Composición y funcionamiento de un sistema fotovoltaico, utilizado para la creación de paneles solares

1. UNIVERSIDAD TÉCNICA PARTICULAR DE LOJA – FÍSICA UNIVERSITARIA
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Fundamentos Físicos en el Funcionamiento De Un
Sistema Fotovoltaico
María de los Ángeles Carrión Herrera
maria.angelitos@hotmail.es
Paula Stefania Loaiza Castillo
tefacastillo@hotmail.com
Resumen: Las energías renovables juegan un papel
importante en el desarrollo y cuidado del medio ambiente. La
energía solar es la fuente de energía que utilizan los paneles
solares, estos a la vez funcionan a través de un sistema
fotovoltaico; el mismo, a través de diodos transforma
directamente la luz del sol en electricidad. Los principios
físicos que actúan en el proceso desarrollado en este sistema
están asociados a las fases de transformación, dentro de lo
que puede denominarse período de acondicionamiento.
Abstract: Renewable energies play an important role in
the development and care of the environment. Solar energy is
the source of energy used by solar panels, these once run
through a photovoltaic system; The same, directly transform
sunlight into electricity. The physical principles that act in the
process developed in this system are associated to the
transformation phases, within what can be called the
conditioning period.
I. INTRODUCCIÓN
En la siguiente investigación, descubriremos el fenómeno
que transforma a la radiación solar en energía eléctrica, a
este, se lo denomina sistema fotovoltaico; este sistema es
una técnica de obtención de electricidad a través de la luz
solar. Este tipo de energía es a nivel mundial la más
propagada para electrificación en zonas periféricas, en
Ecuador se calcula que existe un millón de personas que
viven donde la red pública aún no ha llegado; esto para
entender la importancia de la energía solar obtenida a través
de un sistema fotovoltaico.
Desde una perspectiva económica, es la más rentable para
la generación de electricidad.
II. MARCO TEÓRICO
A. Células Fotovoltaicas
La transformación de la radiación de energía solar en una
corriente de electrones (energía eléctrica) tiene lugar en una
célula fotovoltaica. (Moro, 2010) La define como: “un
dispositivo estructurado por una delgada placa de material
semiconductor”, hoy por hoy la mayoría de las células
fotovoltaicas son de silicio cristalino de gran pureza, material
adquirido a partir de la arena, muy abundante en la naturaleza.
1. Composición.
Una célula solar se comporta como un diodo, la parte
expuesta a la radiación solar es la N y la parte, situada en la
zona de oscuridad, es la P. Los terminales de conexión de la
célula se hallan sobre cada una de estas partes del diodo: La
cara correspondiente a la zona P, se encuentra metalizada por
completo – no tiene que recibir luz-, mientras que en la zona N el
metalizado tiene forma de peine, a fin de que la radiación solar
llegue al semiconductor. (Moro, 2010)
Figura 1. Composición de la célula solar
Fuente: Moro, M. (2010). Instalaciones Solares Fotovoltaicas. Madrid:
Polígono Igarsa
2. Funcionamiento
(M. Ibáñez Plana, 2004) Afirma que: cuando una célula solar se
expone al Sol la luz genera (g) pares eh. Cada uno de estos pares
constituye un potencial electrón circulando por el circuito exterior.
Asociado a este proceso tenemos los procesos de recombinación
(r). Cada proceso de recombinación aniquilará uno de los pares eh
generados y, por lo tanto, tendremos un electrón menos disponible
para circular por el circuito exterior. De ahí que se hable del
mecanismo de recombinación como un mecanismo de pérdidas
para la célula. Para simplificar hemos representado en la Figura 4 el
circuito exterior por una resistencia R que representa la carga de la
célula. Si admitimos que hemos hecho circular una corriente I por
el circuito exterior, esta corriente provocará una caída de tensión en
la resistencia, que se traslada a los bornes de la resistencia, lo que
significa que la célula debe operar a una tensión V = R·I. Esta
tensión afecta a la recombinación, debido a que ésta depende de V
de manera exponencial. 13 Entonces si la carga es muy elevada,
también lo será la tensión y en consecuencia la recombinación
aniquilará todos los procesos de generación impedirá la circulación
de la corriente.
Figura 2. Funcionamiento de una célula solar

