Análisis por simulación del comportamiento térmico y eléctrico de una celda solar fotovoltaica de estructura tipo pin de silicio amorfo utilizando el software Comsol Multiphysiscs

En el campo de la producción de energía, la fotovoltaica es la energía renovable que más creció en los últimos 6 años. Si bien la mayor proporción de paneles solares instalados hasta el momento es de silicio monocristalino y policristalino, existe una tendencia a diversificar los materiales semicond...

Full description

Autores:
Guerrero Macías, Julián Eliecer
Tipo de recurso:
Trabajo de grado de pregrado
Fecha de publicación:
2014
Institución:
Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNAB
Repositorio:
Repositorio UNAB
Idioma:
spa
OAI Identifier:
oai:repository.unab.edu.co:20.500.12749/1434
Acceso en línea:
http://hdl.handle.net/20.500.12749/1434
Palabra clave:
Solar energy engineering
Photoelectric cells
Research
Analysis
Renewable energy
Solar panels
Thermal behavior
Drivers
Ingeniería en energía solar
Células fotoeléctricas
Investigaciones
Análisis
Energía renovable
Paneles solares
Comportamiento térmico
Conductores
Rights
openAccess
License
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/co/
id UNAB2_0f89936ae502ee159fc2215773e4323f
oai_identifier_str oai:repository.unab.edu.co:20.500.12749/1434
network_acronym_str UNAB2
network_name_str Repositorio UNAB
repository_id_str
dc.title.spa.fl_str_mv Análisis por simulación del comportamiento térmico y eléctrico de una celda solar fotovoltaica de estructura tipo pin de silicio amorfo utilizando el software Comsol Multiphysiscs
dc.title.translated.eng.fl_str_mv Analysis by simulation of the thermal and electrical behavior of a photovoltaic solar cell with an amorphous silicon pin-type structure using the Comsol Multiphysiscs software
title Análisis por simulación del comportamiento térmico y eléctrico de una celda solar fotovoltaica de estructura tipo pin de silicio amorfo utilizando el software Comsol Multiphysiscs
spellingShingle Análisis por simulación del comportamiento térmico y eléctrico de una celda solar fotovoltaica de estructura tipo pin de silicio amorfo utilizando el software Comsol Multiphysiscs
Solar energy engineering
Photoelectric cells
Research
Analysis
Renewable energy
Solar panels
Thermal behavior
Drivers
Ingeniería en energía solar
Células fotoeléctricas
Investigaciones
Análisis
Energía renovable
Paneles solares
Comportamiento térmico
Conductores
title_short Análisis por simulación del comportamiento térmico y eléctrico de una celda solar fotovoltaica de estructura tipo pin de silicio amorfo utilizando el software Comsol Multiphysiscs
title_full Análisis por simulación del comportamiento térmico y eléctrico de una celda solar fotovoltaica de estructura tipo pin de silicio amorfo utilizando el software Comsol Multiphysiscs
title_fullStr Análisis por simulación del comportamiento térmico y eléctrico de una celda solar fotovoltaica de estructura tipo pin de silicio amorfo utilizando el software Comsol Multiphysiscs
title_full_unstemmed Análisis por simulación del comportamiento térmico y eléctrico de una celda solar fotovoltaica de estructura tipo pin de silicio amorfo utilizando el software Comsol Multiphysiscs
title_sort Análisis por simulación del comportamiento térmico y eléctrico de una celda solar fotovoltaica de estructura tipo pin de silicio amorfo utilizando el software Comsol Multiphysiscs
dc.creator.fl_str_mv Guerrero Macías, Julián Eliecer
dc.contributor.advisor.spa.fl_str_mv Muñoz Maldonado, Yecid Alfonso
dc.contributor.author.spa.fl_str_mv Guerrero Macías, Julián Eliecer
dc.contributor.cvlac.spa.fl_str_mv Muñoz Maldonado, Yecid Alfonso [0001478388]
