Propuesta

Existen países como España y Alemania que cada vez se preocupan más por la ecología. Hemos escuchado en los medios de información que cada día se hacen modificaciones en los métodos de obtención de energía a partir del sol. Esto no sucede en nuestro país.

Si en nuestro país se implementaran programas por parte del gobierno que obligaran a que las compañías proveedoras de energía tuvieran que generar un porcentaje más alto de energía obtenida a partir del sol se podría generar un cambio muy positivo a nuestro ecosistema. El sol es un recurso natural ilimitado y debemos dejar de depender de los combustibles fósiles que, como hemos observado en esta década, han ocasionado estragos a todo nuestro planeta.

Un cambio en la estructuración de las compañías proveedoras podría significar altos costos inmediatos por la inversión inicial, pero esto debe verse como una inversión a largo plazo segura. Esto es ya que los beneficios a largo plazo serían tan grandes tanto para las empresas al dejar de depender de combustibles fósiles, como para nuestro ecosistema.

Otra propuesta puede ser el de generar programas por parte de la compañia de energía electrica para ofrecer los equipos de celdas solares a crédito con facilidades de pago para que todos puedan empezar a obtener energía en sus casas mediante la transformación de la energía solar.
Una forma de comenzar esto podría ser haciendo una propuesta al municipio para que el alumbrado público de nuestro municipio utilizara celdas solares con baterías y así pudieran ser autosuficientes. El ahorro de energía del municipio sería enorme.

Noticias: Mitsubishi anuncia haber obtenido la mayor eficiencia en celdas solares comerciales.

En una rueda de prensa Mitsubishi anunció el 31 de mayo de 2007 haber obtenido un record mundial para el índice de conversión fotoeléctrico logrando un 18.0% de eficiencia en una celda solar de silicio multi-cristalina de uso práctico con un área de 150 milímetros cuadrados, una mejora del 1.2% en comparación con sus modelos anteriores. Ellos afirman haber alcanzado el índice más alto de eficiencia para la conversión en el mundo con un índice de 18.0% mediante la adición de una superficie con textura de baja reflectividad en el silicio multi-cristalino, además de haber desarrollado un proceso para imprimir los electrodos en la superficie del silicio (metalización) y la reducción de la pérdidas producidas por la sombra en la rejilla de los electrodos delanteros. En la misma área superficial que productos anteriores, han alcanzado una mejora de 7% en la salida eléctrica, haciéndolo conveniente incluso para instalaciones más pequeñas tales como azoteas estrechas.

En octubre del año pasado, Kyocera anuncio haber obtenido una mejora en la eficiencia de sus celdas solares policristalinas, llevándolas a un 18.5%, aunque no es claro si van a comercializar sus celdas. SunPower anunció haber obtenido un 22% de eficiencia, pero para celdas solares monocristalinas, que tienen mayor eficiencia que las policristalinas, pero son mucho más costosas. SunPower se encuentra actualmente en producción con estas celdas de 22% de eficiencia.

Comentarios: Tal vez sea un poco tonto discutir sobre un 0.5%, pero Mitsubishi ciertamente se encuentra al tanto del anuncio hecho por Kyocera. Por lo tanto, en mi opinión, el anuncio realizado por parte de Mitsubishi resulta un tanto descarado. Pienso que el grupo de Mitsubishi está basándose en el hecho de que Kyocera no ha anunciado planes en específico para comercializar sus celdas aún. En cualquier caso, es bueno ver que las eficiencias de las celdas solares comerciales están en aumento.

Tecnología de Celdas Solares

Introduccion

Las células o celdas solares son dispositivos que convierten energía solar en electricidad, ya sea directamente vía el efecto fotovoltaico, o indirectamente mediante la previa conversión de energía solar a calor o a energía química. Existen varias formas de celdas solares. La forma más común se basa en el efecto fotovoltaico. Esto consiste en que la luz que incide sobre un dispositivo semiconductor de dos capas produce una diferencia del fotovoltaje o del potencial entre las capas.
Este voltaje es capaz de conducir una corriente a través de un circuito externo de modo de producir trabajo útil. Este es el principio básico de una celda solar.

Antecedentes

Las celdas solares eficientes han estado disponibles desde mediados de los años 50. La investigación científica del efecto fotovoltaico comenzó en 1839, cuando el científico francés Henri Becquerel descubrió que una corriente eléctrica podría ser producida haciendo brillar una luz sobre ciertas soluciones químicas. Pero no fue hasta 1905 que se obtuvo una comprensión más profunda de los principios científicos, provista por Albert Einstein y Schottky en 1930, la cual fue necesaria antes de que celdas solares eficientes pudieran ser confeccionadas.

