Como se construyen los paneles solares

Siempre me he preguntado como se fabrican los paneles solares y de que compuestos están hechos, así que en esta entrada quiero dar a conocer, con la ayuda de algunos videos, las técnicas que se utilizan para ello, seguramente a lo largo del tiempo vuelva a hacer hincapié en este tema y continúe aportando mas datos sobre este tema, la fabricación de paneles solares.

No soy un experto en energías renovables, pero llevo años admirando este campo y me apasiona la idea de que el ser humano pueda aprovechar de mejor forma, los recursos que el planeta le entrega. Así que sin más preámbulos aquí va algo que espero os interese a tod@s.

Un panel solar es un módulo que aprovecha la energía de la radiación solar. El término comprende a los colectores solares utilizados para producir agua caliente (usualmente doméstica) y a los paneles fotovoltaicos utilizados para generar electricidad.

        

El silicio es actualmente el material más comúnmente usado para la fabricación de células fotovoltaicas. Se obtiene por reducción de la sílice, compuesto más abundante en la corteza de la Tierra, en particular en la arena o el cuarzo.

El primer paso es la producción de silicio metalúrgico, puro al 98%, obtenido de pedazos de piedras de cuarzo provenientes de un filón mineral (la técnica de producción industrial no parte de la arena).

El silicio se purifica mediante procedimientos químicos (Lavado + Decapado) empleando con frecuencia destilaciones de compuestos clorados de Silicio, hasta que la concentración de impurezas es inferior al 0.2 partes por millón. Así se obtiene el Silicio grado semiconductor con un grado de pureza superior al requerido para la generación de Energía Solar Fotovoltaica. Este ha constituido la base del abastecimiento de materia prima para aplicaciones solares hasta la fecha, representando en la actualidad casi las tres cuartas partes del aprovisionamiento de las industrias.

Sin embargo, para usos específicamente solares, son suficientes (dependiendo del tipo de impureza y de la técnica de cristalización), concentraciones de impurezas del orden de una parte por millón. Al material de esta concentración se le suele denominar Silicio de grado solar.

Con el silicio fundido, se realiza un proceso de crecimiento cristalino que consiste en formar capas mono moleculares alrededor de un germen de cristalización o de un cristalito inicial. Nuevas moléculas se adhieren preferentemente en la cara donde su adhesión libera más energía. Las diferencias energéticas suelen ser pequeñas y pueden ser modificadas por la presencia de dichas impurezas o cambiando las condiciones de cristalización.

  

 En una lámina de material semiconductor puro se introducen elementos químicos llamados dopantes que hacen que esta tenga un exceso de electrones y aunque no exista en realidad desequilibrio eléctrico (existirá el mismo numero de electrones que de neutrones en el total de la plancha del semiconductor ) convencionalmente se entiende que esta plancha tiene una carga negativa y se la denomina N

 

Por otro lado en otra lámina de material semiconductor se hace el mismo proceso pero en esta ocasión con otra sustancia dopante que provoca que haya una falta de electrones. Por esta razón se entiende convencionalmente que la plancha tiene una carga positiva y se le denomina P

Es en este punto donde se procede a realizar la unión P-N en la cual el exceso de electrones de N pasa al otro cristal y ocupa los espacios libres en P. Con este proceso la zona inmediata a la unión queda cargada positivamente en N y negativamente en P creándose un campo eléctrico cuya barrera de potencial impide que continúe el proceso de trasvase de electrones de una plancha a la otra. 

Cuando el conjunto queda expuesto a la radiación solar, los fotones contenidos en la luz transmiten su energía a los electrones de los materiales semiconductores que pueden entonces romper la barrera de potencial de la unión P-N y salir del semiconductor a través de un circuito exterior, produciéndose así corriente eléctrica.

El modulo más pequeño de material semiconductor con unión P-N y por lo tanto con capacidad de producir electricidad, es denominado célula fotovoltaica. Estas células fotovoltaicas se combinan de determinadas maneras para lograr la potencia y el voltaje deseados. Este conjunto de células sobre el soporte adecuado y con los recubrimientos que le protejan convenientemente de agentes atmosféricos es lo que se denomina panel fotovoltaico.

                                                     

 Making solar panels is a delicate process, and it is for this reason that major solar advances did not come into play until the lattermost quarter of the last century, when advances in semiconductors and photovoltaic design allowed increasingly efficient and affordable solar cells to be developed. 

The creation of solar panels typically involves cutting crystalline silicon into tiny disks less than a centimeter thick. These thin, wafer-like disks are then carefully polished and treated to repair and gloss any damage from the slicing process. After polishing, dopants (materials added to alter an electrical charge in a semiconductor or photovoltaic solar cell) and metal conductors are spread across each disk. The conductors are aligned in a thin, grid-like matrix on the top of the solar panel, and are spread in a flat, thin sheet on the side facing the earth.  

There are two main types of panels, the first are crystalline solar panels. Here silicon- the main component in all solar panels- is sliced into thin wafers and polished to remove imperfections. A layer of phosphorous is then used to coat the wafer and are then heated. The phosphorous is diffused into the silicone and then the wafer is covered with a thin conductive grid. To complete the panel the wafers are then bonded with a thin layer of protective glass and sealed to its supports by using thermally conductive cement. The entire process involves the heavy use of precision automated tools and vacuums to ensure the wafers are to exact specifications and without flaws that would inhibit their ability to generate electricity. 

But unfortunately crystalline panels are known for the stiff inflexibility and fragility. This is where the second type of panel make their mark. Amorphous solar panels differ greatly in construction from crystalline panels. By being manufactured using vaporized silicon, which is diffused into extremely thin layers, these panels become flexible, and much less fragile than their crystalline counterparts. These layers specialize in absorbing different parts of the light spectrum giving these panels the power to absorb greater amounts of energy from the same amount of light. 

Because these layers are also thinner than those used in crystalline cells, they can cut the cost of production in half.  Some units also come with multiple circuits, meaning if part of the unit is in the shade it will not cease output completely, as crystalline are sometimes known to do.

While solar panels, especially with the advent of the amorphous panel, are a great way to reduce the dependency on fossil fuels, their production is very sensitive and complicated. In order to create the cells properly precision tools and equipment must be used, as well as vacuums and non-disintegrating materials. But the advent of amorphous bodes well for the sustainable future of these high-tech devices.

         

                      

Ein Solarmodul oder Photovoltaikmodul wandelt das Licht der Sonne direkt in elektrische Energie um. Das Modul besteht aus Solarzellen, die in serie oder parallel geschaltet sind. Solarmodule sind als flexible und starre Ausführung verfügbar. Starre Solarmodule bestehen üblicherweise aus siliziumbasierten Solarzellen, die auf einen Aluminiumrahmen montiert und von einer Glasplatte abgedeckt sind. Die Solarzellen werden hier mechanisch durch das Modul vor Umwelteinflüssen geschützt, z. B. Hagel, TCO-Korrosion. Flexible Solarmodule basieren auf organischen Werkstoffen und werden vorzugsweise im mobilen Bereich eingesetzt.