{"id":34464,"date":"2026-02-28T07:13:42","date_gmt":"2026-02-28T01:43:42","guid":{"rendered":"http:\/\/microtexindia.com\/sistema-solar-fotovoltaico\/"},"modified":"2021-12-22T07:12:12","modified_gmt":"2021-12-22T01:42:12","slug":"sistema-solar-fotovoltaico","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/microtexindia.com\/es\/sistema-solar-fotovoltaico\/","title":{"rendered":"\u00bfQu\u00e9 es un sistema solar fotovoltaico?"},"content":{"rendered":"\t\t
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\u00bfC\u00f3mo funciona el sistema solar fotovoltaico?<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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La gran magnitud de la energ\u00eda t\u00e9rmica del Sol la convierte en una fuente de energ\u00eda muy atractiva. Esta energ\u00eda puede convertirse directamente en electricidad de corriente continua y en energ\u00eda t\u00e9rmica. La energ\u00eda solar es una fuente de energ\u00eda renovable, limpia, abundante e inagotable disponible en la tierra. Los paneles solares o sistemas solares fotovoltaicos mediante paneles (SPV) se disponen en los tejados o en las huertas solares de forma que la radiaci\u00f3n solar incida sobre los paneles solares fotovoltaicos para facilitar una reacci\u00f3n que convierta la radiaci\u00f3n luminosa del sol en electricidad.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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La energ\u00eda solar puede utilizarse para alimentar un solo edificio o a escala industrial. Cuando se utiliza a peque\u00f1a escala, la electricidad extra puede almacenarse en una bater\u00eda o alimentar la red el\u00e9ctrica. La energ\u00eda solar <\/a>es ilimitada y la \u00fanica limitaci\u00f3n es nuestra capacidad para convertirla en electricidad de forma rentable. Diminutos paneles solares fotovoltaicos alimentan calculadoras, juguetes y cabinas telef\u00f3nicas.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Definici\u00f3n de sistema solar fotovoltaico<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Un sistema solar fotovoltaico convierte la energ\u00eda solar en energ\u00eda el\u00e9ctrica, al igual que una bater\u00eda convierte la energ\u00eda qu\u00edmica en energ\u00eda el\u00e9ctrica o un motor de autom\u00f3vil convierte la energ\u00eda qu\u00edmica en energ\u00eda mec\u00e1nica o un motor el\u00e9ctrico (en un veh\u00edculo<\/a> el\u00e9ctrico, EV) convierte la energ\u00eda el\u00e9ctrica en energ\u00eda mec\u00e1nica. Una c\u00e9lula SPV convierte la energ\u00eda solar en energ\u00eda el\u00e9ctrica. Una c\u00e9lula solar no produce electricidad utilizando el calor del sol, sino que los rayos de luz incidentes interact\u00faan con los materiales semiconductores para producir electricidad.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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La electricidad puede definirse como el flujo de electrones. \u00bfC\u00f3mo crean este flujo los sistemas solares fotovoltaicos? Por lo general, hay que suministrar energ\u00eda para alejar los electrones del n\u00facleo de los \u00e1tomos. Los electrones de valencia (es decir, los que se encuentran en la capa exterior del \u00e1tomo) tienen los niveles de energ\u00eda m\u00e1s altos de los electrones que a\u00fan est\u00e1n ligados a sus \u00e1tomos madre, (ya que est\u00e1n lejos del n\u00facleo, en comparaci\u00f3n con los electrones de la capa interior). Se requiere energ\u00eda adicional para eliminar completamente un electr\u00f3n del \u00e1tomo, por lo que los electrones libres tienen niveles de energ\u00eda m\u00e1s altos que los electrones de valencia.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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La figura anterior representa un diagrama de bandas de energ\u00eda, que muestra dos niveles de energ\u00eda, una banda de valencia y una banda de conducci\u00f3n. Los electrones de valencia se encuentran en la banda de valencia y los electrones libres en la banda de conducci\u00f3n superior. En los semiconductores, hay un hueco entre las bandas de valencia y de conducci\u00f3n. Por tanto, hay que suministrar energ\u00eda para que los electrones de valencia pasen a la banda de conducci\u00f3n. Esto significa que se debe suministrar energ\u00eda para eliminar los electrones de valencia de sus \u00e1tomos padres para convertirse en electrones libres.