Parámetros de una célula fotovoltaica y trazos de un panel fotovoltaico

Parámetros y características de una célula fotovoltaica

¿Qué es exactamente una célula fotovoltaica?

Una célula fotovoltaica es una máquina semiconductora que puede convertir la radiación fotovoltaica en energía eléctrica. Su forma de transformar la luz del día en energía eléctrica, con una conversión intermedia, lo hace distintivo para aprovechar la energía fotovoltaica en energía eléctrica útil. Por eso se denominan células fotovoltaicas. La figura 1 muestra una célula fotovoltaica típica.

Diversos componentes rigen la potencia eléctrica generada por una célula fotovoltaica equivalente;

  • La profundidad de la luz solar: Cuanta más luz natural incida sobre la célula, mayor será la energía eléctrica generada por ésta.
  • Espacio celular: Al elevar el mundo celular, el presente generado por la célula aumentará adicionalmente.
  • El ángulo de incidencia: Si la luz solar que incide sobre la célula es perpendicular a su suelo, la instalación que genera es óptima. Lo ideal es que el ángulo sea de 90o por mucho que prácticamente se tenga que bloquear hasta el 90o.

La célula fotovoltaica es una máquina con dos terminales. Uno es optimista (ánodo) y el otro es desfavorable (cátodo). Una asociación de células fotovoltaicas se llama módulo fotovoltaico o panel fotovoltaico, y la asociación de paneles fotovoltaicos se llama conjunto fotovoltaico.

Funcionamiento de una célula fotovoltaica

La luz del día es un montón de fotones con una cantidad finita de energía. Para que la célula sea capaz de producir energía eléctrica, debe absorber la energía de los fotones. La absorción viene determinada por la potencia de los fotones y la potencia de banda de los materiales semiconductores fotovoltaicos y se expresa en electronvoltios (eV).

Los fotones son absorbidos por los materiales semiconductores, lo que conduce a la formación de pares electrón-hueco, donde los electrones tienen un coste desfavorable y los huecos un coste optimista. Cuando se produce una carga, hay una separación de electrones y huecos en la unión, los huecos se transfieren hacia la faceta del ánodo y los electrones hacia la faceta del cátodo.

Así, la separación de estos dos ritmos crea una distinción de potencial eléctrico y obtenemos una tensión a través del terminal de la célula. Esta tensión se utiliza para conducir el presente dentro del circuito.

Puesta en marcha asociada: Una información completa sobre el panel fotovoltaico. Proceso paso a paso con cálculos y diagramas

Parámetros de la célula fotovoltaica

La conversión de la luz del día en energía eléctrica está definida por numerosos parámetros de una célula fotovoltaica. Para conocer estos parámetros, queremos probar la Curva I – V como se demuestra en la determinación 2 siguiente. La curva se ha trazado principalmente a partir de la información de la tabla 1.

Tabla 1

AmperiosVoltiosWatts
VOC = 11.4
0.211.062.21
0.410.594.24
0.510.245.12
0.69.545.72
0.619.395.73
IM = 0.62VM = 9.27PM = 5.75
0.639.085.72
0.648.725.58
ISC = 0.65

Curva I-V de tensión y corriente de la célula solar

Los parámetros de la célula son dados por los productores en el STC (Normal Echa un vistazo a la situación). Bajo el STC la radiación fotovoltaica correspondiente es igual a 1000 W/m2 y la temperatura de funcionamiento de la célula es igual a 25oC. Los parámetros de las células fotovoltaicas son los siguientes

Parámetros de una célula solar y características de un panel fotovoltaico

Breve circuito actual (ISC):

La corriente breve es la corriente máxima producida por la célula fotovoltaica, se mide en amperios (A) o miliamperios (mA). Como se verá en la tabla 1 y se determinará 2 que la tensión en circuito abierto es cero cuando la célula está produciendo la mayor parte de los presentes (ISC = 0.65 A).