Finalmente en 1954 fue desarrollada por Chapin, Pearson y Fuller una célula solar de silicio que convertía el 6% de la luz solar que incidía sobre ella en electricidad, y esta es la clase de célula que fue utilizada en usos especializados tales como satélites orbitales a partir de 1958. Desde entonces se siguen desarrollando diferentes técnicas para hacer más eficientes las celdas solares para sus diversas aplicaciones.

Tipos de Celdas Solares

En la actualidad existen una gran variedad de métodos para la producción práctica de celdas solares de silicio (amorfas, monocristalinas o policristalinas), del mismo modo que para las celdas solares hechas de otros materiales (seleniuro de cobre e indio, teluro de cadmio, arseniuro de galio, etc). Las celdas solares de silicio disponibles comercialmente tienen una eficiencia de conversión en electricidad de la luz solar que cae sobre ellas de cerca del 18%, a una fracción del precio de hace treinta años.

Para elaborar celdas de silicio es necesario contar con una de estas tres cosas, planchas (wafers) monocristalinas, planchas policristalinas o láminas delgadas. Y el procedimiento es el siguiente:

• Las planchas monocristalinas (de aproximadamente 1/3 a 1/2 de milímetro espesor) se cortan de un gran lingote monocristalino que se ha desarrollado a aproximadamente 1400°C, este es un proceso muy costoso aparte que el silicio debe ser de una pureza muy elevada y tener una estructura cristalina casi perfecta. Nota: Por las complicaciones y altos costos que existen a la hora de construir este tipo de estructuras los avances tecnológicos que se están realizando actualmente se enfocan más en las planchas policristalinas.
  
• Las planchas policristalinas son realizadas por un proceso de moldeo en el cual el silicio fundido es vertido en un molde y se lo deja asentar. Es importante señala que en este metodo de fabricación el rendimiento es más bajo debido a las imperfecciones en la estructura cristalina resultando del proceso de moldeo, por lo que son menos eficientes que las planchas monocristalinas.
  

Una similitud que comparten los dos procesos anteriormente mencionados, es que casi la mitad del silicio se pierde como polvo durante el cortado.


Sobre las Planchas Policristalinas o láminas delgadas.

Una de las tecnologías de lámina delgada, es el silicio amorfo, el cual es creado depositando silicio sobre un substrato de vidrio de un gas reactivo tal como silano (SiH4).. Este tipo de célula solar se puede aplicar como película a substratos del bajo costo tales como cristal o plástico.

Otras tecnologías de lámina delgada incluyen lámina delgada de silicio multicristalino, las celdas de seleniuro de cobre e indio/sulfuro de cadmio, las celdas de teluro de cadmio/sulfuro del cadmio y las celdas del arseniuro de galio. Las celdas de lámina delgada tienen muchas ventajas incluyendo una deposición y un ensamblado más fácil, la capacidad de ser depositadas en substratos o materiales de construcción baratos, la facilidad de la producción en masa, y la gran conveniencia para aplicaciones grandes.

En la producción de estas celdas se le introducen átomos de impurezas (dopado) para crear una región tipo p y una región tipo n de modo de producir una unión p-n. El dopado se puede hacer por difusión a alta temperatura, donde las planchas se colocan en un horno con el dopante introducido en forma de vapor.

Hay muchos otros métodos de dopar el silicio. En la fabricación de algunos dispositivos de lámina delgada la introducción de dopantes puede ocurrir durante la deposición de las láminas o de las capas.

Proceso de dopaje y construcción de las Celdas.

Para entender mejor el método de celdas delgadas es necesario conocer información química sobre el silicio. Un átomo del silicio tiene cuatro electrones de valencia (aquellos más débilmente unidos), que enlazan a los átomos adyacentes.
Substituyendo un átomo del silicio por un átomo que tenga tres o cinco electrones de la valencia producirá un espacio sin un electrón (un agujero) o un electrón extra que pueda moverse más libremente que los otros, ésta es la base del dopaje.
En el dopaje tipo p, la creación de agujeros, es alcanzada mediante la incorporación en el silicio de átomos con tres electrones de valencia, generalmente se utiliza boro.
En el dopaje de tipo n, la creación de electrones adicionales es alcanzada incorporando un átomo con 5 electrones de valencia, generalmente fósforo.

