Cuaderno de aplicaciones técnicas n.° 10 Plantas fotovoltaicas

116 Pages·2011·6.32 MB·Spanish

Cuaderno de aplicaciones técnicas n.° 10
Plantas fotovoltaicas

CC
Cuadernos de aplicaciones técnicas
Plantas.fotovoltaicas
Índice
Introducción 3 Métodos de instalación
..........................................................4
y configuraciones
PARTE I .............................26
1 Consideraciones generales 3
....5 .1.Integración.arquitectónica......................................26
1.1.Principio.de.funcionamiento....................................5 3.2.Disposición.del.campo.solar.................................27
3.2.1.Planta.con.un.solo.inversor.....................................27
1
.2.Energía.solar..................................................................5 3.2.2.Planta.con.un.inversor.por.cadena.........................27
1.3.Componentes.principales.de.una.planta 3.2.3.Planta.con.varios.inversores...................................27
fotovoltaica......................................................................8 3
.3.Selección.y.conexión.del.inversor.......................28
1.3.1.Generador.fotovoltaico..............................................8
1.3.2.Inversor....................................................................11 3.4.Elección.de.los.cables..............................................32
1 3.4.1.Tipos.de.cables.......................................................32
.4.Tipologías.de.paneles.fotovoltaicos...................12
3.4.2.Sección.transversal.y.capacidad.de.transporte.
1.4.1.Paneles.de.silicio.cristalino.....................................12
. . de.corriente...................................................................32
1.4.2.Paneles.de.capa.fina...............................................13
1
.5.Tipologías.de.plantas.fotovoltaicas.....................15
1.5.1.Plantas.aisladas.......................................................15
1.5.2.Plantas.conectadas.a.la.red....................................16
PARTE II
1
.6.Intermitencia.en.la.generación.y.el.
4 Conexión a la red y
almacenamiento.de.la.energía.producida.........17
medición de la energía
..............34
2 Producción energética
.............18
Marco italiano
2 4
.1.Circuito.equivalente.de.la.célula.FV....................18 .1.Generalidades.............................................................34
2.2.Curva.tensión-intensidad.del.módulo....................18 4.2.En.paralelo.con.la.red.de.BT..................................35
2
.3.Esquema.de.conexión.a.la.red..............................19 4.3.En.paralelo.con.la.red.de.MT.................................37
2
.4.Potencia.nominal.pico..............................................20 4
.4.Medición.de.la.energía.producida.e.
2.5.Producción.anual.esperada...................................20 intercambiada.con.la.red.........................................39
2 Marco español
.6.Inclinación.y.orientación.de.los.paneles............22
4
2 .5.Generalidades.............................................................40
.7.Tensiones.e.intensidades.en.una.planta.FV.....24
4
2.8.Variación.en.la.energía.producida........................24 .6.En.paralelo.con.la.red.de.BT..................................41
2.8.1.Irradiancia................................................................24 4.6.1.Cuadro.de.salida.....................................................41
2.8.2.Temperaturas.de.los.módulos.................................25 4.6.2.Caja.general.de.protección.....................................41
2.8.3.Sombreado..............................................................25 4.6.3.Módulo.de.salida.(Medición.de.energía).................42
Continúa
ABB Cuaderno técnico | Plantas fotovoltaicas 1
CC
Cuadernos de aplicaciones técnicas
Plantas.fotovoltaicas
Índice
5 Puesta a tierra y protección
7.1.2.Indicadores.económicos.........................................53
frente a contactos 7.1.2.1.Tasa.interna.de.rentabilidad.(TIR)...............53
indirectos 7.1.2.2.Recuperación.descontada.........................53
.........................................................43
7.1.2.3.Recuperación.simple..................................53
5
.1.Puesta.a.tierra.............................................................43
7
.2.Consideraciones.económicas.acerca.