El valor del cortocircuito viene determinado por el espacio de la célula, la radiación fotovoltaica que incide sobre la célula, los conocimientos de la célula, etc. Por lo general, los productores dan la densidad actual en lugar del valor actual. La densidad actual se denota por «J» y la densidad actual del cortocircuito se denota por «JSC«. La densidad del presente circuito breve se obtiene dividiendo el presente circuito breve por el mundo de las células fotovoltaicas, tal como se establece:

JSC = ISC / A

Tomemos un ejemplo, una célula fotovoltaica tiene una densidad de corriente de 40 mA/cm2 en el STC y un espacio de 200 cm2. Entonces el presente circuito breve se decidirá como sigue;

ISC = Jsc × Espacio = 40 mA/cm2 × 200 cm2 = 8000 mA = 8 A

Tensión de circuito abierto (VOC):

La tensión de circuito abierto es la tensión máxima que puede producir la célula en situaciones de circuito abierto. Se mide en voltios (V) o milivoltios (mV). Como se verá en la tabla 1 y se determinará 2 que el circuito breve presente es igual a cero cuando la célula produce la tensión más alta. El valor de VOC se determina por el saber hacer de la célula y la temperatura de funcionamiento de la misma.

Nivel de potencia más alto (PM):

La parte más grande del nivel de energía representa la energía máxima (que una) célula fotovoltaica puede producir en el STC (es decir, una radiancia fotovoltaica de 1000 W/m2 y una temperatura de trabajo de la célula de 25oC). Se mide en WPico o simplemente WP. Además del STC, la célula fotovoltaica tiene PM con valores de radiación y temperatura de trabajo celular completamente diferentes.

La célula podría funcionar con mezclas de presente y voltaje completamente diferentes. Sin embargo, sólo pudo producir la mayor parte de la energía PM a una mezcla específica de tensión y corriente. Como se demuestra en la determinación 2, el nivel máximo de energía se encuentra en la rodilla de la curva I – V y es el producto de I – VM y V

PM = IM × VM = 0.62 × 9.27 = 5.75 WP

Presente en el nivel más energético (IM):

Representa el regalo que la célula fotovoltaica producirá cuando trabaje en el PowerPoint positivo. Se denota por IM y se verá en la determinación 2 que su valor es siempre inferior al del cortocircuito actual (ISC). Se mide en amperios (A) o en miliamperios (mA).

La tensión en el nivel más energético (VM):

Representa el voltaje que producirá la célula fotovoltaica cuando funcione la mayor parte del PowerPoint. Se denota por VM y se verá en la determinación 2 que su valor es siempre inferior a la tensión en circuito abierto (VOC). Se mide en voltios (V) o milivoltios (mV).

Rellena el número (FF):

Representa al mundo vestido por míM – VM rectángulo con el mundo cubierto por ISC – VOC rectángulo según las líneas punteadas en la determinación 2. La cuestión del relleno representa la cuadratura de la curva I – V. Se representa cuando se trata de la proporción (%), cuanto más alto se considere el relleno % más alta es la célula.

FF = PM / (ISC ×VOC)

Basándonos principalmente en la información de la tabla 1 y determinando la 2, decidiremos el problema de llenado como sigue;

FF = [5.75 / (0.65 × 11.4)] × 100 = 77.59 %

Se representa en parte multiplicando por 100.

Eficacia (ƞ):

  • La eficacia de una célula fotovoltaica se define como la potencia máxima de salida (PM) dividido por la energía de entrada (PEM). Se mide en porcentaje (%), lo que significa que ese porcentaje de la entrada de energía diurna se transforma en energía eléctrica. La energía de entrada es la densidad de energía. Posteriormente, para calcular la eficacia se multiplica PEM en STC por espacio. La eficacia se calculará de la siguiente manera;

ƞ = PM / (PEM × Espacio)

Si el espacio de la celda dada es de 0,01 m2, PM = 5.75 WP entonces la eficacia en la situación de verificación común se dará como

ƞ = [5.75 WP / (1000 W/m2 × 0.01 m2)] = 57.5 %

Se representa en parte multiplicando por 100.

Ciencias fotovoltaicas aplicadas

Se pueden encontrar todo tipo de células fotovoltaicas en el mercado, la identificación del know-how de la célula fotovoltaica viene determinada por el tejido utilizado en ese know-how. Por tanto, células completamente diferentes tienen parámetros de célula completamente diferentes, como la densidad de circuito breve, la efectividad, la tensión de circuito abierto, el problema de llenado, etc. La siguiente tabla 2 muestra el registro de células comerciales y sus parámetros de valor varían.

