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celdas fotovoltaicas (paneles solares

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on 30 October 2016

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Celdas fotovoltaicas (paneles solares)
Hipotesis y objetivos
Los paneles solares son la representación del avance tecnológico en pro del cuidado del medio ambiente, siendo que permite el desarrollo de electricidad de manera poco dañina con el planeta, esto gracias al efecto fotoeléctrico implementado en su funcionamiento, el cual fue desarrollado por la física moderna.
Tipos de paneles fotovoltaicos
monocristalinos
¿De qué está hecho?

Está hecho de materiales especiales denominados “semiconductores”. Son aquellos que a temperaturas muy bajas se comportan como aislantes, pero cuando la temperatura aumenta y supera cierto valor, se convierten en muy buenos conductores. Un ejemplo de ello es el silicio.
¿Cuánta energía absorbe?
La mayoría de ellas pueden absorber el 25% de energía,aunque lo más probable es que absorban 15% o menos,ya que la luz visible es sólo una parte del espectro electromagnético, y la radiación electromagnética no es monocromática. La luz puede separarse en diferentes longitudes de onda:

origen del efecto fotovoltaico y que es
-Inicialmente el efecto fotovoltaico fue descubierto por el físico francés Becquerel en 1938 pues fue uno de los primeros en experimentar con el cambio de energía solar a eléctrica.

-Sin embargo quien desarrolló la primera célula solar fue Charles Fritts, con el recubrimiento de una muestra de selenio semiconductor y un pan de oro formando así empalme.

-Una vez sale la teoría de Einstein con respecto al efecto fotoeléctrico, Russell Ohl patenta la célula solar moderna que permitirá convertir la luz solar en energía eléctrica formando así los paneles fotovoltaicos que son un conjunto de células fotovoltaicas que producen electricidad a partir de la luz incidente mediante el efecto fotoeléctrico.
¿que es el efecto fotoeléctrico?

Es el fenómeno donde las partículas de luz; consideradas como fotones, impactan con los electrones de un determinado metal arrancandolos de sus átomos. El movimiento de estos electrones liberados, dan origen a una corriente eléctrica que es aprovechada de manera ventajosa con los paneles solares
Silicio
: Este tiene propiedades químicas especiales, sobre todo en su forma cristalina, que es obtenida siendo que para completar la ley del octeto, este comparte cuatro electrones con su átomo vecino. El silicio puro no sirve como conductor, por lo que se le debe agregar impurezas (este proceso es llamado “Dopping”), usualmente se usan estructuras de silicio con fósforo para que al tener 5 electrones en su último nivel, deje uno no atado a la estructura; de manera que al aplicar energía en forma de calor, este electrón sea liberado con mayor facilidad que con la que lo haría con el silicio puro.
los doppings
*Dopping con fósforo = silicio tipo-N porque prevalecen los electrones libres.
*Dopping con boro = silicio tipo-P, en donde en lugar de tener electrones libres, tiene huecos libres (con carga positiva).
-Analizar el funcionamiento de las celdas fotovoltaicas o paneles solares, por medio de explicaciones de la física moderna.
-A partir de las celdas fotovoltaicas entender el uso del efecto fotoeléctrico en la cotidianidad.
-Examinar los beneficios que trae este desarrollo de la física moderna al medio ambiente.
-Identificar la estructura y funcionamiento detallado de los paneles solares

Existen tres tipos de paneles fotovoltaicos y estos dependen del tipo de célula que los forma.

Estas celdas se fabrican con bloques de silicio o ingots que se caracterizan por su forma cilíndrica. Estos cilindros se cortan para hacer láminas de silicio, dándoles la forma característica que se muestra en la imagen. Tienen celdas cuadradas y están redondeadas en los bordes. Sin embargo este tipo de panel es el más costoso, pues el silicio necesita de un mejor tratamiento.