5
.2.Plantas.con.transformador.....................................43 de.las.instalaciones.FV.................................................54
5.2.1.Masas.aguas.arriba.del.transformador...................43
7
5.2.1.1.Planta.con.sistema.IT.................................43 .3.Ejemplos.de.análisis.de.la.inversión...................54
5.2.1.2.Planta.con.sistema.TN...............................43 7.3.1.Planta.fotovoltaica.3 kWp.autofinanciada...............54
5.2.2.Masas.aguas.abajo.del.transformador....................44 7.3.2.Planta.fotovoltaica.3 kWp.financiada......................56
7.3.3.Planta.fotovoltaica.60 kWp.autofinanciada.............57
5
.3.Plantas.sin.transformador.......................................45
7.3.4.Planta.fotovoltaica.60 kWp.financiada....................58
6 Protección contra sobrecargas
y sobretensiones
....................................46 PARTE III
6 8 Soluciones ABB para
.1.Protección.contra.sobrecargas.en.el.lado.CC....46
6.1.1.Protección.de.los.cables.........................................46 aplicaciones fotovoltaicas.....59
6.1.2.Protección.de.la.cadena.contra.corrientes.inversas...47
8
6.1.3.Comportamiento.del.inversor..................................47 .1.Interruptores.automáticos.en.caja.moldeada.
6.1.4.Elección.de.los.dispositivos.de.protección.............47 y.de.bastidor.abierto...................................................59
8.1.1. Interruptores.automáticos.en.caja.moldeada.Tmax.T.
6.2.Protección.contra.sobrecargas.en.el.lado.CA....48 . . para.aplicaciones.en.corriente.alterna....................59
8.1.2. Nueva.gama.de.interruptores.automáticos.en.caja
6.3.Elección.de.los.dispositivos.de. . . moldeada.Tmax.XT.................................................60
maniobra.y.desconexión.................................................49 8.1.3. Interruptores.automáticos.en.caja.moldeada.para.
. . aplicaciones.hasta1150.V.CA..................................61
6
.4.Protección.contra.sobretensiones.......................49 8.1.4. Interruptores.seccionadores.en.caja.moldeada
6.4.1.Descarga.directa.de.rayo........................................49 . . Tipo.Tmax.T.y.Tmax.XT.........................................64
8.1.5. Interruptores.automáticos.de.bastidor.abierto.
6.4.1.1.Edificio.sin.SPR..........................................49
. . para.aplicaciones.en.corriente.alterna...................65
6.4.1.2.Edificio.con.SPR.........................................49
8.1.6. Interruptores.automáticos.de.bastidor.abierto
6.4.1.3.Planta.FV.sobre.el.suelo.............................50 . . para.aplicaciones.hasta.1150.V.CA.........................66
6.4.2.Descarga.indirecta.de.rayo......................................50 8.1.7. Interruptores.seccionadores.de.bastidor.abierto.....67
6.4.2.1.Protección.en.el.lado.CC............................51 8.1.8. Interruptores.seccionadores.de.bastidor.abierto
6.4.2.2.Protección.en.el.lado.CA............................51 . . para.aplicaciones.hasta.1150.V.CA........................68
8.1.9. Interruptores.automáticos.en.caja.moldeada.Tmax
. . para.aplicaciones.en.corriente.continua................69
7 Análisis económico
8.1.10.Interruptores.automáticos.en.caja.moldeada
. . Tmax.XT.para.aplicaciones.en.corriente.continua....70
de la inversión
.........................................53 8.1.11.Interruptores.automáticos.en.caja.moldeada.para.
. . aplicaciones.hasta.1000.V.CC...............................70
7
.1.Apuntes.teóricos........................................................53
8.1.12.Interruptores.seccionadores.en.caja.moldeada.para.
7.1.1.Valor.actual.neto.(VAN)............................................53 . . aplicaciones.de.corriente.continua.Tmax.PV.........71
2 Plantas fotovoltaicas | ABB Cuaderno técnico
8
8.1.13.Interruptores.automáticos.de.bastidor.abierto .16.Motores........................................................................90
. . . Emax.DC.para.aplicaciones.de.corriente.
