En Creativeit Group te ofrecemos servicios especializados para el analisis de celdas fotovoltaicas. En los últimos años, la reducción del consumo de combustibles fósiles y el uso de la energía fotovoltaica se han convertido en formas populares para prevenir el calentamiento global y preservar el medio ambiente. La principal ventaja de las celdas solares es que se puede obtener una cantidad ilimitada de energía en cualquier lugar expuesto a la luz solar sin dañar el medio ambiente. Por esta razón y porque la eficiencia de la generación de energía no depende de la escala del equipo, la demanda de energía fotovoltaica está creciendo por lo que en Creativeit disponemos de equipos especializados de ultima generacion para el analisis y caracterizacion de su sistema fotovoltaico.
Los elementos más importantes en el análisis y caracterización de una celda fotovoltaica, módulo o conjunto de módulos fotovoltaicos (arreglos), son las curvas características de comportamiento del voltaje contra corriente (I-V) y voltaje contra potencia (P-V) y el máximo punto de potencia MPPT. Esta curvas poseen no linealidad, dada esta condición, existe un punto sobre la curva característica del panel, en el cual se puede obtener la máxima potencia. Por esto, es necesario contar con un circuito electrónico capaz de detectar y seguir el punto de máxima potencia generado por los paneles solares.
Realizamos analisis de:
Eficiencia de inversores solares.
Medición de la irradiación directa (frontal) con celda de referencia.
Medición de temperatura de la celda y del medio ambiente.
Cuadro resumen de principales parámetros eléctricos.
Rango de medición de curva I-V / VOC-ISC 1000V / 15A
Categoría de medida
Principio de funcionamiento, estructura y eficiencia de conversión de energía de las celdas solares
Las principales celdas solares disponibles en la actualidad son celdas solares de silicio o celdas solares de semiconductores compuestos. Aunque las celdas solares de silicio son las más utilizadas, la cuota de mercado de las celdas solares de semiconductores compuestos está aumentando porque tienen una ventaja en términos de costos de producción. A continuación, se explica el principio básico de funcionamiento y la estructura de las celdas solares, así como los materiales típicos y las eficiencias de conversión de energía de las celdas solares de silicio y de las de semiconductores compuestos.
Principio de funcionamiento de las celdas solares
Las celdas solares de silicio, que se utilizan comúnmente, tienen una unión interna de dos tipos de semiconductores, el tipo p y el tipo n, cada uno de los cuales tiene propiedades eléctricas diferentes.
Cuando un panel solar se expone a la luz solar, se generan electrones (negativos) y huecos (positivos). Los huecos son atraídos por el semiconductor de tipo p, mientras que los electrones son atraídos por el semiconductor de tipo n. Por ejemplo, cuando se conecta una carga, como una bombilla, a los electrodos de la parte delantera y trasera, la corriente eléctrica pasa a través de la unión como se muestra en la siguiente figura.
Estructura de las celdas solares
Celda
Una celda es la unidad mínima.
Cadena de celdas o matriz de celdas
Una sola celda genera un voltaje bajo. Una cadena de celdas contiene múltiples celdas conectadas en serie para generar el voltaje requerido.
Una matriz de celdas contiene varias cadenas de celdas conectadas en serie o en paralelo para aumentar aún más la salida.
Modulo
Un módulo, también llamado panel solar, es un paquete que contiene varias matrices de celdas para uso en exteriores. Un módulo está recubierto de resina o vidrio reforzado para proteger las celdas internas y se fija con un marco exterior para aumentar su resistencia.
Matriz
Se conectan varios módulos para formar una matriz.
Eficiencias de conversión de energía y materiales de las celdas solares
Un importante indicador del rendimiento de las celdas solares es la eficiencia de conversión de energía. La eficiencia de conversión de energía es un parámetro que muestra la fracción de la energía de la luz solar incidente convertida en energía eléctrica. La eficiencia de conversión de energía del módulo y la eficiencia de conversión de energía de la celda son dos indicadores representativos de la eficiencia de conversión de energía fotovoltaica. A continuación, se explican las dos eficiencias de conversión de energía.