dc.contributor.googlescholar.spa.fl_str_mv Muñoz Maldonado, Yecid Alfonso [Flz965cAAAAJ]
dc.contributor.orcid.spa.fl_str_mv Muñoz Maldonado, Yecid Alfonso [0000-0002-5151-1068]
dc.contributor.scopus.*.fl_str_mv https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=56205558500
dc.contributor.researchgroup.spa.fl_str_mv Grupo de Investigación Control y Mecatrónica - GICYM
Grupo de Investigación Recursos, Energía, Sostenibilidad - GIRES
Grupo de Investigaciones Clínicas
dc.subject.keywords.eng.fl_str_mv Solar energy engineering
Photoelectric cells
Research
Analysis
Renewable energy
Solar panels
Thermal behavior
Drivers
topic Solar energy engineering
Photoelectric cells
Research
Analysis
Renewable energy
Solar panels
Thermal behavior
Drivers
Ingeniería en energía solar
Células fotoeléctricas
Investigaciones
Análisis
Energía renovable
Paneles solares
Comportamiento térmico
Conductores
dc.subject.lemb.spa.fl_str_mv Ingeniería en energía solar
Células fotoeléctricas
Investigaciones
Análisis
dc.subject.proposal.spa.fl_str_mv Energía renovable
Paneles solares
Comportamiento térmico
Conductores
description En el campo de la producción de energía, la fotovoltaica es la energía renovable que más creció en los últimos 6 años. Si bien la mayor proporción de paneles solares instalados hasta el momento es de silicio monocristalino y policristalino, existe una tendencia a diversificar los materiales semiconductores utilizados en la fabricación. Se buscan menores costos de fabricación y requerimientos sobre materiales para disminuir precios y así hacer altamente competitiva la generación fotovoltaica. Por ello, las celdas solares de lámina delgada (thin film), con un espesor dos órdenes de magnitud menor que las tecnologías tradicionales, reciben interés por parte de la comunidad científica para su desarrollo, y de la industria para su fabricación a gran escala. Dentro de las tecnologías de capa delgada, las celdas de silicio amorfo (a-Si) presentan amplias ventajas, de las que se destacan un coeficiente de absorción óptica mucho mayor a las tecnologías clásicas, unas 40 veces mayor esto tiene un efecto mucho mayor en la producción energética en zonas donde se tiene una mayor presencia de nubosidad, además de que el a-Si puede ser depositado sobre prácticamente cualquier sustrato permitiendo incluso flexibilidad y las temperaturas de fabricación no sobrepasan los 200 C en comparación a los 1000 C de las celdas monocrostalinas repercutiendo directamente en costos de fabricación menores. Sin embargo, aún resulta necesario obtener información cuantitativa precisa de los parámetros eléctricos, electrónicos y térmicos de la celda de (a-Si) que permitan encontrar estrategias superadoras para su diseño y preparación. Comúnmente los parámetros electrónicos típicos de las celdas solares se extraen mediante interpretación de curvas V-I de circuitos equivalentes y las características térmicas del material se analizan por separado. Asimismo en la bibliografía especializada no se encuentran estudios de celdas de a-Si donde se integren las dos físicas (eléctrica y térmica) en presencia de luz solar. Esto cobra importancia a la hora de determinar los parámetros que afectan el desempeño de la celda (espesores de capa, temperatura, sombras) los cuales pueden ser mejorados para lograr tecnologías más eficientes, confiables y económicas. Para lo cual en el presente estudio se modela y simula en 2D el comportamiento eléctrico y térmico de los semiconductores de una celda solar fotovoltaica de a-Si en presencia de luz solar con múltiples reflexiones a fin de determinar los parámetros que afecten el desempeño de la celda.