8
. . . continua.................................................................72 .17.Convertidores.de.frecuencia................................91
8.1.14.Interruptores.seccionadores.de.bastidor.abierto
8
. . Emax.DC.para.aplicaciones.hasta.1000.V.CC.......76 .18.Plataformas.PLC......................................................91
8 8
.2. Relés.con.protección.diferencial.tipo.B...........77 .19.Cuadros.de.distribución.secundarios..............91
8.2.1.Relés.con.protección.diferencial.RC223.y.RC.tipo.B....77
8.2.2.Dispositivos.con.protección.diferencial.para.CA......78 Anexo.A.–.Nuevas.tecnologías.de.los.paneles
8.3. Contactores................................................................78 A.1.Tecnologías.emergentes............................................93
A.2.Tecnología.fotovoltaica.de.concentración............94
8
.4. Interruptores.seccionadores.de.corte.
A.3.Tecnología.fotovoltaica.con.paneles.cilíndricos......95
en.carga.......................................................................79
8
.5. Interruptores.automáticos.
Anexo.B.–.Otras.fuentes.de.energía.renovables
magnetotérmicos.modulares...............................81
B.1..Introducción.................................................................96
8
.6. Protectores.contra.sobretensiones...................82 B.2..Energía.eólica..............................................................96
8 B.3..Biomasa........................................................................96
.7. Bases.portafusibles.................................................83
B.4..Energía.geotérmica....................................................97
8
.8. Fusibles.cilíndricos..................................................84
B.5..Energía.mareomotriz.y.undimotriz.........................97
8.9. Monitores.de.aislamiento......................................84 B.6..Energía.minihidroeléctrica........................................98
8 B.7..Energía.termosolar.....................................................98
.10.Contadores.para.CA...............................................85
B.8..Energía.solar.termoeléctrica.................................100
8
.11.Cuadros.de.distribución........................................86 B.9..Sistemas.híbridos....................................................102
8
.12.Cajas.aislantes.para.montaje.en.pared...........87
Anexo.C.–.Ejemplos.de.dimensionamiento..
8.13.Cajas.de.concentración........................................87 de.plantas.fotovoltaicas
C.1.Introducción................................................................103
8
.14.Inversores...................................................................88
C.2.Planta.FV.de.3 kWp..................................................103
8
.15.Bloques.de.terminales...........................................90 C.3.Planta.FV.de.60 kWp...............................................106
ABB Cuaderno técnico | Plantas fotovoltaicas 3
CC
Cuadernos de aplicaciones técnicas
Introducción
En.el.presente.contexto.energético.y.medioambiental. Este.cuaderno.técnico.tiene.el.objeto.de.analizar.los.
1 mundial,.reducir.las.emisiones.de.gases.de.efecto.inver- problemas.y.conceptos.básicos.que.se.plantean.a.la.
C nadero.y.sustancias.contaminantes.mas.allá.incluso.del. hora.de.construir.una.planta.fotovoltaica;.partiendo.de.
o protocolo.de.Kioto.se.ha.convertido.en.un.objetivo.de. una.descripción.general.sobre.las.modalidades.de.ex-
n
s primer.orden..La.explotación.de.fuentes.de.energía.al- plotación.de.energía.solar.mediante.plantas.FV,.facilita.
i
d ternativas.y.renovables.usadas.conjuntamente.y.la.menor. una.descripción.de.los.métodos.de.conexión.a.la.red,.
e
r dependencia.de.unos.combustibles.fósiles.condenados. de.protección.contra.sobrecargas,.sobretensiones.y.
a
c a.agotarse.forman.parte.de.la.solución.. contactos.indirectos,.y.sirve.de.guía.para.la.selección.
i
o El.Sol.es.sin.duda.una.fuente.de.energía.renovable.con. adecuada.de.los.dispositivos.de.funcionamiento.y.pro-
n
e un.enorme.potencial.y.que.es.posible.utilizar.con.el. tección.para.los.distintos.componentes.de.las.centrales..
s
máximo.respeto.al.medio.ambiente..Basta.con.pensar. Este.cuaderno.técnico.se.divide.en.tres.partes:.la.prime-
g
e que.a.cada.instante.la.superficie.del.hemisferio.terrestre. ra,.que.es.la.más.general.e.incluye.los.tres.primeros.