Eficiencia de conversión de energía del módulo
La eficiencia de conversión de energía del módulo se utiliza comúnmente para indicar la capacidad de generación de energía de un módulo solar (panel solar). La eficiencia de conversión de energía del módulo es un porcentaje de energía eléctrica convertida a partir de aproximadamente 1 kW de energía luminosa por 1 m² (10.76 ft²) de módulo solar.
Con la investigación y el desarrollo continuos, las eficiencias de conversión de energía de los módulos y las celdas mejoran año tras año. Sin embargo, la tecnología moderna no puede absorber el 100% de la energía luminosa incidente ni convertir el 100% de la energía luminosa absorbida en electricidad debido a diversos factores, como la reflexión de la luz en los paneles solares y la resistencia de las celdas.
Materiales y características de las celdas solares
Las celdas solares utilizan diversos materiales según las funciones requeridas por la aplicación y los costos previstos. La eficiencia de conversión de energía varía en consecuencia. Por ello, los fabricantes están trabajando en la investigación y el desarrollo de materiales y procesos de fabricación para lograr una mayor eficiencia de conversión de energía y menores costos.
A continuación, las celdas solares se clasifican en tipo de silicio y de semiconductores compuestos; se explican los materiales representativos y sus características para cada tipo.
Celda solar de silicio
Monocristal
Las celdas solares que utilizan silicio monocristalino son costosas, pero tienen una alta eficiencia de conversión y fiabilidad.
Policristalino
Las celdas de silicio policristalino son las más utilizadas porque el silicio policristalino es más económico que el monocristalino.
Silicio amorfo
Dado que el silicio amorfo es un silicio no cristalino, las celdas solares que utilizan silicio amorfo son más baratas que las que utilizan silicio policristalino, pero tienen una baja eficiencia de conversión de energía.
Celdas multiunión
Varios tipos de celdas solares, como el silicio amorfo y el silicio policristalino de capa fina, se laminan para formar una estructura en tándem. Este tipo de celda solar tiene una alta eficiencia de conversión de energía.
Celda solar de semiconductor compuesto
Seleniuro de cobre e indio (CIS)
Las celdas solares CIS están hechas de cobre, indio y seleniuro. Este tipo de celda solar se puede fabricar a bajo costo, y tiene una eficiencia de conversión de energía relativamente alta.
Seleniuro de cobre, indio y galio (CIGS)
Las celdas solares CIGS utilizan cuatro elementos, el galio añadido con los tres elementos utilizados para el CIS. Este tipo de celda solar tiene una eficiencia de conversión de energía ligeramente superior a la de las celdas solares CIS.
Teluro de cadmio (CdTe)
Las celdas solares de CdTe se fabrican con cadmio y telurio. Este tipo se utiliza principalmente en Europa.
Arseniuro de galio (GaAs)
Las celdas solares de GaAs están hechas de galio y arseniuro. Este tipo de celda solar tiene una alta eficiencia de conversión de energía, pero es cara. Se utiliza en satélites y en aplicaciones similares.
Problemas en la medición, análisis y evaluación de las celdas solares
En la industria fotovoltaica, con la necesidad de preservar el medio ambiente y la creciente demanda de energías renovables, los fabricantes compiten por desarrollar celdas solares que proporcionen una mayor eficiencia de conversión de energía a un costo menor. Además, son necesarios altos niveles de garantía y control de calidad para proporcionar productos fotovoltaicos y de almacenamiento de energía estables y mantener la confiabilidad en el mercado de posventa.
Las celdas solares presentan irregularidades en su superficie para aumentar la superficie. Cada sección tiene una mezcla de varios materiales con diferentes colores y superficies brillantes. Esto hace que sea difícil observar, medir y analizar con precisión las partes microscópicas —como los electrodos— de los productos defectuosos y los prototipos, lo que hace que estas operaciones consuman mucho tiempo.
Se requiere mucho tiempo, esfuerzo y un alto nivel de experiencia para la la medición y el análisis utilizando. Incluso cuando los expertos utilizan una escala para la medición visual, los valores medidos pueden variar de un operador a otro.
