Energía Solar Fotovoltaica

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hanni
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Energía Solar Fotovoltaica

Notapor hanni » Vie May 22, 2015 9:11 am

Nada fácil... Fuente: CEMAER

¿Cómo se hace un panel solar fotovoltaico?

En el mercado actual de la energía solar han proliferado los planes y deseos de abrir más y más plantas de producción de paneles solares. Muchos de ellos han fracasado o se han quedado en el intento. Esto se debe al exceso de oferta de paneles solares en el mercado y también a que los emprendedores e inversionistas se enfrentan a la realidad de que hacer paneles solares a modo industrial, con la calidad, certificaciones y precios competitivos, no es cosa fácil. Tan solo en el 2015 cerrarán 180 productores de paneles en el mundo debido a la caída en los precios de paneles, muchos ex fabricantes de paneles se dedican ahora al desarrollo de parques solares y a la instalación de paneles a escala residencial. Ya que el tiempo y la experiencia les ha hecho ver que el negocio no es fabricar paneles ni la compra-venta de los mismos, sino la instalación y desarrollo de proyectos.

Para entender esto más a fondo es importante conocer cómo se fabrican los paneles solares de modo industrial, vayamos paso a paso.

Primera Etapa

Cultivo de cristales
Los fabricantes de celdas solares calientan y derriten las rocas polisilicio hasta que se forma un líquido, después, se fusiona el silicio derretido en un solo cristal gigante en el que todos los átomos están perfectamente alineados en una estructura y orientación deseada.
Carga
La magia comienza con alrededor de 120 kilos de rocas de polisilicio cuidadosamente apilados en un crisol de cuarzo. El único otro componente es un disco de silicio impregnado con una pequeña cantidad de boro. La adición asegura que el cristal resultante llevará una orientación eléctrica con potencial positivo. El crisol se coloca dentro de gruesas paredes de grafito aislante y se coloca en un horno cilíndrico.
Fusión
A medida que el horno se calienta a temperaturas que oscilan alrededor de los 2500 grados Fahrenheit, su contenido de silicio se funde en una suspensión brillante. Una vez que los monitores registran las condiciones de temperatura y atmosféricas adecuadas, comienza la alquimia. Un cristal de silicio, colgado de un cable estrecho unido a un dispositivo giratorio en la cima del horno, baja lentamente en la masa fundida.
Crecimiento
El crisol comienza a girar, y el cristal semilla comienza a girar en la dirección opuesta. Congela la masa fundida de silicio en el cristal, igualando estructura cristalina del cristal semilla. El cristal crece, el cable y la semilla ascienden lentamente, y el cristal se alarga en una anchura controlada. A medida que el crecimiento agota la suspensión de silicio, el crisol también se eleva, formando completamente el cristal de silicio
Enfriamiento
Avancemos unos 2.5 días desde que el crisol fue cargado con polisilicio: Después de horas de refrigeración a unos 300 grados Fahrenheit, de abre el horno y se retira el cable revelando un cristal cilíndrico terminado, listo para a la segunda etapa de producción.

Segunda Etapa
Un cristal de silicio debe cambiar la forma en varias ocasiones antes de convertirse en obleas calibradas con precisión que forman los cimientos de las celdas fotovoltaicas.
Corte
En primer lugar, se realizan cortes en las dos puntas del cristal para que la anchura del ciclindro sea uniforme. Por lo general, se lleva un líquido abrasivo sobre la superficie del cristal. Después, una máquina montada con una hoja de acero en forma de dona gigante hace el corte. Las sierras también cortaron el cristal en lingotes que miden 60 cm o menos. Soportes de acero están montados en los extremos de estos lingotes para el siguiente paso.
La cuadratura
Los lingotes son pulidos de modo que quede un cilindro cuadrado con las esquinas todavía redondeadas.
Rebanar
La próxima sierra es más complicada todavía. Un alambre bobinado cientos de veces entre dos tambores cilíndricos forma una red de segmentos paralelos, estrechamente espaciados. De manera que el cable de desenrolla a través de la máquina, los lingotes son presionados a través de la red generando piezas muy delgadas, como tarjetas. Cada milímetro de cristal produce alrededor de 2 1/2 obleas. Las obleas se cargan en vehículos o barcos, para su transporte a la siguiente etapa.

