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Los paneles solares fotovoltaicos absorben la luz solar como fuente de energía para generar electricidad de corriente continua. Un módulo fotovoltaico (PV) es un conjunto empaquetado y conectado de células solares fotovoltaicas disponibles en diferentes voltajes y potencias. Los módulos fotovoltaicos constituyen la matriz fotovoltaica de un sistema fotovoltaico que genera y suministra electricidad solar en aplicaciones comerciales y residenciales.
La aplicación más común de recolección de energía solar fuera de la agricultura son los sistemas solares de calentamiento de agua.
Los módulos fotovoltaicos utilizan energía lumínica (fotones) del Sol para generar electricidad a través del efecto fotovoltaico. La mayoría de los módulos utilizan celdas de silicio cristalino a base de obleas o celdas de película delgada. El miembro estructural (portador de carga) de un módulo puede ser la capa superior o la capa posterior. Las celdas también deben protegerse contra daños mecánicos y humedad. La mayoría de los módulos son rígidos, pero también están disponibles los semiflexibles basados en celdas de película delgada. Las celdas deben estar conectadas eléctricamente en serie, una a otra.
Una caja de conexiones FV está unida a la parte posterior del panel solar y es su interfaz de salida. Externamente, la mayoría de los módulos fotovoltaicos usan conectores tipo MC4 para facilitar las conexiones resistentes a la intemperie con el resto del sistema. Además, se puede utilizar la interfaz de alimentación USB.
Las conexiones eléctricas del módulo se realizan en serie para lograr un voltaje de salida deseado o en paralelo para proporcionar una capacidad de corriente deseada (amperios). Los cables conductores que quitan la corriente de los módulos pueden contener plata, cobre u otros metales de transición conductores no magnéticos. Los diodos de derivación pueden incorporarse o usarse externamente, en caso de sombreado parcial del módulo, para maximizar la salida de las secciones del módulo aún iluminadas.
Algunos módulos especiales de energía solar fotovoltaica incluyen concentradores en los que la luz es enfocada por lentes o espejos en células más pequeñas. Esto permite el uso de celdas con un alto costo por unidad de área (como el arseniuro de galio) de una manera rentable.
Los paneles solares también usan marcos metálicos que consisten en componentes de estanterías, soportes, formas de reflector y canales para soportar mejor la estructura del panel.
En 1839, Alexandre-Edmond Becquerel observó por primera vez la capacidad de algunos materiales para crear una carga eléctrica a partir de la exposición a la luz. Aunque los primeros paneles solares eran demasiado ineficientes incluso para dispositivos eléctricos simples, se usaron como un instrumento para medir la luz. La observación de Becquerel no se repitió nuevamente hasta 1873, cuando Willoughby Smith descubrió que la carga podía ser causada por la luz que golpeaba el selenio. Después de este descubrimiento, William Grylls Adams y Richard Evans Day publicaron "La acción de la luz sobre el selenio" en 1876, describiendo el experimento que utilizaron para replicar los resultados de Smith. En 1881, Charles Fritts creó el primer panel solar comercial, que Fritts informó que era "continuo, constante y de una fuerza considerable no solo por la exposición a la luz solar sino también a la luz diurna tenue y difusa". Sin embargo, estos paneles solares eran muy ineficientes, especialmente en comparación con las centrales eléctricas de carbón. En 1939, Russell Ohl creó el diseño de células solares que se utiliza en muchos paneles solares modernos. Él patentó su diseño en 1941. En 1954, este diseño fue utilizado por primera vez por Bell Labs para crear la primera célula solar de silicio comercialmente viable.
La mayoría de los módulos solares se producen actualmente a partir de células solares de silicio cristalino (c-Si) hechas de silicio multicristalino y monocristalino. En 2013, el silicio cristalino representó más del 90 por ciento de la producción fotovoltaica mundial, mientras que el resto del mercado total está compuesto por tecnologías de película delgada que utilizan teluro de cadmio, CIGS y silicio amorfo.
Las tecnologías solares emergentes de tercera generación utilizan células avanzadas de película delgada. Producen una conversión de eficiencia relativamente alta por el bajo costo en comparación con otras tecnologías solares. Además, las celdas de unión múltiple rectangular (MJ) de alto costo, alta eficiencia y compactas se usan preferiblemente en paneles solares en naves espaciales, ya que ofrecen la mayor proporción de energía generada por kilogramo elevado al espacio. Las células MJ son semiconductores compuestos y están hechas de arseniuro de galio (GaAs) y otros materiales semiconductores. Otra tecnología fotovoltaica emergente que utiliza células MJ es el concentrador fotovoltaico (CPV).
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