n
e expuesto.al.Sol.recibe.una.potencia.de.más.de.50 000. capítulos,.describe.el.principio.de.funcionamiento.de.las.
r
a TW,.es.decir,.la.cantidad.de.energía.solar.que.llega.a.la. plantas.FV,.su.tipología,.sus.componentes.principales,.
l
e corteza.terrestre.viene.a.ser.10 000.veces.mayor.que.la. los.métodos.de.instalación.y.las.diferentes.configuracio-
s
energía.utilizada.en.todo.el.mundo.. nes..Además,.proporciona.un.análisis.de.la.producción..
Entre.los.diferentes.sistemas.que.utilizan.fuentes.de.. energética.en.una.planta.e.ilustra.cómo.esta.producción.
energía.renovables,.los.basados.en.tecnología.fotovol- varía.en.función.de.cantidades.específicas..La.segunda.
taica.son.muy.prometedores.gracias.a.sus.cualidades. parte.(que.comprende.los.capítulos.cuatro.a.siete).trata.
intrínsecas:.tienen.unos.costes.de.funcionamiento.muy. de.los.métodos.de.conexión.a.la.red,.con.los.sistemas.
reducidos.(el."combustible".es.gratis).y.unas.necesidades. de.protección,.y.un.análisis.económico.simplificado.de.
de.mantenimiento.limitadas,.son.fiables,.no.producen. la.inversión.necesaria.para.la.instalación.de.una.planta.
ruido.y.son.fáciles.de.instalar..Además,.la.energía.foto- FV..Finalmente,.en.la.tercera.parte.(compuesta.por.el.
voltaica.en.algunas.aplicaciones.aisladas.es.definitiva- capítulo.8).se.describen.las.soluciones.ofrecidas.por.ABB.
mente.mejor.que.otras.fuentes.energéticas,.sobre.todo. para.aplicaciones.fotovoltaicas..
allí.donde.la.instalación.de.líneas.eléctricas.tradicionales. Este.cuaderno.técnico.se.completa.con.tres.anexos.que.
resulta.difícil.y.costosa.. contienen:
A.nivel.mundial,.la.energía.fotovoltaica.está.aumentando. •.una.descripción.de.las.nuevas.tecnologías.para.la.
enormemente.gracias.a.la.política.de.tarifas.reguladas,. ejecución.de.paneles.solares.y.para.la.concentración.
un.mecanismo.para.financiar.el.sector.FV.que.subven- solar.como.método.para.aumentar.la.radiación.solar.
ciona,.por.medio.de.incentivos.concedidos.por.los.go- sobre.los.paneles;.
biernos,.la.energía.eléctrica.producida.por.plantas.co- •.una.descripción.del.resto.de.fuentes.de.energía.reno-
nectadas.a.la.red.. vables.y.un.ejemplo.del.dimensionamiento.de.una.
planta.FV.de.3 kWp.para.una.vivienda.aislada.y.de.una.
planta.de.60 kWp.para.una.industria.artesanal.
4 Plantas fotovoltaicas | ABB Cuaderno técnico
PARTE I
1 Consideraciones generales
1.1.Principio.de.funcionamiento 1.2.Energía.solar
1

C
Una.planta.fotovoltaica.(FV).transforma.directa.e.. En.el.núcleo.del.Sol.se.producen.constantemente.reac-
o
instantáneamente.la.energía.solar.en.energía.eléctrica. ciones.de.fusión.a.temperaturas.de.millones.de.grados. n
s
sin.utilizar.combustibles..De.hecho,.la.tecnología.foto- que.liberan.enormes.cantidades.de.energía.en.forma.de. i
d
voltaica.(FV).se.aprovecha.del.efecto.fotoeléctrico,.a. radiación.electromagnética..Parte.de.esta.energía.llega.a. e
r
través.del.cual.algunos.semiconductores."dopados". la.capa.exterior.de.la.atmósfera.terrestre.con.una.irradian- a
c
generan.electricidad.al.ser.expuestos.a.la.radiación. cia.promedio.(constante.solar).alrededor.de.1367.W/m2.±. i
o
solar. 3%,.un.valor.que.varía.en.función.de.la.distancia.entre.la. n
e
Tierra.y.el.Sol.(figura.1.1)1.y.de.la.actividad.solar.(manchas. s

Las.principales.ventajas.de.las.plantas.fotovoltaicas.(FV). solares).. g
e
son,.en.resumen:. Figura 1.1 - Radiación extraatmosférica n
•.generación.distribuida.donde.sea.necesario; W/m2 e
r
•.no.se.emiten.materiales.contaminantes; 1400 a
l
e
•.ahorro.de.combustibles.fósiles; s
1380
•.fiabilidad.de.las.plantas,.ya.que.carecen.de.partes.
