Cómo funcionan los paneles solares. Los paneles solares ya se utilizan para alimentar una amplia variedad de equipos, desde dispositivos móviles hasta coches eléctricos. Utilizados por primera vez para alimentar estaciones espaciales hace más de 40 años, los paneles solares se han consolidado en la vida cotidiana como una fuente de energía limpia y gratuita. El sol siempre ha enviado y sigue enviando miles de millones de kilovatios de energía radiante a la Tierra, y esta fuente continuará haciéndolo durante millones de años.
Una de las fuentes de energía es el panel solar, que genera energía alternativa a partir del sol. Es relativamente nuevo, pero ya ha ganado popularidad en Europa debido a su alta eficiencia y coste asequible. El panel solar es una fuente de energía casi inagotable, capaz de almacenar y convertir los rayos de luz en energía y electricidad. En Ucrania, esta nueva fuente de energía está ganando popularidad gradualmente.
Cómo funcionan los paneles solares. Principio de funcionamiento de las células solares.
El principio de funcionamiento de las células solares se basa en un generador fotoeléctrico de corriente constante, que utiliza el efecto de convertir la energía de los rayos solares en energía eléctrica. Más específicamente, las células solares utilizan la propiedad de los semiconductores basados en cristales de silicio. Los cuantos de luz que inciden sobre una oblea semiconductora expulsan un electrón de la órbita exterior del átomo de ese elemento químico, lo que crea suficientes electrones libres para generar una corriente eléctrica. Sin embargo, uno o dos elementos de silicio no son suficientes para que el voltaje y la potencia de dicha fuente sean adecuados para aplicaciones domésticas.
Por lo tanto, se ensamblan en paneles completos, donde se conectan en paralelo o en serie. El área de estos paneles puede variar desde unos pocos centímetros cuadrados hasta varios metros cuadrados. Al aumentar el número de paneles, es posible obtener una mayor potencia de salida de un panel solar.
No obstante, el rendimiento de un panel solar depende no solo del área, sino también de la intensidad de la luz solar y del ángulo de incidencia de los rayos. Por consiguiente, el rendimiento del panel solar depende de la zona y la latitud geográfica donde se ubica la vivienda, del clima y la época del año, y de la hora del día. Además, para que el sistema de paneles solares funcione y suministre energía a la red, es necesario instalar varios dispositivos eléctricos adicionales.
- Un inversor que convierte la corriente continua en corriente alterna;
- Una batería recargable cuya función es almacenar energía y estabilizar las variaciones de voltaje debidas a los cambios en las condiciones de luz;
- Un controlador de carga de batería que evita la sobrecarga o la descarga prematura de la batería.
Todo esto se denomina sistema de alimentación autónoma basado en paneles solares.
¿Cómo funcionan los paneles solares? ¿Cuál es el principio de una fuente de energía alternativa?
En primer lugar, las células fotovoltaicas son obleas de silicio. El silicio, por otro lado, es similar al silicio puro en su composición química. Este matiz ha permitido reducir el coste de una célula solar y producirla en serie.
Es fundamental que el silicio esté cristalizado, ya que es un semiconductor. Los monocristales son mucho más fáciles de fabricar, pero carecen de muchas facetas, lo que impide que los electrones se muevan en línea recta.
Es importante saber que la adición de fósforo o arsénico aumenta la conductividad eléctrica. Una de las propiedades importantes del silicio es su invisibilidad a la radiación infrarroja. Gracias a este elemento, los bloques convertidores solo absorben las partes útiles del espectro solar.
Secuencia de funcionamiento de un panel solar. Cómo funcionan los paneles solares:
- La energía del sol incide sobre las placas.
- Las placas se calientan y liberan electrones.
- Los electrones se desplazan activamente a lo largo de los conductores.
- Los conductores cargan las baterías.
El diseño y el principio de funcionamiento de una fuente de alimentación son sencillos.
Consta de solo dos partes: el cuerpo principal y las unidades convertidoras. En la mayoría de los casos, la carcasa es de plástico y tiene el aspecto de una placa común a la que se fijan las unidades convertidoras.
El bloque transductor es una oblea de silicio. Puede fabricarse de dos maneras: policristalina o monocristalina. El método policristalino es el menos costoso y el monocristalino se considera el más eficiente. Todos los demás componentes adicionales (por ejemplo, controladores e inversores) y microcircuitos se añaden únicamente para aumentar el rendimiento y la funcionalidad de la fuente de energía. Sin ellos, el panel solar también podría funcionar.
Existen dos tipos de conexión: en serie y en paralelo. La única diferencia es que la conexión en paralelo aumenta la corriente y la conexión en serie aumenta la tensión. Si se necesita maximizar el funcionamiento de dos parámetros a la vez, se utiliza la conexión en paralelo-serie.
Sin embargo, conviene tener en cuenta que las cargas elevadas pueden provocar que algunos contactos se quemen. Para evitarlo, se utilizan diodos. Un diodo es capaz de proteger una cuarta parte de la fotocélula. Si no están presentes en el dispositivo, es muy probable que toda la fuente de energía deje de funcionar tras la primera lluvia o huracán.
Como cualquier dispositivo técnico, un panel solar tiene sus propias especificaciones técnicas y de rendimiento, que varían entre modelos y fabricantes, aunque con una discrepancia bastante pequeña. Para una superficie de panel solar de aproximadamente 0,2 m², la potencia de salida del módulo es de aproximadamente 10 W. La tensión a carga máxima es de aproximadamente 25 V. La corriente de cortocircuito es de aproximadamente 500 µA. El módulo pesa aproximadamente 2 kg. La eficiencia típica de un panel solar es del 14 al 18 %. La vida útil de un panel de este tipo es de al menos 25 años.