Una vez que se crea una unión p-n, se hacen los contactos eléctricos al frente y en la parte posterior de la célula evaporando o pintando con metal la plancha. La parte posterior de la plancha se puede cubrir totalmente por el metal, pero el frente de la misma tiene que tener solamente un patrón en forma de rejilla o de líneas finas de metal, de otra manera el metal bloquearía al sol del silicio y no habría ninguna respuesta a los fotones de la luz incidente.

¿Como se transforma la energia solar en eléctrica?

Para entender la operación de una célula fotovoltaica, necesitamos considerar la naturaleza del material y la naturaleza de la luz del sol n. Las celdas solares están formadas por dos tipos de material, generalmente silicio tipo p y silicio tipo n.
La luz de ciertas longitudes de onda puede ionizar los átomos en el silicio y el campo interno producido por la unión que separa algunas de las cargas positivas ("agujeros") de las cargas negativas (electrones) dentro del dispositivo fotovoltaico. Los agujeros se mueven hacia la capa positiva o capa de tipo p y los electrones hacia la negativa o capa tipo n. Aunque estas cargas opuestas se atraen mutuamente, la mayoría de ellas solamente se pueden recombinar pasando a través de un circuito externo fuera del material debido a la barrera de energía potencial interno.
Por lo tanto si se hace un circuito, se puede producir una corriente a partir de las celdas iluminadas, puesto que los electrones libres tienen que pasar a través del circuito para recombinarse con los agujeros positivos.

Una vez comprendido lo anterior, es posible abordar el funcionamiento de las celdas el cual comiensa Cuando una celda es expuesta a la luz (se expone el lado negativo), si los fotones que llegan a la superficie tienen una energía mayor que la necesaria para liberar a un electrón desde la red de la cual forman parte, surge una corriente de foto electrones. Debe ocurrir que la energía de los fotones sea mayor que la energía de ligazón de los electrones al material, que exista una juntura semiconductora que impida la recombinación de portadores positivos y negativos, y que la vida media de los portadores permita sostener un flujo de corriente a través de una carga útil.

Justificación

La demanda de recursos energéticos en el mundo aumenta día a día. Las compañías proveedoras de electricidad cada vez demandan que se construyan con mayor eficiencia de consumo de pontencia los equipos eléctricos. Esto sucede porque los proveedores de electricidad no pueden crecer a la par con la demanda por parte de la población.

El total de la energía solar que llega a la Tierra es enorme. En Estados Unidos por ejemplo, se reciben anualmente alrededor de 1500 veces sus demandas de energía total. En un día de sol de verano, la energía que llega al tejado de una casa de tipo medio seria más que suficiente para satisfacer las necesidades de energía de esa casa por 24 hora. En la tabla 1 se dan valores típicos de la radiación que se recibe en la superficie de la Tierra.

Existe una gran cantidad de energía que se encuentra ahi afuera y no se está aprovechando como se debería. Día con día se generan avances en los métodos de transformación de energía solar, por lo que cada vez es más viable que se comiencen a aplicar estos métodos de obtención de energía en nuestra vida cotidiana.

Planteamiento del Problema

La energía solar representa solamente el 1% de la energía que se produce en el mundo para el consumo electrico. ¿Por qué sucede esto? La respuesta es que la recolección de la energía solar esta limitada ampliamente por los fenómenos climáticos, tales como los días nublados o lluviosos. Otro problema es el alto costo de construcción de estos sistemas.

Actualmente el alto costo de estos sistemas es el factor decisivo que causa que no se implementen más sistemas de energía solar en los hogares. Algunos gobiernos ofrecen incentivos económicos a la gente para ayudarle en los costos de estos sistemas. Tal es el caso de Alemania, que con su programa (100 000 techos) que tiene la meta de lograr que 100 000 casas tengan implementados sistemas de energía solar para el abastecimiento de energía de cada hogar. Este programa es algo que no existe en nuestro país (México). Programas como tal deberían de implementarse aquí pero es algo dificil de lograr ya que el país sufre de un monopolio por parte de la compañía que se encarga de proveer el servicio eléctrico. Un cambio así representaría grandes pérdidas a la empresa y para maximizar sus utilidades desalienta o por lo menos no ofrece nigun incentivo para la generación de este tipo de energía limpia.

El reto para la tecnología de las celdas solares es el de desarrollar técnicas de construcción de estos dispositivos para que sean mucho más eficientes y así poder llegar a un punto en el que una casa pueda generar la energía suficiente a través del sol como para poder cumplir con sus actividades de consumo de energía diarias.