Los módulos fotovoltaicos están diseñados para su uso en exteriores en condiciones extremas como el mar, trópico, ártico, y los ambientes desérticos. La elección del material fotovoltaicamente activo puede tener efectos importantes en el diseño del sistema y su rendimiento. Tanto la composición del material y de su estructura atómica influyen. Los materiales fotovoltaicos incluyen al silicio, arseniuro de galio, diseleniuro de cobre e indio, teluro de cadmio, fosfuro de indio, y muchos otros. La estructura atómica de una célula fotovoltaica puede ser de monocristalina, policristalina o amorfa. El material fotovoltaico más comúnmente producido es el silicio cristalino, tanto monocristalini o policristalino.
Las células normalmente se agrupan en módulos, que se encapsulan con diversos materiales con el fin de proteger a las células y los conectores eléctricos del medio ambiente. Los módulos de células fotovoltaicas constan de ramas paralelas NGP y cada rama tiene células solares NSM en serie.
Las células fotovoltaicas son frágiles y susceptibles a la corrosión por humedad o huellas dactilares y pueden tener delicados conductores de alambre. También, la tensión de funcionamiento de una sola célula fotovoltaica es de aproximadamente 0,5 V, lo que es inutilizable para muchas aplicaciones. Un módulo es un conjunto de células fotovoltaicas que proporciona una tensión de funcionamiento útil y ofrece medios que protegen a las células. Dependiendo del fabricante y del tipo de material fotovoltaico, los módulos tienen diferentes apariencias y características de rendimiento. Además, los módulos pueden ser diseñados para condiciones específicas, tales como calor, humedad, desierto, o climas helados. Generalmente, las células son conectadas en serie a otras células a producir una tensión de funcionamiento de alrededor de 14-16 V. Estas cadenas de células se encapsulan luego con un polímero, una cubierta de vidrio frontal, y un material trasero. Además, una caja de conexiones está unida en la parte trasera del módulo para hacer más conveniente el cableado a otros módulos u otros equipos eléctricos.
Tipos de tecnología fotovoltaica
Células de silicio monocristalino.
Estas células son de silicio monocristalino puro. En estas células, el silicio tiene una única estructura de red cristalina continua casi sin defectos ni impurezas. La principal ventaja de las células monocristalinas es su alta eficiencia, que típicamente es de alrededor del 15%. La desventaja de estas células es que se requiere un complicado proceso de fabricación para producir silicio monocristalino, lo que se traduce en costes ligeramente superiores a los de otras tecnologías.
Células de silicio policristalino.
Las células policristalinas se producen utilizando numerosos granos de silicio monocristalino. En el proceso de fabricación, el silicio policristalino fundido se cuela en lingotes, que posteriormente se cortan en obleas muy delgadas y se ensamblan en células completas. Las células policristalinas son más baratos de producir que las monocristalinas debido a que se requiere un proceso de fabricación más simple. Sin embargo son un poco menos eficientes que las células fotovoltaicas monocristalinas, con una eficiencia media de alrededor del 12%.
Silicio amorfo.
Generalmente, la diferencia principal entre estas células y las anteriores es que en lugar de la estructura cristalina, las células de silicio amorfo están compuestas de átomos de silicio en una capa homogénea delgada. Además, el silicio amorfo absorbe la luz con mayor eficacia que el silicio cristalino, lo que conduce a células más delgadas células, conocidas también como tecnología fotovoltaica de película delgada. La mayor ventaja de estas células es que el silicio amorfo puede ser depositado sobre una amplia gama de sustratos, tanto rígidos como flexibles. Su desventaja es la baja eficiencia, que es del orden de 6%. Hoy en día, los paneles fabricados a partir de células solares de silicio amorfo vienen en una variedad de formas, tales como tejas, que pueden sustituir las baldosas normales de ladrillo en un techo solar.
Termofotovoltaico.
Estos son dispositivos fotovoltaicos que, en lugar de la luz solar, utilizan la región infrarroja de la radiación, es decir la radiación térmica. Un sistema termofotovoltaico completo (TPV) incluye un sistema de combustible, un quemador, un radiador, un mecanismo de recuperación de fotones de onda larga, una célula fotovoltaica, y un sistema de recuperación de calor residual. Los dispositivos termofotovoltaicos convertir la radiación usando exactamente los mismos principios que los dispositivos fotovoltaicos, descritos en secciones anteriores. Las diferencias fundamentales entre la conversión fotovoltaica y termofotovoltaica son las temperaturas de los radiadores y las geometrías del sistema. En una célula solar, la radiación se recibe desde el sol, que está a una temperatura de aproximadamente 6000 K y una distancia de unos 150 x 10 6 km. Sin embargo un dispositivo termofotovoltaico recibe la radiación, ya sea en la banda ancha o estrecha, desde una superficie a una temperatura mucho más baja de alrededor de 1300-1800 K y una distancia de tan sólo unos pocos centímetros. Aunque la energía del cuerpo negro radiada por una superficie varía a la cuarta potencia de la temperatura absoluta, domina la dependencia del cuadrado inverso de la ley de la potencia recibida por los detectores. Por lo tanto, aunque la potencia recibida por una célula no-concentrador solar es del orden de 0,1 W/cm2, la recibida por un convertidor termofotovoltaico es probable que sea de 5 a 30 W/cm2, dependiendo de la temperatura del radiador. Por consiguiente, se espera que la densidad de potencia de salida de un convertidor termofotovoltaico sea significativamente mayor que la de un convertidor no-concentrador fotovoltaico.
Además de los tipos anteriores, existen varios otros materiales prometedores, como por ejemplo el telururo de cadmio (CdTe) y diseleniuro de cobre e indio (CuInSe2), que se utilizan hoy en día para las células fotovoltaicas. Las principales tendencias de interés hoy en día son el uso de polímeros y células solares orgánicas. El atractivo de estas tecnologías es su potencial de ofrecer una producción rápida y a bajo costo en comparación con las tecnologías de silicio cristalino, sin embargo, suelen tener una menor eficiencia (alrededor del 4%), y a pesar de la demostración de vidas operativas y estabilidad bajo condiciones inertes por miles de horas, sufren de problemas de estabilidad y degradación. Los materiales orgánicos son atractivos principalmente debido a la perspectiva de fabricación de alto rendimiento usando deposición carrete-a-carrete o por pulverización. Otro de sus atractivos es la posibilidad de dispositivos ultra-delgados y flexibles, que pueden ser integrados en aparatos o materiales de construcción, y el ajuste de color a través de la estructura química.
Otro tipo de dispositivo se está investigando es el nano-fotovoltaico, que puede ser considerado como la tercera generación de dispositivos fotovoltaicos; siendo la primera generación las células de silicio cristalino, y la segunda generación las celulas con recubrimientos de de silicio amorfo de película delgada. En lugar de materiales conductores y un sustrato de vidrio, la tecnología de nano-fotovoltaico consiste en recubrir o mezclar sustratos de polímero "imprimibles" y flexibles con nanomateriales conductores de la electricidad. Este tipo de energía fotovoltaica se espera que esté disponible en el mercado dentro de los próximos años, lo que reduciría los costos tradicionalmente altos de las células fotovoltaicas.