Menu

Panells d'energia
solar fotovoltaica

Cèl·lula fotoléctrica

Cèl·lula fotoléctrica

En electrònica, una cèl·lula fotoelèctrica o una cèl·lula fotovoltaica és un dispositiu elèctric / electrònic que converteix l'energia incident de la radiació solar en electricitat mitjançant l'efecte fotovoltaic.

Els compostos d'un material que presenta efecte fotoelèctric absorbeixen fotons de la llum i emeten electrons. Quan aquests electrons lliures són capturats, el resultat és un corrent elèctric que pot ser utilitzada com electricitat. Un panell fotovoltaic es compon d'un grup de cèl·lules fotoelèctriques formant. Aquest grup de cèl·lules fotovoltaiques formen una xarxa de cèl·lules solars connectades en circuit en sèrie per augmentar la tensió de sortida alhora que es connecten diverses xarxes en circuit en paral·lel per augmentar el corrent elèctric que és capaç de proporcionar el dispositiu. El tipus de corrent elèctric que proporciona és corrent continu.

L'eficiència de conversió mitjana obtinguda per les cèl·lules fotovoltaiques disponibles comercialment produïdes a partir de silici monocristal·lí és inferior a la de les cèl·lules multicapa, normalment de arsenur de gal·li. Actualment hi ha també noves tecnologies en la producció dels panells solars que no utilitzen el silici.

Descripció de la cèl·lula fotovoltaica

La cèl·lula solar fotovoltaica més habitual és una làmina de silici cristal·lí d'un gruix aproximat de 0,3 mm. El procés d'elaboració és d'un nivell sofisticat i delicat per poder aconseguir una homogeneïtat del material.

El camp elèctric es genera a partir de la diferent polarització de dues zones de la cèl·lula fotovoltaica. Generalment, la part superior té un caràcter negatiu i la resta positiu per crear la unió pn.

S'aconsegueix, així, que una de les seves zones tingui:

  • Defecte d'electrons, anomenada zona po positiva, o ànode o receptor. Generalment, s'aconsegueix afegint al silici pur una petita part de bor que només té 3 electrons de valència.
  • Excés d'electrons, anomenada no negativa, o càtode o emissor. Generalment formada per la difusió de fòsfor que té 5 electrons en l'última òrbita.

A causa d'aquesta diferència de càrrega elèctrica en el material, es produeix el camp elèctric encarregat d'empènyer els electrons a sortir de la cèl·lula per la superfície de la capa N, el que implica l'establiment d'un corrent elèctric.

La cèl·lula solar està dotada d'uns contactes elèctrics per poder canalitzar l'energia que produeix quan se la il·lumina. Aquests contactes estan dissenyats de forma ramificada (a la cara assolellada). Hi ha dos de principals i, a més, hi ha les ramificacions que els uneixen per recaptar millor els electrons en tota la superfície de la cèl·lula. L'objectiu és combinar alhora un bon contacte elèctric, de baixa resistivitat i fer la mínima ombra perquè els fotons arribin al material actiu de la cèl·lula.

A la cara posterior, els contactes solen formar una trama atapeïda o, fins i tot, una làmina contínua que permet la reducció del valor de la resistència interna.

Eficiència de les cèl·lules fotovoltaiques

L'eficiència de conversió mitjana obtinguda per les cèl·lules disponibles comercialment produïdes a partir de silici monocristal·lí és inferior a l'eficiència de les cèl·lules multicapa, normalment de arsenur de Gali.

Panell fotovoltaic

Les cèl·lules fotovoltaiques són els components bàsics dels mòduls fotovoltaics, que són els panells solars capaços de generar energia elèctrica a partir de la radiació solar. És, per tant, l'element bàsic essencial per a aquest tipus d'energia renovable.

Un panell solar fotovoltaic consisteix en una xarxa de cèl·lules solars connectades en circuit en sèrie per augmentar la tensió de sortida. Alhora, es connecten diverses xarxes en circuit en paral·lel per augmentar el corrent elèctric que és capaç de proporcionar el dispositiu.

El tipus de corrent elèctric que proporciona un panell fotovoltaic és corrent continu.

Principi de funcionament de la cèl·lula fotovoltaica

Quan una cèl·lula solar fotovoltaica es connecta a una càrrega o consum i, al mateix temps, es il·luminada pel Sol, genera una diferència de potencial entre els contactes que provoca la circulació dels electrons a través de la càrrega.

En aquestes condicions, la cèl·lula funciona com un generador de corrent. A continuació, descriurem amb una mica més de detall els diferents processos que el fan possible:

  • Els fotons que arriben al interior de la cèl·lula i que posseeixen una energia cinètica igual o superior a l'energia de valència impacten en el material i generen parells de portadors (electro-forat).
  • El camp elèctric, o diferència de potencial, produït per la unió pn separa els portadors abans que es puguin donar recombinacions.

Podem dir que el corrent generat per una cèl·lula solar fotovoltaica il·luminada i connectada a una càrrega és la resta entre la seva capacitat de producció bruta i les pèrdues per recombinació entre electrons i fotons.

Aplicacions de la cèl·lula fotoelèctrica

Les cèl·lules fotovoltaiques s'utilitzen de vegades soles (il·luminació de jardí, calculadores, ...) o agrupades en panells solars fotovoltaics. D'aquesta manera es genera electricitat a través d'aquesta font d'energia renovable.

Les cèl·lules fotoelèctriques també s'utilitzen per reemplaçar les bateries (l'energia és amb molt la més cara per a l'usuari). Les cèl·lules han envaït les calculadores, rellotges, aparells, que poden funcionar amb energia solar.

És possible augmentar el seu rang d'utilització emmagatzemant mitjançant un (condensador o bateria elèctrica). Quan s'utilitza amb un dispositiu per emmagatzemar energia, cal col·locar un díode en sèrie per evitar la descàrrega del sistema durant la nit.

S'utilitzen per produir electricitat per a moltes aplicacions (satèl·lits, parquímetres, ...), i per a l'alimentació de les llars o en una xarxa pública en el cas d'una central solar fotovoltaica.

valoración: 3 - votos 8

Última revisió: 5 de novembre de 2019