móviles.(la.vida.útil.suele.superar.los.20.años); 1360
•.costes.de.mantenimiento.y.funcionamiento.reducidos;.
•.modularidad.del.sistema.(para.aumentar.la.potencia. 1340
de.la.planta.basta.con.aumentar.el.número.de.paneles).
1320
conforme.a.la.demanda.real.de.los.usuarios.
Sin.embargo,.el.coste.inicial.de.desarrollo.de.una.planta.FV. 1300
E F M A M J J A S O N D
es.bastante.elevado,.debido.a.un.mercado.que.todavía.no.
Mes
ha.alcanzado.su.madurez.plena.desde.un.punto.de.vista.
La.irradiancia solar.es.la.intensidad.de.la.radiación.
técnico.y.económico..Además.la.generación.de.energía.es.
electromagnética.solar.incidente.en.una.superficie.de.1.
errática.a.causa.de.la.variabilidad.de.la.fuente.de.energía.
metro.cuadrado.[kW/m2]..Esta.intensidad.es.igual.a.la.
solar..
integral.de.la.potencia.asociada.a.cada.valor.de.la.fre-
cuencia.del.espectro.de.radiación.solar..
La.electricidad.anual.generada.por.una.planta.FV.depen-
Al.atravesar.la.atmósfera,.la.intensidad.de.la.radiación.
de.de.distintos.factores..Entre.ellos:
solar.decae.porque.es.parcialmente.reflejada.y.absorbi-
•.radiación.solar.incidente.en.el.lugar.de.instalación;
da.(sobre.todo.por.el.vapor.de.agua.y.el.resto.de.gases.
•.inclinación.y.orientación.de.los.paneles;
atmosféricos)..La.radiación.que.logra.atravesarla.queda.
•.presencia.o.no.de.sombras;
parcialmente.difusa.por.el.aire.y.las.partículas.sólidas.en.él.
•.rendimientos.técnicos.de.los.componentes.de.la.plan-
suspendidas.(figura.1.2).
ta.(principalmente.módulos.e.inversores).
Figura 1.2 - Flujo energético entre el Sol, la atmósfera y el suelo
Las.aplicaciones.principales.de.las.plantas.FV.son:
. 1..instalaciones.(con.sistemas.de.almacenamiento). 25% reflejado
por la atmósfera
para.usuarios.aislados.de.la.red;
. 2..instalaciones.para.usuarios.conectados.a.la.red.de.BT;
. 3..plantas.de.energía.solar.fotovoltaica,.normalmente.
18% difuminado
conectadas.a.la.red.de.MT. por la atmósfera
5% reflejado
por el suelo
Una.planta.FV.está.compuesta.esencialmente.por.un. 5% absorbido
por la atmósfera
generador.(paneles.FV),.un.bastidor.de.soporte.para.
montar.los.paneles.sobre.el.terreno,.un.edificio.o.la.es-
tructura.de.un.edificio;.por.un.sistema.de.control.y.
acondicionamiento.energético,.por.un.posible.sistema.
de.almacenamiento.de.la.energía,.por.cuadros.y.apara-
menta.eléctricos.que.alojan.los.equipos.de.protección.y.
maniobra,.así.como.por.los.cables.de.conexión. 27% absorbido
por la superficie
1 Debido a su órbita elíptica, la Tierra se encuentra a su distancia mínima respecto al Sol
(perihelio) en diciembre y enero, y a su máxima distancia (afelio) en junio y julio.
