las ristras formadas en el paso anterior son conectadas en serie por medio de cinta de cobre estañado. De esta manera se consigue soldar en serie 36 células (típico en módulos de tensión nominal 12V.) ó 72 células (en módulos de 24V). Colocando en paralelo otro conjunto del mismo número de piezas duplicaremos los amperios del módulo.

3.2. Obtención del laminado

El conjunto a laminar se forma amontonando una serie de materiales que sometidos a calor y presión dan como resultado una pieza compacta e inseparable muy resistente a los agentes atmosféricos. El conjunto está formado por:

Vidrio – Termoplástico – Circuito de Células – Termoplástico – Plástico externo.

Este proceso se realiza dentro de una máquina prensa llamada “laminadora”.

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3.3. Enmarcado del módulo

Para su posterior colocación de módulos en las estructuras soporte se coloca en todo el perímetro un perfil de aluminio formando un marco. Dicho marco está provisto de unos taladros para el paso de los tornillos de sujeción.

3.4. Colocación de la caja de conexiones

Las cintas que se usaron para la interconexión salen al exterior atravesando el plástico y son conectadas dentro de una caja especial sellada contra el plástico. Dentro de la caja existen unos diodos de protección, así como las bornas donde se conectan los cables de la instalación.

Medida eléctrica final del módulo

Todos los módulos una vez terminados son verificados eléctricamente. Los módulos que no cumplen las características de diseño son rechazados. Estas características son guardadas durante el periodo de garantía. Recientemente en un chip identificativo.

3.5. Embalado e identificación de los módulos FV Embalado unitario de cada módulo FV Embalado por cajas, de varios módulos FV

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ANEXO 2. LOS SISTEMAS DE CONCENTRACIÓN La tecnología de concentración consiste en la sustitución de los elementos más caros (células solares) por otros, potencialmente más baratos (los elementos ópticos). Sus principales características son:

• Reducción del uso de un material caro, como la célula de Silicio. • Incremento de la eficiencia de cada célula. • Reducción del tiempo de recuperación energética. • Vía para la utilización de dispositivos de alta eficiencia.

TIPOS DE CONCENTRACIÓN SOLAR

INSTALACION CONECTADA A RED CON SISTEMA DE BAJA CONCENTRACIÓN

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INSTALACION CONECTADA A RED CON SISTEMA DE ALTA CONCENTRACIÓN

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Últimos avances de la Tecnología Fotovoltaica

Evolución del mercado fotovoltaico Fuente: Photon International, PV News

Distribución del mercado (año 2004) Fuente: Photon Internacional, Marzo 2005

El mercado fotovoltaico actual • Crecimiento explosivo basado en una tecnología dominante: silicio cristalino

– Cuota de mercado: 95% – Tecnología madura (industria microelectrónica) – Menores costes (Producción y generación)

• Posible estancamiento – Necesidad de reducción de costes

• Automatización de los sistemas de producción • Economía de escala • Inversiones en Investigación y Desarrollo Células solares de silicio cristalino • Crecimiento de lingotes

– Monocristal: Czochralski – Multicristal: Solidificación direccional

• Producción de obleas – Sierra multihilo

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• Fabricación de células solares

– Preparación de la superficie – Formación de la unión p-n – Capa antirreflexiva: CVD, PECVD – Formación del contacto: serigrafía

Alternativas a la tecnología x-Si • Dispositivos de bajo coste

– Baja eficiencia – Lámina delgada: a-Si, CdTe, CIGS – Células orgánicas (colorantes, polímeros,…)

• Dispositivos de alta eficiencia – Coste elevado (tecnología microelectrónica, nanotecnología) – Viables en concentración

Dispositivos de bajo coste • Muy baja eficiencia

– Típicamente 5% a escala industrial • Dificultades de transferencia desde laboratorio (bajo yield)

– Depósito homogéneo sobre grandes superficies – Sistemas de alto vacío

• Degradación – Tiempo de vida bajo (< 5 años)

Sistemas de concentración Substitución de elementos caros (célula solar) por otros potencialmente baratos (elementos ópticos)

• Reducción del uso de material • Incremento de eficiencia • Reducción del tiempo de recuperación energética • Vía para utilización de dispositivos de alta eficiencia

Objetivo Desarrollo de un sistema de muy alta concentración basado en

– Células solares III-V de muy alta eficiencia – Concentradores ultraplanos de 1000 soles con ángulo de aceptancia elevado – Procedimiento de encapsulado altamente automatizados

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El concepto La célula solar • Células III-V de muy alta eficiencia (>30%) • Dispositivos pequeños (1 mm2)

– Minimizan pérdidas óhmicas – Facilitan la extracción de calor – Permiten manipulación automática

Estructura de la célula solar

Rango de eficiencia 30 - 35%

Algunos números de producción • Obleas de Ge 4”

– Área útil 70 cm2

– 4 500 dispositivos (80% yield) – 0.9 kWp – 1.35 kWp por oblea – Para 10 MWp de produción 7 000 – 12 000 obleas

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• Obleas de Si 10 x 10 cm2

– 1 dispositivo por oblea – 1.4 Wp por oblea (95% yield) – Para 10 MWp de producción 7 000 000 obleas

El sistema óptico • Muy alta concentración y elevado ángulo de aceptancia (±1.3º)

– Óptica sin imagen – Tolerancia en fabricación e instalación

• Alta eficiencia óptica (85%) a bajo coste

– Injección de plásticos – Superficies planas no espejadas

• Baja relación de aspecto Encapsulado de células

• Rutinas estándar de la industria optoelectrónica

– Célula solar similar a LED • Procedimientos altamente automatizados • Disipación de calor

– LED’s de alta potencia • Reducción de costes mediante producción en masa

– 1 000 000 uds./año (210 kWp)

Ensamblado de módulos • Módulos ultra-planos

– similar a x-Si convencional • Tamaño de módulo: 0.5 m2 para…

– … facilitar ensamblaje e instalación – … reducir costes de seguimiento

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Sistema de seguimiento

• Pedestal en dos ejes • Bajo coste: €100/m2

– Elementos estándar • Precisión de apuntamiento <0.1º • Alta fiabilidad • Facilidad de instalación y mantenimiento • Estrategia de control híbrida El futuro • Células solares más eficientes

– Incremento del número de uniones (células para aplicaciones espaciales) – Otros dispositivos de alta eficiencia (nuevos conceptos)

• Nivel de concentración más elevados – Óptica anidólica sin simetría rotacional

• >7000 X con α ±1º • Alumbrado en industria automovilística

• Mejores curvas de aprendizaje para procedimientos de encapsulados Límites de eficiencia: materiales sc

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