Practica celda solar

BENEMÉRITA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE
PUEBLA
FACULTAD DE CIENCIAS FISICO
MATEMÁTICAS
FISICA MODERNA CON LABORATORIO
INTEGRANTES DEL EQUIPO
Arias cruz José Ángel
Calvario Coyotl Javier
Cruz Ojeda Néstor Eduardo
Espindola Ramos Ernesto
Rosas Flores Isaac
Sánchez Vélez Ricardo
Santamaría Juárez Efrén
Vargas Hernández Laura Gabriela
PRACTICA 2: CELDAS SOLARES.
ENERO DE 2012
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______________CELDAS SOLARES________________
RESUMEN
El objetivo de esta practica es analizarla eficiencia de una celda solar al ser irradiada por un cierto
haz de luz, esto al ser conectada en serie y en paralelo a una fuente de voltaje. Se observara de
que manera se obtiene mayor movimiento de electrones (electricidad).
INTRODUCCIÓN
Actualmente la mayoria de las celdas solares producidas en volumen estan fabricadas de silice o
silicio. Este es un recurso completamente natural, se encuentra en mas de una cuarta parte dela
tierra y es el principal componente de la arena. El silicio utilizado en la produccion de las celdas
solares debe ser purificado en muy alto grado.
Una gran parte del costo de la produccion de las celdas solares resulta de limpiar y remover las
impurezas para producir silicio de alta calidad.
La celda solar esta hecha de una fina capa del mas puro silicio. Cuando el cristal de silicio esta
formado se le adiciona una fina capa de boro. El boro da a la estructura de cristal una
característica unica. Que es como una caja electrica positiva. Cuando esta parte de la celda solar
tiene una carga positiva se le conoce como silicio tipo “P” y esto forma la base de la celda solar.
Enseguida una muy delgada capa de silicio cristal, es formada sobre el disco de silicio tipo “P”.
Solo que en vez de adicionar boro en esta ocacion, es adicionado con un poco de fosforo. Este
suministra una carga
negativa y esto es conocido como silicio tipo “N”. Estas son las dos partes de la celda solar, una
tipo “P” y la otra tipo “N”; cuyas cargas se cancelan una a la otra y producen una celda neutral.
Cuando la luz del sol penetra la unión de los silicios tipo “N” y tipo “P” , crea un flujo de
electrones a través de la estructura de cristal que tiene areas vacias, las cuales aceptan electrones
libres. Cuando un electron se mueve para cubrir un vacio, deja otro, al que se mueve otro electron
y así sucesivamente; este movimiento de electrones produce electricidad. Esto es, un haz de luz
incidente sobre la juntura es capaz de separar los pares electrón-hueco y forzar los electrones a
saltar la barrera de potencial, creando una fuerza electromotriz (FEM) en los contactos externos
de la celda. Si los contactos se conectan a un circuito externo cualquiera (por ejemplo, que
contenga una resistencia) la FEM se comportará igual a la de una batería convencional; aparece
una corriente eléctrica. La corriente durará todo el tiempo que la juntura se mantenga iluminada.
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TEMAS
Efecto fotoeléctrico
El efecto fotoeléctrico consiste en la emisión de electrones por un metal cuando se hace incidir
sobre él una radiación electromagnética (luz visible o ultravioleta, en general). A veces se
incluyen en el término otros tipos de interacción entre la luz y la materia:
•
Fotoconductividad: es el aumento de la conductividad eléctrica de la materia o en diodos
provocada por la luz. Descubierta por Willoughby Smith en el seleniohacia la mitad del siglo
XIX.
• Efecto fotovoltaico: transformación parcial de la energía luminosa en energía eléctrica. La
primera célula solar fue fabricada por Charles Fritts en 1884. Estaba formada por selenio
recubierto de una fina capa de oro.
La Banda de Valencia y la Banda de Conducción.
La Banda de Valencia es un nivel de energía en el que se realizan las combinaciones químicas.
Los electrones situados en ella, pueden transferirse de un átomo a otro, formando iones que se
atraerán debido a su diferente carga, o serán compartidos por varios átomos, formando moléculas.
La Banda de conducción es un nivel de energía en el cual los electrones están aún más
desligados del núcleo, de tal forma que, en cierto modo, todos los electrones (pertenecientes
a esa banda) están compartidos por todos los átomos del sólido, y pueden desplazarse por
este formando una nube electrónica.
