Diseño y simulación de celdas solares bifaciales de silicio para la producción industrial

Abstract

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Este Proyecto Fin de Carrera está dedicado al diseño y simulación de celdas solares bifaciales de silicio. La industria fotovoltaica tiene siempre como objetivo producir celdas y módulos solares con mayores rendimientos y con menores costes de producción, y es aquí donde entra en juego la investigación. En los institutos y departamentos de I+D de energía fotovoltaica existen dos tendencias actuales: la producción de celdas solares con nuevos materiales y la mejora del rendimiento de las celdas de silicio, siendo esta segunda la predominante. Campo emergente dentro de esta línea de investigación es la “bifacialidad” de las celdas solares. Por qué no instalar las celdas perpendiculares al suelo, de tal modo que puedan recibir luz solar por ambas caras durante todas las horas de sol del día? Con ello se aumenta la cantidad de electricidad generada, siendo sólo necesario un ajuste en el proceso de metalización de la cara posterior en la cadena de producción. El objetivo de este PFC es el análisis del comportamiento de una celda solar bifacial bajo diferentes condiciones de iluminación y la optimización de su diseño. El instrumento utilizado para ello es un software de simulación, que permite realizar una cantidad de experimentos muy superior a la que sería viable en el laboratorio, con menor tiempo, menos dinero y un intervalo de variación de parámetros mayor. El PFC empieza con el estudio de la radiación solar, viendo cómo varía el espectro según latitud, longitud, hora del día y época del año. A continuación se realiza la simulación óptica, donde se examina la influencia del espectro de la radiación incidente en la celda solar sobre la generación de portadores de carga (los cuales son los responsables de la generación de electricidad). Y por último, siendo este el punto fuerte del PFC, se abarca la simulación eléctrica de celdas solares bifaciales. En esta se varían parámetros físicos y de diseño de la celda, buscando siempre el rendimiento máximo y consecuentemente el diseño óptimo, considerando diferentes escenarios de iluminación (variando la intensidad tanto de la luz incidente en la cara frontal como en la cara posterior). Las conclusiones obtenidas, novedosas sin duda, ya que las empresas empiezan ahora a producir celdas bifaciales, estando a la espera de los resultados de optimización a proporcionar por I+D, son los siguientes. En primer lugar, el espectro solar estándar AM 1,5g utilizado mundialmente para las mediciones no es una condición realista, sino que éste varía fuertemente en función del lugar y el momento. Y segundo, la optimización del diseño de una celda solar bifacial es mucho más significativa que el de una celda monofacial. Pequeñas variaciones en la rejilla metálica de contactos de la cara posterior tienen mucha más influencia sobre el rendimiento de la celda en una instalación bifacial, que en una instalación monofacial