ABB Cuaderno técnico | Plantas fotovoltaicas 5
CC
Cuadernos de aplicaciones técnicas
Irradiación solar.es.la.integral.de.la.irradiancia.solar.a.lo. La.radiación.reflejada.depende.de.la.capacidad.de.una.
1 largo.de.un.periodo.de.tiempo.determinado.[kWh/m2]..Por. superficie.para.reflejar.la.radiación.solar.y.se.mide.con.
C tanto,.la.radiación.que.incide.sobre.una.superficie.hori- el.coeficiente.de.albedo.calculado.para.cada.material.
o zontal.está.compuesta.por.radiación.directa,.relacionada. (figura.1.4).
n
s con.la.irradiancia.sobre.la.superficie,.por.radiación.difusa,.
i Figura 1.4 - Radiación reflejada
d que.llega.a.la.superficie.procedente.de.todo.el.firmamen-
e Tipo de superficie albedo
r to.y.no.de.una.parte.específica.del.mismo,.y.por.radiación.
a Caminos.de.tierra 0.04
c reflejada.en.determinadas.superficies.del.suelo.y.el.entor-
io no.próximo.(figura.1.3)..En.invierno.el.cielo.está.cubierto. Superficies.acuosas. 0.07
n
e y.la.componente.difusa.es.mayor.que.la.directa. Bosque.de.coníferas.en.invierno 0.07
s
Asfalto.desgastado 0.10
g Figura 1.3 - Componentes de la radiación solar
e Tejados.y.terrazas.alquitranados 0.13
n
e Tierra.(arcilla,.caliza) 0.14
r
a
l Hierba.seca 0.20
e
s Escombros 0.20

Hormigón.desgastado 0.22
constante solar
Reducción de la Bosque.en.otoño./.campos 0.26
radiación solar
Hierba.verde 0.26
Superficies.oscuras.de.edificios 0.27
Difusa Hojas.secas 0.30
Directa
Superficies.claras.de.edificios 0.60
Nieve 0.75
Reflejada
La.figura.1.5.muestra.el.atlas.mundial.de.irradiancia.
solar.promedio.en.un.plano.inclinado.30°.hacia.el.sur.
Figura 1.5 - Atlas solar
[kWh/m2/día]
1 kWh/m2 2 kWh/m2 3 kWh/m2 4 kWh/m2 5 kWh/m2 6 kWh/m2 7 kWh/m2
6 Plantas fotovoltaicas | ABB Cuaderno técnico
En.España,.la.irradiancia.anual.promedio.varía.entre.los. Por.tanto,.en.las.regiones.favorables,.es.posible.obte-
3,2.kWh/m2.diarios.de.algunas.zonas.de.Asturias.y.Can- ner.alrededor.de.1700-1800.kWh/m2.al.año..(Ver.figu-. 1
tabria,.a.los.5,2.kWh/m2.de.zonas.de.Murcia.y.Almeria.y. ra.1.6) C
los.7,1.kWh/m2.de.Tenerife.. o
n
s
i
d
e
r
Figura 1.6 - Irradiancia anual promedio en kWh/m2 a
c
i
o
n
e
s

g
e
n
e
r
a
l
e
s

ABB Cuaderno técnico | Plantas fotovoltaicas 7
CC
Cuadernos de aplicaciones técnicas
1.3.Componentes.principales.de.una.planta. En.el.área.de.contacto.entre.las.dos.capas.con.diferen-
1 fotovoltaica te.dopaje.(unión.P-N),.los.electrones.tienden.a.despla-
C zarse.desde.la.mitad.con.exceso.de.electrones.(N).hacia.
o la.mitad.con.déficit.de.electrones.(P),.generando.así.una.
n
1.3.1. Generador.fotovoltaico
s acumulación.de.carga.negativa.en.la.región.P..Para.los.