Escritorio 2

Celda de clasificaciónEficacia (%)Tensión en circuito abierto (V)Densidad de corriente (mA/cm2)Espacio celular (cm2)Edición de relleno (FF)
Silicio monocristalino14 – 170.55 – 0.6830 – 385 – 15670 – 78
Silicio multicristalino14 – 160.55 – 0.6530 – 355 – 15670 – 76
Si amorfo6 – 90.70 – 1.18 – 155 – 20060 – 70
Telururo de cadmio8 – 110.80 – 1.015 – 255 – 20060 – 70
Cobre-indium-galio-seleniuro8 – 110.50 – 0.720 – 305 – 20060 – 70
Arseniuro de galio30 – 351.0 – 2.515 – 351 – 470 – 85

Elementos que afectan a la energía generada por las células fotovoltaicas

Eficiencia de conversión (ƞ):

No toda la luz solar que incide en la célula fotovoltaica se transforma en energía eléctrica. La eficiencia de conversión se conoce como la relación entre la energía eléctrica generada y la energía de entrada suave. No podemos cambiar la eficacia de la célula, basándonos sobre todo en el proceso de fabricación y en el tejido utilizado en la célula, y su valor permanece fijo.

Fotocélula voltaica más energía PM depende de la tensión que se desarrolle a lo largo del terminal de la célula y de la corriente que pueda proporcionar. El espacio celular es, sin duda, uno de los componentes vitales que influyen en la energía de salida desarrollada por la célula. El valor de la energía de salida se decidirá para una energía de entrada determinada (W/m2), la eficiencia de conversión de la célula en (%), y el espacio de la célula en (m2).

La eficiencia de la célula fotovoltaica viene dada por debajo del STC y la energía de entrada (PEM) se toma como 1000 W/m2. Así, utilizando los componentes indicados a continuación, decidiremos la potencia generada para distintas eficiencias.

PM = (PEM × Espacio) × ƞ

Digamos que ahora tenemos que calcular la energía de salida en el STC con eficiencias del 30% y del 25% y un espacio de 0,01 m2. Así, para una eficiencia del 30%, obtenemos

PM = (1000 W/m2 × 0.01 m2) × 0.30 = 3 WP

Y para una eficiencia del 25% obtenemos

PM = (1000 W/m2 × 0.01 m2) × 0.25 = 2.5 WP

Cantidad de Enter Mild:

La profundidad de la luz solar que incide sobre la célula se mantiene mientras cambia a lo largo del día. En función de la luz solar que incide sobre la célula, se ajusta el presente y el voltaje de la misma. El presente generado por la célula es directo en función de la luz solar que incide sobre ella.

De la mañana a la tarde, la luz solar que incide sobre la célula aumentará, por lo que el regalo generado por la célula también aumentará. Desde la tarde hasta la puesta de sol, la luz solar que incide sobre la célula disminuye, por lo que el presente generado por la célula también disminuye. No hay ninguna variación principal en la tensión de salida de la célula, ya que no se ve afectada por la variación de la luz del día.

Digamos que ahora tenemos que calcular la potencia de salida de una célula con un hueco de 0,01 m2 para una potencia de entrada de 1000 W/m2 y 800 W/m2 con una eficacia del 25%. Así, para una potencia de entrada de 1000 W/m2 obtenemos la energía de salida de la siguiente manera

PM = (1000 W/m2 × 0.01 m2) × 0.25 = 2.5 WP

E para una energía de entrada de 800 W/m2;

PM = (800 W/m2 × 0.01 m2) × 0.25 = 2 WP

Como veremos, hay un valor menor dentro de la energía de salida debido a un valor menor dentro de la energía de entrada. Así, la cantidad de energía generada por la célula es proporcional a la luz del día.

Colocación asociada de los paneles fotovoltaicos y ¿Qué tipo de panel fotovoltaico es el más grande?

Espacio celular:

El breve circuito actual de la célula fotovoltaica está determinado por el mundo de la célula. La producción actual es directamente proporcional al espacio de la célula. Cuanto mayor sea el espacio de la célula, mayor puede ser la cantidad de presente generada y viceversa. Por ejemplo, un circuito de 200 cm2 el espacio producirá 2 A presentes y 200 cm2 producirá 4 A presentes para una irradiación similar de 1000 W/m2.

