Informe de la celda Fotovoltaica

Para la realización de la celda fotovoltaica se necesitan los siguientes materiales:

1. Tapa de cartón 
2. Aluminio 
3. Alambre de cobre
4. Esmalte sintético (Color rojo)
5. Virutas de acero fino
6. Pegante 
7. Cinta aislante 
8. Cartón 
9. Dos trozos de cable fino
10. Crema dental 
11. Sulfato de cobre 
12. Solución salina 
13. Jugo de limón
14. Palillos de dientes 

Procedimiento: 

1. En primer lugar se debe forrar la tapa de cartón con el aluminio, dejando en un extremo  y en el centro de la tapa de cartón un cuadrado de aluminio, con el fin de que se forme la terminal colocando dos palillos de dientes y cinta aislante en cada cuadrado.
2. Dividir la tapa de cartón en 3 bloques iguales, y en el bloque central distribuir el esmalte sintético de color rojo, al secarse el esmalte se debe demarcar el cuadrado por medio de trozos delgados de cartón paja. 
3. Con el alambre de cobre se forma una fuente que produce voltaje, teniendo en cuenta que el senoidal abarca todo el cuadro rojo. 
4. Se pega la resistencia en forma senoidal en el cuadro rojo, aplicando pegante, al terminar de de pegar la resistencia se baña en una solución compuesta de jugo de limón y crema dental.Como la resistencia genera voltaje, se debe tener cuidado en como se pega la resistencia al cuadro rojo.
5. Diluir la solución compuesta de sulfato de cobre, solución salina y virutas de acero, en la parte del aluminio, es decir, en los dos cuadros que quedaron al dividir al principio la caja de cartón con aluminio.

RESUMEN

Nuestro proyecto consiste en la construcción de un panel solar, el cual busca generar energía eléctrica a través de las celdas fotovoltaicas. Para ello la energía solar es la fuente principal de este.  Para poder generar energía útil se deben conectar cierto número de celdas teniendo en cuenta la cantidad de voltaje que se necesita para que el bombillo encienda. La cantidad de energía generada por una celda solar es determinada por la porción de luz que cae directamente sobre ella, lo cual a su vez está limitado por la hora y el clima del dia.

INTRODUCCIÓN

Es notable que actualmente las instalaciones de celdas fotovoltaicas ha ido creciendo especialmente en la  comunidad Asiática. Partiendo con una breve reseña de conceptualización analizaremos las nuevas tendencias y tecnologías sobre las celdas solares.

La energía eléctrica no está presente en la naturaleza como fuente de energía primaria y, en consecuencia, sólo podemos disponer de ella mediante la transformación de alguna otra forma. Es por eso que han surgido todo tipo de plantas generadoras de energía a partir de combustibles fósiles, sin embargo, se ha notado que esta forma de generación produce mucha contaminación. Las llamadas energías alternativas son aquellas cuyo uso no genera contaminación y entre ellas podemos citar la energía solar.

La generación de este tipo de energía eléctrica no produce contaminantes y es por eso que últimamente ha tomado mucha importancia debido al crecimiento del calentamiento global.

Hoy en día la energía solar se utiliza como fuente de energía renovable, la cual se capta a través de paneles fotovoltaicos y se almacena en baterías como energía eléctrica para suministrar electricidad a las luces y diversos equipos.

os equipos.

HISTORIA

Aunque ya en el siglo XIX se descubrió el efecto fotovoltaico por Becquerel en el año 1839 y se hicieron dispositivos funcionando con selenio, el primer dispositivo funcional, una célula de silicio que se realizó hasta el año 1954.

En 1885 el profesor W. Grylls Adams experimento con el selenio (elemento semiconductor) como reaccionaba con la luz y descubrió que se generaba un flujo de electricidad conocida como "fotoeléctrica".

Charles Fritts en 1893, fue quien inventó la primera célula solar, conformada de láminas de revestimiento de selenio con una fina capa de oro, estas células se utilizaron para sensores de luz en la exposición de cámaras fotográficas.

Albert Einstein investigó más a fondo sobre el efecto fotoeléctrico y descubrió que al iluminar con luz violeta los fotones pueden arrancar los electrones de un metal y producir corriente eléctrica.

Una célula solar de silicio que convertía el 6% de la luz solar que incidia sobre ella en electricidad fue desarrollada por Chapin, Pearson y Fuller en 1954, y esta es la clase de célula que fue utilizada en usos especializados.

CONCEPTOS

Es importante saber que la materia prima está compuesta por átomos, las cuales están formados por un núcleo cargado positivamente y a su alrededor se encuentran orbitando electrones con una carga eléctrica negativa; los electrones más externos se conocen como electrones de valencia.

Los semiconductores son utilizados en la fabricación de las celdas solares porque la energía que entran a los electrones de valencia es muy similar a la energía que se poseen los fotones de los rayos del sol, por lo tanto cuando la luz solar entra al semiconductor los fotones suministran energía necesaria para romper los enlaces y queden libres para esparcirse en el material. Por cada electrón que se libere queda un hueco donde están cargados positivamente.

