¿ Funcionamiento de paneles solares ?

[HereFrank]

Según tengo entendido funcionan de la siguiente manera... Están hechos de un material semiconductor específicamente de silicio, dicho panel se dividido en dos partes, una hecho de Silicio-Fósforo(proporcionando exceso de electrones) generalmente, y otra hecha de Silicio-boro( proporcionando déficit de electrones), el procedimiento consiste en que cuando llega la energía luminosa, llegan fotones que proveen de energía la parte negativa del panel, haciendo que los electrones de los átomos allí presentes sean libres de sus átomos, y pues se genere esa carga negativa... Dicha carga, ahuyenta los protones (cargas positivas) haciendo que se vayan a la otra parte (la del silicio-Boro) haciendo que tenga aún más déficit de electrones generando así la diferencia de potencial... ¿correcto? aquí tengo algo de información que me ayudo... el resto lo vi por youtube...


Ahh y una preguntas adicionales:
1 ¿por qué se usan materiales semiconductores y no conductores?
2 ¿por qué usan el silicio? ¿qué lo hace especial de los demás semiconductores?
3 ¿la energía luminosa tiene que ser necesariamente del sol? ¿por qué por ejemplo la luz de un bombillo normal no es factible?

 

[Gudino Roberto duberlin]

Hola, respuesta N1: Si se usarán conductores en lugar de semiconductores, no habría regiones con excesos de electrones y otra con huecos. Tu mismo comentaste dicho fenómeno.
Respuesta N2: El silicio en estado puro no es semiconductor, salvó cuando se dopa con un elemento que genere desequilibrio de electrones. El silicio posee una estructura cristalina, de valencia 4, lo que lo hace óptimo, al ser dopado con un elemento valencia 3(aceptor) o un elemento de valencia 5 (donador). Para crear el fenómeno semiconductor. Es decir lo que a uno le sobra, al otro le falta, sólo basta la energía potencial para que se encargue de mover esos electrones.
Respuesta 3: Cualquier fuente luminosa puede generar el efecto fotovoltáico, en mayor o menor medida según su longitud de onda. Pero dado que la energía solar es una fuente "gratis", no tiene sentido generar luz para luego transformarla en energía eléctrica. En cada cambio de estado de dicha energía se pierde parte de la misma, tirando por el suelo el rendimiento.

 

[Nuyel]

Los protones no se mueven, ellos están en el núcleo y la única forma de desprenderlos es desintegrar el átomo.

Los electrones tienen carga negativa, si faltan electrones quedan más protones lo que da la carga positiva. Donde hay exceso de electrones es que se genera la negativa.

Cómo dices el fotón le da energía al elección y este se desplaza lo cual hará hacia la región positiva, este electron extra entonces deja un hueco en su posición original, esto causa que un electron sobrante en la region positiva sea atraido el cual recorrerá el circuito.

 

[HereFrank]

Muchas gracias me han aclarado todo, sin embargo , durante mi explicación hay algo que no logro saber si es cierto... esta parte es así como tal ¿ Dicha carga, ahuyenta los protones (cargas positivas) haciendo que se vayan a la otra parte (la del silicio-Boro) haciendo que tenga aún más déficit de electrones generando así la diferencia de potencial?,

1 ¿realmente son los protones los que se mueven? ¿creo deberían ser los electrones como dice el amigo nuyel?... pero si es así y son los electrones hay algo que no entiendo, la luz cae en la parte negativa, es decir en la parte negativa es donde entra la energía luminosa y hacen libre a los electrones generando ese Voltaje negativo... Pero si los electrones se pasan al lado positivo no le dan potencial +, al contrario, empiezan a darle electrones a favor de una carga - . Lo que no entiendo bien es como es la parte de que se pasan particulas de una parte de la union a otra como dice al adjunto que deje.

2... Otra cosa amigo Gudino Roberto duberlin entendi en general todo. Pero me confundiste un poco cuando empezaste a hablar de química en la parte de "El silicio posee una estructura cristalina, de valencia 4, lo que lo hace óptimo, al ser dopado con un elemento valencia 3(aceptor) o un elemento de valencia 5 (donador). Para crear el fenómeno semiconductor". Agradecería me explicaras a detalle eso, es que no se mucho de química, también agradecería me dijeras el nombre de ese contenido, para estudiarlo y conocerlo, yo entiendo lo de la capa de valencia, sin embargo no comprendo esa relación que allí me explicas

 

[Gudino Roberto duberlin]

Amigo, entiendo tu confusión, pero será más fácil que busques info sobre el tema semiconductores, pues explicar detallado aquí será una enciclopedia.

 

[palurdo]

Todos los átomos buscan un Estado energético más bajo. El estado energético más bajo es el que los hace estables. Quimicamente un átomo es estable cuándo tiene la órbita de Valencia llena o vacía. Cuando la tiene llena tiene 8 electrones como máximo y si la tiene vacía pues no tiene electrones. Los elementos que no están ionizados tendrán en su capa de valencia una cantidad de electrones entre 1 y 8. Los elementos que tienen de 1 a 3 electrones tienden a perder los y claro al tener menos electrones que protones quedan cargados positivamente. Los elementos que tienen 5 seis o siete electrones tienden a ganar más electrones para completar los 8. Los elementos que tienen por sí mismos la capa más externa que es la de Valencia completa es decir con 8 electrones son los elementos nobles. Cómo químicamente son estables no suelen formar ningún compuesto químico. Hay elementos que están entre medias de los que tienden a soltar electrones y los que tienden a atraparlos. Estos elementos son elementos semiconductores y tienen cuatro electrones de valencia. Entonces un semiconductor se pueden modificar añadiendo átomos de un tipo o de otro para conseguir que se comporte de una forma o de otra.