Cuando un electrón situado en la banda de valencia se le comunica exteriormente energía,
bien sea eléctricamente, por temperatura, luz, étc. puede (al ganar energía) saltar a la banda
de conducción, quedando en situación de poder desplazarse por el sólido.
Eficiencia en la conversión de energía
La eficiencia de una célula solar (η, "eta"), es el porcentaje de potencia convertida en energía
eléctrica de la luz solar total absorbida por un panel, cuando una célula solar está conectada a un
circuito eléctrico. Este término se calcula usando la relación del punto de potencia máxima, Pm,
dividido entre la luz que llega a la celda irradiancia (E, en W/m²), bajo condiciones estándar
(STC) y el área superficial de la célula solar (Ac en m²).
La STC especifica una temperatura de 25 °C y una irradiancia de 1000 W/m² con una masa de
aire espectral de 1,5 (AM 1,5). Esto corresponde a la
irradiaciónhttp://es.wikipedia.org/wiki/Aberraci%C3%B3n_en_sistemas_%C3%B3pticos y
espectro de la luz solar incidente en un día claro sobre una superficie solar inclinada con respecto
al sol con un ángulo de 41,81º sobre la horizontal.
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Esta condición representa, aproximadamente, la posición del sol de mediodía en los equinoccios
de primavera y otoño en los estados continentales de los EEUU con una superficie orientada
directamente al sol. De esta manera, bajo estas condiciones una célula solar típica de 100 cm2, y
de una eficiencia del 12%, aproximadamente, se espera que pueda llegar a producir una potencia
de 1,2 vatios.
DESCRIPCIÓN DE INSTRUMENTOS
Celda solar:
Características técnicas
- Voltaje de salida: 0,9 Vcc
- Corriente de salida: 400 mA máx.
- Dimensiones: 9,5 x 6,5 cm
Fuente de voltaje
Multimetro
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
Para medir el voltaje y la corriente generada por el panel solar conectamos las puntas del
multimetro al cable de salida de la celda. El panel total esta compuesto por 36 celdas solares
como la de la siguiente imagen.
Para analizar como es que varia el voltaje y la corriente con respecto a la luz solar que incide en
cada celda, primero cubrimos 1/3 del panel solar que corresponde a 12 celdas solares, despues
cubrimos 2/3 del panel que corresponde a 24 celdas solares y por ultimo tapamos totalmente el
panel. Las condiciones del clima no nos permitieron observar los valores maximos de correinte y
voltaje generados por el panel, ya que el dia estaba nublado. El voltaje que se obtiene del panel
solar es directo, asi que para que se pueda utilizar la corriente se tiene que convertir a corriente
alterna. Esto es, el panel se encuetra conectado a un controlador de carga que se encarga de
regular el voltaje y corriente que se obtiene de una celda solar y este a su vez se encuentra
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conectado a 3 baterias de 12 volts cada una, ahi es donde se almacena la energia. Las baterias se
encuentran conectadas a un apartato llamado inversor, cuya funcion es transformar la corriente
directa en alterna.
RESULTADOS
Se obtuvieron los siguientes datos:
Parte descubierta del panel
Voltaje
Corriente
Panel total
21.04V
3.7A
2/3 del panel
19.32V
0.082A
1/3 del panel
15.4V
0.024A
La respuesta relativa de una celda solar a travez del espectro de luz del sol se representa en la
siguiente figura
En la mayoria de las circunstancias las celdas solares no so expuestas al maximo nivel de luz del
sol. La siguiente figura muestra la salida resultante de la celda solar cuando es expuesta al
maximo y minimo monto de energia solar.
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CONCLUSIONES
Al medir la corriente y voltaje del panel, observamos como varian estas cantidades con respecto
a las celdas cubiertas; y como era de esperar, el voltaje y la corriente disminuian al tapar el panel.
Aunque el voltaje no dismuyo tanto, la corriente si. Se observa que por cada tercio del panel
tapado, el voltaje decrementaba en 2V, mientras que con la corriente hubo un cambio abrupto de
3.7A a 0.082A, lo cual significa que hubo una perdida de corriente de 3.618A.
REFERENCIAS
[1]Eficientes, flexibles... y baratas, A. González Arias, Mayo 2009
[2]_http://www.steren.com.mx/catalogo/prod.asp?p=2779&desc=panel-solar-de-9-5-x-6-5cm#fragment
[3 http://es.wikipedia.org/wiki/Panel_fotovoltaico]
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