Tercera etapa
La conversión de obleas en celdas
En este punto, una oblea no es más capaz de producir electricidad que una piedra de río. La oblea es el origen de la celda fotovoltaica, pero hasta ahora sus únicas características notables son su estructura cristalina y la orientación potencial positiva. Todo eso cambia en la tercera etapa, la fase de producción de celdas fotovoltaicas.
Grabado
Es la única fase que requiere una habitación estéril, una serie de tratamientos químicos y térmicos intrincados convierten las obleas grises en celdas productivas de color azul. Un grabado elimina una pequeña capa de silicio, basándose en la estructura cristalina subyacente para revelar un patrón irregular de pirámides. Las pirámides son tan pequeñas que son invisibles a simple vista y tienen la capacidad de absorber más luz.
Difusión
A continuación, las obleas se mueven en cartuchos en largas cámaras, cilíndricas tipo hornos en el que fósforo se difunde en una capa delgada de la superficie de la oblea. La impregnación a nivel molecular se produce a modo que la superficie de la oblea se expone al fósforo en gas a una alta temperatura, un paso que da a la superficie una orientación eléctrica con potencial negativo. La combinación de esa capa y la capa dopada con boro a continuación crea una unión positiva-negativa, o P / N, una parte crítica en el funcionamiento de una celda PV.
Coloreado y prensado
Las florecientes, celdas aún grises se mueven en bandejas en cámaras de vacío donde se deposita nitruro de silicio azul-púrpura en la parte de arriba. El revestimiento con nitruro de silicio – otro miembro de la familia del silicio – está diseñado para reducir la reflexión aún más en el extremo azul de alta densidad energética del espectro de luz. Deja las celdas con su color final, azul oscuro. Ahora, las celdas pueden reunir de manera óptima fotones y producir electricidad. Les falta, sin embargo, un mecanismo para recoger y transmitir la electricidad. Así, en una serie de pasos similares a la serigrafía, se imprimen líneas metálicas en ambos lados de la celda, añadiendo a rayas y un circuito bus-bar. La celda solar está lista, solo hace falta luz solar para generar electricidad.

Cuarta Etapa
Ensamblaje de las celdas para producir paneles solares
Cada fase de la producción depende de distintos procesos. El control cuidadoso de la calefacción y la refrigeración domina el cultivo de cristal. La fabricación de obleas emplea la abrasión y el corte. La producción de la celda se concentra en la química. Cualquier proceso de fabricación no estaría completo sin un paso de montaje final, y en la energía solar fotovoltaica tal paso se conoce como modulaje.
Soldadura
La fabricación de módulos es un proceso altamente automatizado, confiando en la robótica de acero muy robusto para llevar a cabo el cada vez más pesado de montaje de celdas FV en módulos que pesan alrededor de 20 kilos cada uno. Cada herramienta robótica trabaja dentro de una valla de seguridad que, por diseño, excluye a las personas. Primero, las celdas se soldan en cadenas de 10, utilizando un patrón de conectores metálicos para unir las celdas. Se disponen seis líneas de celdas para formar una matriz rectangular de 60 celdas. Cada matriz se lamina sobre vidrio.
Enmarcado
Para convertirse en un módulo, cada laminado requiere no sólo un marco para proporcionar una protección contra el clima y otros impactos, sino también una caja de conexiones para habilitar las conexiones entre los módulos. Este proceso también se lleva a cabo con máquinas robotizadas.
Inspección y Envío
La limpieza cuidadosa e inspección proporcionan toques finales antes de que cada módulo pueda ser empacado para la entrega a los distribuidores.

En el siguiente diagrama puedes ver gráficamente los pasos del proceso de fabricación de paneles solares a modo industrial. Da click para agrandar la imagen.

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