 

[HereFrank]

Perfecto. Entendi todo eso pero que hay de mi pregunta: " 1 ¿realmente son los protones los que se mueven? ¿creo deberían ser los electrones como dice el amigo nuyel?... pero si es así y son los electrones hay algo que no entiendo, la luz cae en la parte negativa, es decir en la parte negativa es donde entra la energía luminosa y hacen libre a los electrones generando ese Voltaje negativo... Pero si los electrones se pasan al lado positivo no le dan potencial +, al contrario, empiezan a darle electrones a favor de una carga - . Lo que no entiendo bien es como es la parte de que se pasan particulas de una parte de la union a otra como dice al adjunto que deje"

 

[DOSMETROS]

Protones y neutrones están dentro del núcleo y no se desplazan , salvo dentro de una solución si se desplaza el átomo completo.

O sea que solamente los electrones saltan de un átomo a otro generando carga negativa si hay de más y positiva si faltan.

Con carga nos referimos al átomo completo que queda cargado.

 

[Nuyel]

Imagina que vas conduciendo y quieres ir al otro lado de la calle pero en ella el sentido es l fotón le da más energía al electrón moviéndose a la region P, habiendo electrones de sobra ahí ellos terminan empujados fuera y atraídos a la region N que en este momento al tener menos electrones es en realidad con carga +, los protones nunca se mueven, el intercambio de masas solo pasa en el electrón, lo que se mueven son los huecos para aceptar electrones.

Este sería el efecto sobre un fotodiodo simple (union PN) donde ves que las cargas son invertidas a la polaridad del dopado. Aún así el proceso no es eterno puesto que puede saturar las regiones y generar una zona neutra en la union PN, esta les comienza a hacer más fácil a los electrones dar la vuelta e invertir la corriente, esto se entiende más fácil si lo dibujamos como u sándwich con la región neutra al centro

 

[HereFrank]

Ok, ya entiendo que los protones nunca se mueven que solo lo hacen los electrones. Sin embargo no logro entender aún el proceso donde los electrodos van de una lado de la unión a otro para generar el potencial electrico... En su explicación nuyel no comprendo porque el panel tiene las polaridades invertidas. Ni tampoco creo haber comprendido su explicación...

 

[Nuyel]

Donde tengo entendido es que algunos paneles no usan una union PN, si no una sola placa con dopaje P por un lado y N por el otro, esto genera una zona neutra en el centro. Además no todos los paneles usan esa estructura, algunos emplean más procesos químicos adicionales. Dependiendo de ello el rendimiento es diferente.

 

[HereFrank]

Ah perfecto pero lo que no comprendo es lo que dice del adjunto que deje que explica, que algunos electrones alcanzan la energía suficiente para desprenderse de sus átomos y cruzar la unión al ser alcanzados por los fotones. Si la luz esta presente en el lado negativo, y los electrones que son alcanzados por dicha luz son los que cruzan la union. He de suponer que los electrones del lado negativo se van al positivo. Cosa que no veo coherente y considero debería ser alrevez porque sino la polaridad del panel estuviera invertida a la de mi adjunto. De hecho ahora que lo pienso.El panel quedaría justo como la imagen que me mostraste nuyel .

 

[Nuyel]

Eso depende de la celda, hay en sí dos corrientes, una en sentido N>P (deslizamiento) y una de P>N (difusión), la primera es por el flujo natural de los electrones de N>P, la segunda ocurre al recombinarse los electrones produciendo una región en la unión que invierte sus polaridades, cuando la carga acumulada es lo suficientemente alta se bloquea la conducción de la unión PN.

En celdas finas donde la recombinación es muy débil la corriente mayoritaria es la de deslizamiento y produce el flujo inverso en la celda (P- y N+). En las gruesas el campo llega a bloquear esta corriente y toma el mismo sentido de conducción (P+ y N-) como un diodo.

Lo que esta mal en tu imagen es que en la unión debían recombinarse e invertir los símbolos para quedar algo como esto

Así creo que puedes apreciar más claramente el por qué del sentido de la corriente, la recombinación por el deslizamiento lo bloquea y permite que se genere la diferencia de potencial por difusión.

 

[HereFrank]

Amigo nuyel ¿Por qué ocurre esta recombinación?

Lo que no comprendo es... cuando llegan los fotones y excitan a los electrones que se desprendrenden de los atomos y cruzan la unión... ¿qué electrones realizan esta tarea? los de la región n o los de la región p

Supongo los de la n puesto que reciben los rayos directamente ¿o no?

Amigo nuyel, ¿se refiere a que cuando la recombinación es débil se cambia de polaridad el panel, y cuando es fuerte, solo va en sentido estricto de n a p ?

 

[Nuyel]

Esta imagen podría explicarlo

PnJunction-PV-E [Public domain], by No machine-readable author provided. S-kei assumed (based on copyright claims)., from Wikimedia Commons

Los electrones que se mueven son los que reciben la luz, hay que mencionar que si hay celdas tipo P y su modo de conducción depende del tipo, incluso hay algunas que emplean un electrolito para mover la carga

 

[HereFrank]

Amigo lo siento no comprendo. ¿Conoce algún texto online que me pueda aclarar esto de los paneles?
o ¿algún libro descargable?

Me molesta tanto no entender. :s lo unico que no comprendo es la formación de la recombinación y el proceso cuando los electrones cruzan la union SI LOS FOTONES LLEGAN AL LADO NEGATIVO LOS electrones del lado negativo son los que cruzan la union.... COSA QUE ME CONFUNDEEEE, porque si los electrones SE VAN del lado negativo este queda positivo ENTONCES N seria P en realidad e.e