Como se fabrican los paneles solares.

Por: Alejandro Glade R.

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

·     Materias primas

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.

·     Lingotes y obleas

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.

·     Celda

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.

·    Paneles solares

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.