Como hemos señalado antes, la densidad de presente se obtiene dividiendo el presente por el mundo de la célula. La densidad actual (JSC) es fija para una determinada profundidad de la luz del día y no depende del mundo. Tomemos como ejemplo el lugar donde ahora tenemos que calcular la potencia actual de la célula fotovoltaica con un espacio de 20 cm2 y 50 cm2.

Con una densidad de presencia implacable de 35 mA/m2. La producción actual para 20 cm2 se calculará de la siguiente manera;

ISC = JSC × Espacio = 35 mA/m2 × 20 cm2 = 0.70 A

La producción actual para 50 cm2 se calculará de la siguiente manera;

ISC = JSC × Espacio = 35 mA/m2 × 50 cm2 = 1.75 A

Por tanto, del cálculo anterior se desprende que cuanto más aumenta el espacio de la celda, mayor es el valor actual y menor el valor presente.

El ángulo de Suave (θ):

La célula fotovoltaica produce la mayor parte de la potencia de salida para una determinada luz del día cuando el ángulo del sol y la célula son perpendiculares entre sí (es decir, 90o) como se muestra en la Determinación 3. Cuando el ángulo de incidencia del sol es menor o mayor que 90o como se ha demostrado en la determinación 3 que producirá una disminución de la energía de salida que la funcionalidad de energía de salida máxima de la célula.

Cuando la luz del sol cae en un ángulo mayor o menor de 90o una parte de la luz solar se refleja, y la luz solar utilizada por la célula es inferior a la que cae precisamente sobre ella. Esto hace que se reduzca la potencia generada por la célula. Es por este objetivo que debemos colocar la célula fotovoltaica en un ángulo perpendicular a la gota suave para generar la mayor potencia eléctrica posible.

El ángulo de la luz θ para el panel solar

Temperatura de trabajo (T):

Los productores presentan la tensión de la célula, el presente y la puntuación de energía en el STC con una irradiancia de 1000 W/m2 y una temperatura de 25o Sin embargo, la temperatura de la célula fotovoltaica varía con la temperatura ambiente y las células adicionales están encerradas en vidrio, por lo que la temperatura de la célula fotovoltaica adicional aumentará.

Este cambio de temperatura repercute en el voltaje, la potencia y la eficiencia de la célula; el aumento de la temperatura dentro de la célula por encima del STC reduce el rendimiento de estos parámetros. El mínimo de estos parámetros difiere para las distintas células fotovoltaicas disponibles en el mercado.

Tomemos un ejemplo para entender el más bajo en uno de los muchos parámetros (es decir, la tensión). Una célula tiene una tensión de salida de 0,9 V en el STC. La temperatura de trabajo de la célula es de 50o C. La tensión de salida de la célula disminuye en 2,1 mV/o C. ¿Cuál será el nuevo valor de la tensión de salida?

ΔT = Tnecesito – Tlugar común = 50 – 25 = 25oC

La tensión de salida disminuida = tensión en circuito abierto (VOC) en STC – (Baja tensión – ΔT) = 0,9 – (2,1 × 10 -3 × 25) = 0.84 V

Del cálculo anterior se puede concluir que hay una menor tensión de salida si la temperatura sube por encima del STC (es decir, por encima de 25oC).

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Conclusión

Gracias a la mejora de los conocimientos de los semiconductores, convertiremos la abundante tensión fotovoltaica en energía eléctrica. En este trabajo hemos estudiado el funcionamiento de la célula fotovoltaica, varios tipos de células, hay numerosos parámetros como la tensión de circuito abierto, el cortocircuito presente, etc. que nos ayudan a percibir las características de la célula. Además, se han estudiado los componentes que afectan a la instalación generada por la célula, así como la eficacia de la conversión de energía, la cantidad de entrada suave, el espacio de la célula, etc., que influyen en la eficacia y nos ayudan a percibir los hábitos de la célula bajo una situación única. Con la comprensión de los conocimientos de la célula fotovoltaica, la utilizaremos de la mejor manera para satisfacer nuestras necesidades energéticas diarias.

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