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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\u00bfQu\u00e9 son los sistemas solares fotovoltaicos?<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Cuando el silicio puro est\u00e1 a una temperatura de 0 K (0 grados Kelvin es – 273\u00b0C ), todas las posiciones de las capas externas de electrones est\u00e1n ocupadas, debido a los enlaces covalentes entre los \u00e1tomos y no hay electrones libres. Por lo tanto, la banda de valencia est\u00e1 completamente llena y la banda de conducci\u00f3n est\u00e1 completamente vac\u00eda. Aunque los electrones de valencia tienen la mayor energ\u00eda, son los que menos energ\u00eda necesitan para salir del \u00e1tomo (energ\u00eda de ionizaci\u00f3n). Esto se puede ilustrar con un ejemplo de un \u00e1tomo de plomo. Aqu\u00ed la energ\u00eda de ionizaci\u00f3n (de un \u00e1tomo gaseoso) de la eliminaci\u00f3n del primer electr\u00f3n es de 716 kJ\/mol y la necesaria para el segundo electr\u00f3n es de 1450 kJ\/mol. Los valores equivalentes para el Si son 786 y 1577 kJ\/mol.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Cada electr\u00f3n que se desplaza a la banda de conducci\u00f3n deja un sitio vacante(denominado agujero)<\/strong> en el enlace de valencia. Este proceso se denomina generaci\u00f3n de pares electr\u00f3n-hueco<\/strong>. Un agujero en un cristal de silicio puede, como un electr\u00f3n libre, moverse por el cristal. El medio por el que se mueve el agujero es el siguiente: Un electr\u00f3n de un enlace cercano a un agujero puede saltar f\u00e1cilmente al agujero, dejando atr\u00e1s un enlace incompleto, es decir, un nuevo agujero. Esto ocurre de forma r\u00e1pida y frecuente: los electrones de los enlaces cercanos cambian de posici\u00f3n con los agujeros, enviando \u00e9stos de forma aleatoria y err\u00e1tica por todo el s\u00f3lido; cuanto mayor es la temperatura del material, m\u00e1s se agitan los electrones y los agujeros y m\u00e1s se mueven.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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La generaci\u00f3n de electrones y huecos por la luz es el proceso central del efecto fotovoltaico global, pero no produce por s\u00ed mismo una corriente. Si no hubiera ning\u00fan otro mecanismo en una c\u00e9lula solar, los electrones y huecos generados por la luz vagar\u00edan por el cristal de forma aleatoria durante un tiempo y luego perder\u00edan su energ\u00eda t\u00e9rmicamente al volver a las posiciones de valencia. Para aprovechar los electrones y los huecos para producir una fuerza el\u00e9ctrica y una corriente, se necesita otro mecanismo: una barrera de \u00abpotencial\u00bb incorporada*. Una c\u00e9lula fotovoltaica tiene dos finas obleas<\/strong> de silicio intercaladas y unidas a cables met\u00e1licos.<\/strong><\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Durante la fabricaci\u00f3n de los lingotes, el silicio es predopado<\/strong> antes de ser cortado y enviado. El dopaje no es m\u00e1s que la adici\u00f3n de impurezas<\/strong> en la oblea de silicio cristalino para hacerla conductora de la electricidad. El silicio tiene 4 electrones en la capa exterior. Estos<\/strong> materiales de dopaje positivo (tipo p<\/strong> ) son invariablemente el Boro, que tiene 3 electrones (trivalente) se llama portador positivo (Aceptante) Dopante.<\/strong> El dopante<\/strong> negativo (tipo n<\/strong> ) es el f\u00f3sforo<\/strong>, que tiene 5 electrones (pentavalente) se llama Dopante<\/strong>portador negativo (Donante<\/strong>)<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Una c\u00e9lula fotovoltaica contiene una capa de barrera<\/strong> formada por cargas el\u00e9ctricas opuestas enfrentadas a ambos lados de una l\u00ednea divisoria. Esta barrera de potencial separa selectivamente los electrones y los huecos generados por la luz, enviando m\u00e1s electrones a un lado de la c\u00e9lula y m\u00e1s huecos al otro. Al estar separados, es menos probable que los electrones y los huecos se vuelvan a unir y pierdan su energ\u00eda el\u00e9ctrica. Esta separaci\u00f3n de cargas establece una diferencia de tensi\u00f3n entre ambos extremos de la c\u00e9lula, que puede utilizarse para impulsar una corriente el\u00e9ctrica en un circuito externo.