Por: Alejandro Glade R.
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| LINGOTES DE SILICIO |
La energía solar ha aumentado
rápidamente en popularidad en los últimos años, esto ha sido bueno ya que tiene
un impacto significativo en el mercado de la energía. Según (SEIA) la
Asociación de Industrias de Energía Solar, la energía solar ha tenido un
crecimiento importante en los últimos años, en el que Chile es un participante
importante en este concierto. Y seguirá creciendo. A medida que el uso de la
energía solar se vuelve más frecuente, también lo hace la información sobre
cómo se aprovecha y como se usa. Los paneles fotovoltaicos o solares hoy en día
se pueden encontrar tanto en áreas comerciales como residenciales. ¿Pero, cómo
se fabrican estos paneles y qué materiales se utilizan para fabricarlos?
El siguiente cuadro describe las
materias primas y las piezas que componen un panel solar
El silicio es el material básico para los componentes eléctricos
conductores. Antes de poder usarse, debe someterse a un proceso de tratamiento
que elimine las impurezas y lo convierta en silicio puro o polisilicio. La
industria no debería enfrentar escaseces de materiales en el corto plazo; porque
el silicio es abundante, y el planeta está formando por una cuarta parte de la
corteza terrestre.
Una vez que el silicio se purifica y se le sacan las impurezas, convirtiendose
en lingotes, que son cilindros de silicio puro. Estos lingotes se fabrican
de un cristal de silicio que se sumerge en silicio policristalino, y las impurezas permanecen en el
líquido fundido, por lo que el lingote se forma como un cilindro completamente
puro. A partir de ahí, el lingote se corta en obleas de 0.5 milímetros de
espesor, que tienen formas rectangulares o hexagonales para que se ajusten bien
unos con otros.
El boro y el fósforo se agregan a las obleas a través de un proceso de
dopaje. Las obleas se calientan para permitir que los átomos de estos
elementos, o dopantes, entren en el silicio. Cuando
estos elementos se agregan al polisilicio, el primer resultado es un exceso de
electrones, que es seguido por una deficiencia de ellos. Esto permite que el polisilicio actúe como un semiconductor.
Para
conducir una gran cantidad de electricidad, muchas celdas deben conectarse juntas unas con otras, mediante
contactos eléctricos. El grupo se conecta al receptor. Se aplica un
recubrimiento anti reflectante al panel para evitar la pérdida de luz solar y
el desperdicio de energía. Las células se sellan con una goma o acetato de
vinilo, se enmarcan en marcos de aluminio y se cubren con vidrio o plástico.
El silicio, la materia prima de
las células solares.
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| SILICIO |
El silicio es un no metal sólido,
de color amarillento, que se extrae del cuarzo y otros minerales y es el
segundo elemento más abundante en la Tierra después del oxígeno, se encuentra
combinado con oxígeno en rocas como la obsidiana, el granito y la arenisca, en
una forma conocida como sílice. El silicio se puede extraer de la cuarcita, la
mica y el talco, pero la arena es su fuente de mineral más abundante. El
silicio de los paneles solares se fabrica a través de un proceso de reducción
en el que la sílice se calienta con un material de carbono y se elimina el
oxígeno, dejando un silicio de grado
metalúrgico más puro.
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| OBLEA DE CRISTAL DE SILICIO |
A partir de ahí, el grado debe
purificarse aún más y sale el polisilicio, cuya pureza de grado solar es 99.999
por ciento. Para producir diferentes polisilicones de diferentes grados, se
pueden aplicar varios procesos al elemento. Para el polisilicio de grado
electrónico, que tiene un mayor porcentaje de pureza, la silicona de grado
metalúrgico debe pasar a través del cloruro de hidrógeno a temperaturas
extremadamente altas y someterse a destilación. Pero para producir un producto
final de grado solar, la silicona pasa por un proceso de refinamiento químico.