En este proceso hay una acumulacion de cargas en las superficies del dispositivo que dan como resultado un voltaje eléctrico medido en Volt, este voltaje es generado por el efecto fotovoltaico. Cuando los electrones fluyen y regresan a su posición inicial se llama corriente fotovoltaica.

Corriente eléctrica: número de electrones que fluyen en un material en un segundo (I Amperes).

Voltaje eléctrico: es el esfuerzo que realiza una fuerza externa sobre los electrones dentro de un material para producir la corriente (Volts).

Potencia eléctrica: voltaje que obliga a los electrones a producir corriente continua (P=V x I y la unidad es Watt)

Energía eléctrica: es la potencia generada en un periodo de tiempo ( E= V x I y la unidad es Watt-hora)

PRINCIPIO FÍSICO

Las celdas solares generan energía eléctrica a través de un principio físico que se conoce como efecto fotoeléctrico. Cuando un haz de luz impacta sobre un átomo que contiene electrones separa el electrón del núcleo y produce dos cargas, el núcleo queda con una carga positiva y el electrón se lleva la carga negativa. Esto produce la aparición de un par electrón-hueco. El dispositivo se diseña de manera que exista la unión de dos materiales entre los cuales se establece una diferencia de campo eléctrico. Cuando las cargas están en ese campo eléctrico son sometidas a fuerzas y se desplazan libremente. Si se mantiene el flujo de electrones, se mantiene la generación de cargas circulando por el circuito y se dispone de una corriente eléctrica.

Los fotones tienen una energía característica determinada por la frecuencia de onda de la luz. Si un átomo absorbe energía de un fotón y tiene más energía que la necesaria para expulsar un electrón del material y además posee una trayectoria dirigida hacia la superficie, entonces el electrón puede ser expulsado del material. Si la energía del fotón es demasiado pequeña, el electrón es incapaz de escapar de la superficie del material.

LEYES DE LA EMISIÓN FOTOELÉCTRICA

1. Para un metal y una frecuencia de radiación incidente dados, la cantidad de fotoelectrones emitidos directamente proporcional a la intensidad de luz incidente.
2. Para cada metal dado, existe una cierta frecuencia mínima de radiación incidente debajo de la cual ningún fotoelectrón puede ser emitido. Esta frecuencia se llama frecuencia de corte
3. Por encima de la frecuencia de corte, la energía cinética máxima del fotoelectrón emitido es independiente de la intensidad de la luz incidente, pero depende de la frecuencia de la luz incidente.
4. La emisión del fotoelectrón se realiza instantáneamente, independientemente de la intensidad de la luz incidente

FORMULACIÓN MATEMÁTICA

Energía de un fotón absorbido = Energía necesaria para liberar 1 electrón + energía cinética del electrón emitido.

hf = hf0 +1/2mv2

donde h es la constante de Planck, f0 es la frecuencia de corte o frecuencia mínima de los fotones para que tenga lugar el efecto fotoeléctrico

La constante de Planck es  6.62606896(33) x 10-34  en unidades de J x Seg

EFECTO FOTOELÉCTRICO EN LA ACTUALIDAD

El efecto fotoeléctrico es la base de la producción de energía eléctrica por radiación solar y del aprovechamiento energético de la energía solar. El efecto fotoeléctrico se utiliza también para la fabricación de células utilizadas en los detectores de llama de las calderas de las grandes centrales termoeléctricas. Este efecto es también el principio de funcionamiento de los sensores utilizados en las cámaras digitales. También se utiliza en diodos fotosensibles tales como los que se utilizan en las células fotovoltaicas y en electroscopios o electrómetros. En la actualidad los materiales fotosensibles más utilizados son, aparte de los deriva cobre, el silicio, que produce corrientes eléctricas mayores.

EFICIENCIA DE UN PANEL SOLAR

El rendimiento de las celdas fotovoltaicas depende de la radiación solar y la temperatura la cual por cada grado Celsius de aumento ocasionada en la potencia de salida de los módulos una reducción del 0,5%, con esto se hace necesario refrigerar el sistema de paneles solares para obtener una mejor eficiencia.

n=Pm/E * Ac

Donde Pm es Potencia en W, Ac es la superficie de la celda en m2 y E quiere decir la irradiancia en W/m2

La irradiancia quiere decir que es la potencia incidente por unidad de superficie de todo tipo de radiación electromagnética que se describe con una magnitud.

En la superficie terrestre el mayor valor de irradiancia posible es alrededor de 1000 w/m2, este valor es la potencia recibida en un 1m2 que se encuentra perpendicular a la radiación solar. Tenemos que tener en cuenta que hay si la radiación solar no es perpendicular a la superficie el valor de irradiancia ya no va a ser el mismo ya que va a tener un ángulo por el cual se debe multiplicar. Existen dos clases de radiación que son:

Radiación perpendicular

Radiación Oblicua