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Cuando una c\u00e9lula fotovoltaica se expone a la luz solar, los haces de energ\u00eda luminosa conocidos como fotones pueden sacar de sus \u00f3rbitas a algunos de los electrones de la capa P inferior a trav\u00e9s del campo el\u00e9ctrico establecido en la uni\u00f3n P-N y hacia la capa N. La capa N, con su exceso de electrones, desarrolla una corriente de exceso de electrones, que produce una fuerza el\u00e9ctrica para empujar los electrones adicionales. Estos electrones sobrantes, a su vez, son empujados hacia el hilo met\u00e1lico de vuelta a la capa P inferior, que ha perdido algunos de sus electrones. As\u00ed, la corriente el\u00e9ctrica seguir\u00e1 fluyendo hasta que los rayos del sol incidan en los paneles.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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El sistema solar fotovoltaico puede ser poco eficiente energ\u00e9ticamente<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Las c\u00e9lulas de los sistemas solares fotovoltaicos actuales s\u00f3lo convierten entre el 10 y el 14% de la energ\u00eda radiante en energ\u00eda el\u00e9ctrica. En cambio, las centrales de combustibles f\u00f3siles convierten entre el 30 y el 40% de la energ\u00eda qu\u00edmica de su combustible en energ\u00eda el\u00e9ctrica. La eficiencia de conversi\u00f3n de las fuentes de energ\u00eda electroqu\u00edmica es mucho mayor, hasta el 90 o el 95<\/strong> %.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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\u00bfQu\u00e9 es la eficiencia de conversi\u00f3n de un sistema solar fotovoltaico? <\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Eficiencia de un dispositivo = Producci\u00f3n de energ\u00eda \u00fatil \/ Entrada de energ\u00eda<\/p>\n

En el caso del sistema solar fotovoltaico la eficiencia es de alrededor del 15%, lo que significa que si tenemos una superficie de c\u00e9lulas de 1m2<\/sup> por cada 100 W\/m2<\/sup> de radiaci\u00f3n incidente, s\u00f3lo se entregar\u00edan 15 W al circuito. <\/p>\n

Eficiencia de la c\u00e9lula SPV = 15 W\/m2\/<\/sup> 100 W\/m2<\/sup> = 15 %.<\/p>\n

En el caso de las bater\u00edas de plomo-\u00e1cido podemos diferenciar dos tipos de eficiencia, la eficiencia culombiana (o Ah o amperios-hora) y la eficiencia energ\u00e9tica (o Wh o vatios-hora). Durante un proceso de carga que convierte la energ\u00eda el\u00e9ctrica en energ\u00eda qu\u00edmica, el rendimiento Ah es de aproximadamente el 90 % y el rendimiento energ\u00e9tico es de aproximadamente el 75 %. <\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Principio de funcionamiento del sistema solar fotovoltaico<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Fabricaci\u00f3n de c\u00e9lulas de sistemas solares fotovoltaicos<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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La materia prima es el segundo cuarzo (arena) m\u00e1s abundante. El cuarzo es un mineral ampliamente distribuido. Tiene muchas variedades que consisten principalmente en s\u00edlice o di\u00f3xido de silicio (SiO2) con peque\u00f1as fracciones de impurezas como litio, sodio, potasio y titanio.
El proceso de fabricaci\u00f3n de una c\u00e9lula solar a partir de una oblea de silicio implica tres tipos de industrias
a.) Industrias que producen c\u00e9lulas solares de cuarzo
b.) Industrias que producen obleas de silicio de cuarzo y
c.) Industrias que producen c\u00e9lulas solares a partir de obleas de silicio<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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\u00bfC\u00f3mo se fabrican las obleas de silicio en el sistema solar fotovoltaico?<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Como primer paso, el silicio puro<\/strong> se produce por reducci\u00f3n y purificaci\u00f3n<\/strong> del di\u00f3xido de silicio impuro en el cuarzo. Proceso Czochralski (Cz):<\/strong> La industria fotovoltaica utiliza actualmente dos rutas principales para convertir la materia prima de polisilicio en obleas terminadas: la ruta monocristalina mediante el proceso Czochralski (Cz) y la ruta multicristalina mediante el proceso de solidificaci\u00f3n direccional (DS)<\/strong>. Las principales diferencias entre estos dos enfoques radican en la forma en que se funde el polisilicio, en c\u00f3mo se forma un lingote, en el tama\u00f1o del lingote y en c\u00f3mo se da forma a los lingotes para el corte de obleas<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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