publishDate 2014
dc.date.issued.none.fl_str_mv 2014
dc.date.accessioned.none.fl_str_mv 2020-06-26T19:39:06Z
dc.date.available.none.fl_str_mv 2020-06-26T19:39:06Z
dc.type.driver.none.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/bachelorThesis
dc.type.local.spa.fl_str_mv Trabajo de Grado
dc.type.coar.none.fl_str_mv http://purl.org/coar/resource_type/c_7a1f
dc.type.redcol.none.fl_str_mv http://purl.org/redcol/resource_type/TP
format http://purl.org/coar/resource_type/c_7a1f
dc.identifier.uri.none.fl_str_mv http://hdl.handle.net/20.500.12749/1434
dc.identifier.instname.spa.fl_str_mv instname:Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNAB
dc.identifier.reponame.spa.fl_str_mv reponame:Repositorio Institucional UNAB
url http://hdl.handle.net/20.500.12749/1434
identifier_str_mv instname:Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNAB
reponame:Repositorio Institucional UNAB
dc.language.iso.spa.fl_str_mv spa
language spa
dc.relation.references.spa.fl_str_mv Guerrero Macías, Julián Eliecer (2014). Análisis por simulación del comportamiento térmico y eléctrico de una celda solar fotovoltaica de estructura tipo pin de silicio amorfo utilizando el software comsol multiphysiscs. Bucaramanga (Colombia) : Universidad Autónoma de Bucaramanga UNAB
dc.relation.references.none.fl_str_mv [1] J. M. Méndez Muñiz, R. Cuervo García y F. BUREAU VERITAS, Energía Solar Fotovoltaica, Madrid: Fundación Confemetal, 2009.
[2] M. Á. Sánchez, Energía Solar Fotovoltaica, Balderas: Limusa, 2008.
[3] M. Moro Vallina, Instalaciones Solares Fotovoltaicas, Madrid: Paraninfo, 2010.
[4] R. Boylestad y L. Nashelsky, Electrónica: Teoría de Circuitos y Dispositivos Electrónicos, 10a. ed., México: Pearson Educación, 2009.
R. Boylestad y L. Nashelsky, Electrónica: teoría de circuitos y dispositivos electrónicos, 8a. ed., México: Pearson Educación, 2003.
M. Green, Energía Fotovoltaica, Zaragoza: Acribia S.A., 2000.
Á. Mariño, «Aplicaciones del silicio amorfo (a-SI),» Momento, vol. II, nº 12, pp. 31-40, 1990.
S. SANYO, «Amorphous Silicon Solar Cells,» Catalog, Lima, 2007.
Celdas Fotovoltaicas en Generación Distribuida, Santiago de Chile: Pontificia Universidad Catolica de Chile, 2005.
C. Navas, «Energía Fotovoltaica.ws,» 12 Agosto 2012. [En línea]. Available: http://www.energiafotovoltaica.ws/celdas/celulas-fotovoltaicas-silicio-amorfo.html. [Último acceso: 10 05 2014].
K. Jansen, S. Kadan y J. Groelinger, «The advantages of Amorphous Silicon Photovoltaic Modules in Grid-tied Systems,» Energy Photovoltaics, vol. III, nº 1, pp. 1-4, 2012.
A. Shah, R. Platz y H. Keppner, «Thin-film silicon solar cells: A review and selected trends,» Solar energy materials and solar cells,, vol. I, nº 38, pp. 501-520, 1995.
A. Titus y M. Cheung, «CMOS Photodetectors,» de Electrical and Computer Engineering, New York, McGill, 2011, pp. 65-99.
P. Kamkird, N. Ketjoy, W. Rakwichian y S. Sukchai, «Investigation on Temperature Coefficients of Three Types Photovoltaic Module Technologies under Thailand Operating Condition,» Elsevier Procedia Engineering, vol. I, nº 32, pp. 376-383, 2012.
D. E. Carlson, G. Lin y G. Ganguly, «TEMPERATURE DEPENDENCE OF AMORPHOUS SILICON SOLAR CELL PV PARAMETERS,» BP Solar, vol. XII, nº 23, pp. 707-712, 2000.
K. Leung Ray, «Photovoltaic Cell Efficiency at Elevated Temperatures,» Massachusetts Institute of Technology, Massachusetts, 2010.
[18] R. Passler, «Semi-empirical descriptions of temperature Dependences of Band Gaps in Semiconductors,» physica status solidi, vol. III, nº 236, pp. 710-728, 2003.