Policristalinos
Son el producto de la fundición del silicio bruto adicionado a un molde cuadrado. Una vez queda frío, este se corta en pedazos rectangulares perfectos, como se muestra en la figura, a su vez estos producen más energía a temperaturas elevadas haciéndolo perfecto para generar energía en zonas grandes y calidad por su facilidad al momento de captar la luz
De capa fina
Es el más utilizado para uso doméstico, en este se emplean diferentes materiales encontrando paneles de capa fina de silicio amorfo, de cobre, de teluro de cadmio entre otros. Estos paneles fueron creados de manera que no se dependiera de el silicio únicamente para generar energía natural, de esta manera en caso de escasez no se detuviera esta industria.
-De la luz que golpea, no todos los fotones tienen suficiente energía para formar el par electrón-hueco, así como otros fotones tienen más de la energía necesaria.Para golpear un electrón libre, se requiere cierta energía medida en electrón-volt, a esto se le llama “energía de un material”.
-Por ejemplo, para el silicio cristalino se necesita 1.1 eV.Para el arseniuro de galio es 1.43 eV, y para el arseniuro de aluminio galio es 1.7 eV. La banda óptima de intervalo de energía es 1.4 eV para una celda con material simple.
-Reduce la cantidad de gases de efecto invernaderos que se emiten en la tierra, pues se estará reduciendo en la cantidad de combustibles fósiles que se usan en promedio, para así intercambiarlo por una manera más ecológica de transformar energía.

-Esta también puede significar una forma de consumo de energía sostenible, por su infinita renovabilidad, teniendo en cuenta que esta usa la luz solar como fuente de energía principal (y a menos de que el sol se apague esta continuaría en funcionamiento) haciendo de estos objetos una fuente efectiva de adquirir energía eléctrica

-Estos productos no requieren de mucho mantenimiento, en tanto que no tiene maquinaria en él, esto aparte de hacerlo un producto menos costoso, los hace un producto muy resistente que puede durar décadas sin que se averíe.
Beneficios ambientales
Cada célula fotovoltaica está compuesta de, al menos, dos delgadas láminas de silicio. Una dopada con elementos con menos electrones de valencia que el silicio, denominada P y otra con elementos con más electrones que los átomos de silicio, denominada N.
Como funciona
El sol se usa como la fuente de energía que liberan aquellos fotones que presentan energía adecuada. La energía incide sobre la capa P, y al interactuar con el material liberan electrones de los átomos de silicio, que en movimiento, atraviesan la capa semiconductora, pero que en consecuencia no pueden volver. La capa N adquiere una diferencia de potencial respecto a la P. De esta manera si se conectan unos conductores eléctricos a ambas capas, y se unen a un dispositivo o elemento eléctrico consumidor de energía (a la que llamamos carga) se iniciará una corriente eléctrica continua.
Otros usos importantes
Conclusiones
-Centrales conectadas a red.
-Sistemas de autoconsumo fotovoltaico.
-Estaciones repetidoras de microondas y de radio, -incluyendo acceso a internet mediante Wimax.
-Electrificación de pueblos en áreas remotas -(electrificación rural).
-Corriente eléctrica para casas de campo.
-Sistemas de comunicaciones de emergencia..
-Faros, boyas y balizas de navegación marítima.
-Vehículos de recreo propulsados por electricidad solar captada en movimiento.
-Señalización ferroviaria.
-Fuente de energía para naves espaciales.
Postes SOS (Teléfonos de emergencia de carretera).
-Parquímetros.
-Recarga de bicicletas, scooters y otros vehículos eléctricos.
* La fisica moderna permite innovar y descubrir diferentes alternativas que pueden ser muy utiles y amigables con el medio ambiente.
* La energia solar es considerada una de las fuentes mas limpia que conocemos hasta el momento y a pesar de que todavia falta mucho por avanzar tecnologicamente en terminos de eficiencia, esta se hace mas competitiva frente a otros tipos de energias, proyectandonos a un mejor desarrollo en la industria de energia en el futuro.
Olga Sofia Camacho Solano
Silvia Maria Correal Rico
Sophia Echeona Jurado
Laura Sofia Granados Bravo
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