i
d El.componente.elemental.de.un.generador.FV.es.la.cé- huecos.de.electrones.ocurre.un.fenómeno.equivalente,.
e
r lula.fotovoltaica,.donde.se.lleva.a.cabo.la.conversión.de. con.acumulación.de.carga.positiva.en.la.región.N..De.
a
c la.radiación.solar.a.corriente.eléctrica..La.célula.esta. esta.forma.se.crea.un.campo.eléctrico.en.la.unión.que.
i
o compuesta.por.una.delgada.capa.de.material.semicon- se.opone.a.la.difusión.de.cargas.eléctricas..Al.aplicar.
n
e ductor,.normalmente.silicio.tratado,.con.un.grosor.de. una.tensión.desde.el.exterior,.la.unión.permite.el.flujo.de.
s
alrededor.de.0,3 mm.y.una.superficie.de.100.a.225 cm2.. corriente.únicamente.en.una.dirección.(funcionamiento.
g
e El.silicio,.con.cuatro.electrones.de.valencia.(tetravalente),. como.un.diodo)..
n
e se."dopa".con.átomos.trivalentes.(p. ej..boro.–.dopaje. Cuando.se.expone.la.célula.a.la.luz,.a.causa.del.efecto.
r
a Positivo).en.una.capa.y.cierto.número.de.átomos.pen- fotovoltaico2.se.crean.algunos.pares.electrón-hueco.
l
e tavalentes.(p. ej..fósforo.–.dopaje.Negativo).en.la.otra.. tanto.en.la.región.N.como.en.la.P..El.campo.eléctrico.
s
La.región.tipo.P.tiene.exceso.de.huecos,.mientras.que. interno.hace.que.el.exceso.de.electrones.(resultado.de.
la.de.tipo.N.tiene.exceso.de.electrones.(figura.1.7). la.absorción.de.fotones.por.parte.del.material).se.sepa-
re.de.los.huecos.y.los.impulsa.en.direcciones.opuestas..
Como.consecuencia,.una.vez.que.los.electrones.han.
superado.la.región.de.agotamiento.no.pueden.regresar.
ya.que.el.campo.evita.el.flujo.en.la.dirección.inversa..Al.
Figura 1.7 – La célula fotovoltaica

conectar.la.unión.a.un.conductor.externo.se.obtiene.un.
circuito.cerrado,.en.el.que.la.corriente.fluye.de.la.capa.
P,.con.un.potencial.mayor,.a.la.capa.N,.con.un.potencial.
menor,.siempre.que.la.célula.esté.iluminada.(figura.1.8).
Silicio dopado
Figura 1.8 – Funcionamiento de una célula fotovoltaica
Carga
Si Si Si
Electrón Radiación Corriente eléctrica
Hueco libre lumínica
B Si P
Átomo de Átomo de
BORO FÓSFORO Silicio tipo N
Unión P-N
Si Si Si Silicio tipo P
Flujo de
Fotones
electrones
Región de agotamiento Flujo de
Unión huecos
+5 +5 +5 +3 +3 +3
+5 +5 +5 +3 +3 +3 2 El efecto fotovoltaico tiene lugar cuando un electrón de la banda de valencia de un
material (normalmente un semiconductor) es liberado a la banda de conducción al absor-
+5 +5 +5 +3 +3 +3 ber un fotón con la suficiente energía (cuanto de radiación electromagnética) que incide
en el material. De hecho, tanto en los materiales semiconductores como en los aislantes
los electrones no pueden moverse libremente. Sin embargo, al comparar los materiales
+5 +5 +5 +3 +3 +3
semiconductores con los aislantes la banda prohibida de energía entre la banda de va-
lencia y la de conducción (característica de los materiales conductores) es pequeña, de
+5 +5 +5 +3 +3 +3 manera que los electrones pueden alcanzar la banda de conducción fácilmente cuando
captan energía del exterior. Esta energía puede ser suministrada por la radiación lumino-
+5 +5 +5 +3 +3 +3 sa, de ahí el efecto fotovoltaico.
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