Energía solar y fotovoltaica

La energía solar y fotovoltaica abarca la producción de productos y materiales a lo largo de la cadena de valor solar. Si bien existe cierta fabricación termo solar de concentración, la mayor parte de la fabricación solar está relacionada con sistemas fotovoltaicos (PV).

La energía solar y fotovoltaica se componen de módulos fotovoltaicos, bastidores, cableado, electrónica de potencia y dispositivos de monitoreo del sistema, todos los cuales son fabricados. A continuación te explicaremos cómo funciona la energía solar y fotovoltaica.

Energía solar fotovoltaico

Fotovoltaica de silicio

La mayoría de los módulos de energía solar y fotovoltaica disponibles comercialmente se basan en silicio cristalino como material absorbente. Estos módulos tienen varios pasos de fabricación que normalmente ocurren por separado unos de otros.

Producción de polisilicio

El polisilicio es un producto de silicio cristalino, de grano fino y alta pureza, normalmente en forma de varillas o perlas, según el método de producción. El polisilicio se fabrica comúnmente utilizando métodos que se basan en gases altamente reactivos, sintetizados principalmente con silicio de grado metalúrgico (obtenido a partir de arena de cuarzo), hidrógeno y cloro.

En un proceso, llamado proceso siemens, el gas compuesto de silicio-hidrógeno-cloro pasa sobre un filamento de silicio calentado, rompiendo los enlaces moleculares y depositando el átomo de silicio en el filamento, que finalmente se convierte en una gran barra de polisilicio en forma de U.

Los átomos de hidrógeno y cloro se reutilizan en un ciclo cerrado. Para evitar que el filamento contamine el poli de alta pureza, el filamento en sí también está hecho de silicio puro.

En otro método, pequeñas perlas de silicio se asientan en el fondo de un recipiente en forma de cono invertido donde se bombea un gas compuesto de silicio e hidrógeno, lo que hace que las pequeñas perlas floten cerca de la superficie.

Calentar el recipiente hace que se rompan los enlaces silicio-hidrógeno, lo que da como resultado que los átomos de silicio se depositen en las pequeñas perlas hasta que sean demasiado pesados ​​para flotar y caigan al fondo del recipiente donde se recolectan, listos para usar.

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Producción de lingotes y obleas

Para convertir el polisilicio en obleas, el polisilicio se coloca en un recipiente que se calienta hasta que el polisilicio forma una masa líquida. En un proceso, llamado proceso Czochralski, se cultiva un gran lingote cilíndrico de silicio monocristalino tocando una pequeña semilla cristalina con la superficie del líquido y tirando de ella lentamente hacia arriba.

En otro proceso, llamado solidificación direccional, la masa líquida se enfría lentamente hasta solidificarse de abajo hacia arriba, formando un lingote de silicio policristalino de grano grande.

Los lingotes de silicio se cortan en obleas muy finas con sierras de hilo recubiertas de diamante. El aserrín de silicio que se crea se llama corte. Aunque es menos común, la producción de obleas sin corte se puede lograr extrayendo capas enfriadas de un baño de silicio fundido.

Fabricación de celdas

Las obleas de silicio de la energía solar y fotovoltaica se fabrican luego en celdas fotovoltaicas. El primer paso es el texturizado químico de la superficie de la oblea, que elimina el daño de la sierra y aumenta la cantidad de luz que entra en la oblea cuando se expone a la luz solar.

Los procesos posteriores varían significativamente según la arquitectura del dispositivo. La mayoría de los tipos de celdas requieren que la oblea se exponga a un gas que contenga un dopante eléctricamente activo y recubra las superficies de la oblea con capas que mejoren el rendimiento de la celda.

Montaje del módulo

En una instalación de ensamblaje de módulos, las cintas de cobre enchapadas con soldadura conectan las barras colectoras plateadas en la superficie frontal de una celda con la superficie posterior de una celda adyacente en un proceso conocido como tabulación y encordado.

El conjunto de celdas interconectadas se dispone boca abajo sobre una hoja de vidrio cubierta con una hoja de polímero encapsulante. Se coloca una segunda hoja de encapsulante encima de las celdas boca abajo, seguida de una hoja posterior de polímero resistente u otra pieza de vidrio.

Toda la pila de materiales se lamina en un horno para impermeabilizar el módulo y luego se le coloca un marco de aluminio, un sellador de bordes y una caja de conexiones, en la que las cintas se conectan a diodos que evitan cualquier reflujo de electricidad.

Los cables eléctricos de la caja de conexiones transmiten la corriente producida por el módulo a un módulo adyacente o a la electrónica de potencia del sistema. Finalizando así el montaje del módulo.

Esperamos que hayas aclarado tus dudas sobre la energía solar y fotovoltaica.