2. UNIVERSIDAD TÉCNICA PARTICULAR DE LOJA – FÍSICA UNIVERSITARIA
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Fuente: M. Ibáñez Plana, J. R. (2004). Fundamentos, dimensionado y
aplicaciones de la energía solar fotovoltaica. Madrid. Obtenido de La
Célula Fotovoltaica:
https://upcommons.upc.edu/bitstream/handle/2099.1/5493/Mem%C3
%B2ria.pdf?sequence=2&isAllowed=y
B. SISTEMA FOTOVOLTAICO.
(Haya Comunicación, 2006) afirma que: “Un sistema
fotovoltaico es un conjunto de dispositivos que aprovechan la
energía producida por el sol y la convierten en energía
eléctrica.”.
1. Estructura
Según (Méndez & Cuervo García): Uno de los objetivos
principales de los módulos o sistemas fotovoltaicos respecto a
las células, es favorecer la máxima captación solar evacuando
el calor para mejorar su rendimiento.
El sistema debe estar compuesto por células con parámetros
eléctricos iguales para no producir ningun tipo de
descompensación. También contiene varias capas que recubren
a las células, contra agentes ambientales.
Está estructurado por:
 Cubierta superior: Vidrio templado, liso, resistente a
los golpes y con una buena calidad óptica.
 Cubierta inferior: Vidrio o tedlar, opaco, que protege
ante agentes externos.
 Material encapsulante: Es aquel que envuelve las
dos cubiertas, las células, y las conexiones
eléctricas. Los materiales que se utilizan son
siliconas, polivinilo y el más importante
EVA(etil-vinil-acetileno).
 Soporte metálico: Sobre este se monta todo, puede
ser de aluminio anodizado o acero inoxidable.
Este proporciona rigidez y protección.
 Elementos Eléctricos Externos: Estos son los cables,
bornes, caja de conexión etc., que permiten
interconectar los paneles entre sí.
Figura 3. Estructura de un sistema fotovoltaico
Fuente: Méndez, J. M., & Cuervo García, R. (s.f.). Energía Solar
Fotovoltaica. Madrid: Fundación Confemental.
2. Funcionamiento
Los sistemas solares fotovoltaicos actúan a partir de un
conjunto de elementos, llamados células solares, ubicados en
paneles, que transforman directamente la energía solar en energía
eléctrica. La luz solar transporta energía en forma de flujo de
fotones, estos cuando inciden en determinado tipo de materiales
bajo ciertas condiciones, provocan una corriente eléctrica. Este
efecto es denominado fotovoltaico.
Figura 4. Funcionamiento de un sistema fotovoltaico.
Fuente: Moro, M. (2010). Instalaciones Solares Fotovoltaicas. Madrid:
Polígono Igarsa
III. CONCLUSIONES
A. En la actualidad, el aprovechamiento de energías
renovables es esencial, y además nos proporcionan
infinidad de beneficios, especialmente en lugares donde
la energía convencional no llega. Los sistemas
fotovoltaicos se caracterizan por su duración prolongada
y no producen ningún tipo de contaminación sonora.
B. En lugares periféricos, donde se necesita poca potencia
eléctrica y el acceso a la red es difícil, como en
comunidades aisladas por selvas, montañas o islas, es
muy eficaz emplear los paneles solares fotovoltaicos;
como la mejor alternativa económicamente viable, ya que
una vez instalada, no tiene un costo energético de
mantenimiento.
C. La producción de este tipo de energía para la generación
de electricidad favorece la sostenibilidad del sistema
energético, pues impide que se genere electricidad a
partir de combustibles fósiles no renovables. La energía
solar fotovoltaica distribuida, además, no requiere
ocupación de espacio adicional, ya que se puede integrar
al espacio en donde la necesitemos.
IV. REFERENCIAS
Comunicación, H. (2006). Energias Renovables para Todos.
Madrid: Haya Comunicación.
Knier, G. (13 de Mayo de 2010). Ciencia Nasa. Obtenido de
Ciencia Nasa:
https://ciencia.nasa.gov/headlines/y2002/solarcells_spani
sha.htm
M. Ibáñez Plana, J. R. (2004). Fundamentos, dimensionado y
aplicaciones de la energía solar fotovoltaica. Madrid.
Obtenido de La Célula Fotovoltaica:
https://upcommons.upc.edu/bitstream/handle/2099.1/549
3/Mem%C3%B2ria.pdf?sequence=2&isAllowed=y
Méndez, J. M., & Cuervo García, R. (s.f.). Energía Solar
Fotovoltaica. Madrid: Fundación Confemental.
Moro, M. (2010). Instalaciones Solares Fotovoltaicas. Madrid:
Polígono Igarsa.

3. UNIVERSIDAD TÉCNICA PARTICULAR DE LOJA – FÍSICA UNIVERSITARIA
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Sapa: buildingsystem. (2016). Obtenido de Sapa:
buildingsystem: http://www.sapa-
solar.com/spain/fotovoltaica/C%C3%B3mo%20func
iona%20una%20c%C3%A9lula%20fotovoltaica.htm
l
Solar, S. (21 de Julio de 2013). Los paneles Solares
Fotovoltaicos. Obtenido de Sitio Solar: http://www.
sitiosolar. com/los-paneles-solares-fotovoltaicos.