En este proceso, los gases pasan a través de silicio derretido para eliminar
impurezas como el boro y el fósforo. En su forma pura, el silicio de grado
solar se convierte en cilindros llamados lingotes, que luego se cortan en las
pequeñas piezas conductoras que absorben la luz solar en los paneles solares.
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| CORTE DE OBLEA MONOCRISTALINA |
Los lingotes y las obleas, lo mas
importante de las células solares
Se cortan varios tipos de obleas
de los lingotes: cintas monocristalinas, policristalinas y de silicio. Se
diferencian en términos de su eficiencia en la conducción de la luz solar y las
cantidades de desechos que producen.
Las obleas monocristalinas se
cortan finamente de un lingote cilíndrico que tiene una estructura
monocristalina, lo que significa que está compuesto por un cristal de silicio
puro y uniforme. Se usa una sierra de diamante para cortar las obleas del
cilindro, lo que da como resultado una forma circular. Sin embargo, dado que
los círculos no encajan bien entre sí, las obleas circulares se cortan en
formas rectangulares o hexagonales, lo que da como resultado un desperdicio de
silicio de las piezas que se extraen. Los investigadores están tratando de
encontrar formas de crear células monocristalinas sin tanto corte y
desperdicio. Los lingotes policristalinos, a veces llamados multicristalinos,
están hechos de múltiples estructuras cristalinas. Pueden producir menos
desechos, pero no son tan eficientes como los monocristalinos. Los lingotes
tienen forma de cubo porque están hechos de silicio derretido vertido en un
molde moldeado. Esto significa que las obleas se pueden cortar directamente en
la forma deseada, creando menos desperdicio.
Las cintas de silicio son láminas
delgadas de silicio policristalino. Son tan delgados que no tienen que cortarse
en obleas. Si bien las láminas delgadas son flexibles, pueden usarse de maneras
interesantes y su fabricación es menos costosa, no son tan duraderas como las
obleas y requieren más soporte que otras estructuras de paneles solares.
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| CELULA |
A las células solares se le agregar
dopantes para activar la oblea.
Las obleas de silicio ya están
completas en este punto, pero no conducirán ninguna energía hasta que pasen por
el proceso de dopaje. Este proceso implica la ionización de las obleas y la
creación de una unión positiva negativa (pn). Las obleas se calientan en
cilindros a una temperatura muy alta y se ponen en agua. Luego, la capa
superior del cilindro está expuesta al fósforo (una orientación eléctrica
negativa) mientras que la capa inferior está expuesta al boro (una orientación
eléctrica positiva). La unión positiva-negativa de la celda le permite
funcionar correctamente en el panel solar.
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| INSTALACIÓN DE PANELES ENMARCADOS |
Después de este paso, deben
suceder algunas cosas más, para crear una célula que funcione. Debido a que el
silicio refleja naturalmente la luz solar, existe un riesgo considerable de
perder gran parte de la energía potencial del sol que las células supuestamente
absorben. Para minimizar esta reflexión, los fabricantes recubren las células
con nitruro de silicio anti-reflectante, lo que les da a las células el color
azul final que vemos en los paneles instalados. A partir de ahí, los
fabricantes implementan un sistema para recolectar y distribuir la energía
solar. Esto se hace mediante un proceso de serigrafía en el que se imprimen
metales en ambos lados de la celda. Estos metales forman una hoja de ruta para
que la energía viaje en su camino hacia el receptor.
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| CELDAS SOLARES |
Los paneles solares se ensamblan
con sus celdas en dispositivos útiles.
Los fabricantes de paneles
solares emplean diferentes procesos patentados para producir sus productos
finales de paneles solares. Pero, en general, este es un proceso automatizado
en el que los robots hacen el trabajo. Primero, las celdas deben juntarse para
formar una gran hoja. Cada matriz rectangular está laminada sobre vidrio y
rápidamente se convierte en un panel más grande. A partir de ahí, el panel debe
ser enmarcado para que sea resistente y protegido para que perdure ante cualquier
clima.
Escrito por: Alejandro Glade R.