R. Passler, «Dispersion-related description of temperature dependencies of band gaps in semiconductors,» Physical Review, vol. II, nº 66, pp. 81-99, 2002.
K. P. O'Donnell y X. Chen, «Temperature Dependence of Semiconductor Band Gaps,» Applied Physics, vol. LIV, nº 25, pp. 2924-2926, 1991.
S. M. Sze y N. K. Kwok, Physics of Semiconductor Device, New yersey: Wiley-Interscience, 2007.
A. H. Wilson, «Band Structure,» de The Physics of Semiconductors: An Introduction Including Nanophysics and Applications, Springer, 2010, pp. 139-183.
A. Doolittle, «Introduction to Semiconductors and Energy Bandgaps,» Georgia Tech, Georgia, 2010.
M. Hernandez Cisneros, «Física de Semiconductores,» Tecnológico de Costa Rica - Escuela de Ingeniería Electrónica, Costa Rica, 2007.
A. R. Moore, «Electron and Hole Drift Mobility in Amorphous Silicon,» Applied Physics Letters, vol. XXXI, nº 11, pp. 762-764, 1977.
[26] N. Arora, J. Hauser y D. Roulston, «Electron and Hole Mobilities in Silicon as a Function of Concentration and Temperature,» IEEE Transactions on Electron Devices, vol. II, nº 29, pp. 292-295, 1982.
J. I. Pankove y E. D. Carlson, «Electrical and Optical Properties od Hydrogenated Amorphous Silicon,» Anual Review od Materials Science, vol. X, nº 4, pp. 43-63, 1980.
M. Escribano Ródenas, «El análisis por elementos finitos: una metodología muy reciente en economía,» Universidad Complutense de Madrid, Madrid, 2012.
A. Carnicero, «Introducción al método de los elementos finitos,» MFA Editores, Cuidad de Mexico, 2010.
A. Llamazares, A. Busso y N. Bajares Luna, «Generación fotovoltaica: caracterización de una celda comparando datos experimentales y simulados aplicando un modelo teórico simple,» Comunicaciones Científicas y Tecnológicas 2000, Corrientes, 2002.
J. D. Santos Rodriguez, «Desarrollo y caracterización de dispositivos fotovoltaicos p-i-n de silicio amorfo depositados por PECVD,» Tesis Doctoral - UNIVERSIDAD COMPLUTENSE DE MADRID, Madrid, 2013.
MathWorks, «MathWorks Accelerating the pace of engineering and science,» MATLAB, 7 Octubre 2010. [En línea]. Available: http://www.mathworks.com/help/physmod/elec/ref/solarcell.html. [Último acceso: 2 Abril 2014].
MathWorks, «MathWorks Accelerating the pace of engineering and science,» MATLAB, 7 Octubre 2010. [En línea]. Available: http://www.mathworks.com/help/physmod/elec/ref/solarcell.html. [Último acceso: 2 Abril 2014].
J. A. Gow y C. D. Manning, «Development of a Photovoltaic Array Model for Use in Power-Electronics Simulation Studie,» IEEE Proceedings of Electric Power Applications, vol. CXLIII, nº 2, pp. 193-200, 1999.
R. S. Crandall, «Modeling of thin-film solar-cells - uniform-field approximation,» Journal of Applied Physics, vol. LIV, nº 12, pp. 7176-7186, 1983.
[35] J. Hubin y A. V. Shah, «Effect of the recombination function on the collection in a p-i-n solar-cell,» Philosophical Magazine B-physics of Condensed Matter Statistical Mechanics Electronic Optical and Magnetic Properties, vol. VI, nº 72, pp. 589-599, 1995.
[36] J. Merten, J. M. Asensi, C. Voz, A. V. Shah, A. V. Platz y J. Andreu, «Improved equivalent circuit and analytical model for amorphous silicon solar cells and modules,» Ieee Transactions On Electron Devices, vol. II, nº 45, pp. 423-429, 1998.
[37] S. Ponce Alcántara, «CÉLULAS SOLARES DE SILICIO: FUNDAMENTOS Y APLICACIONES FUNDAMENTOS Y APLICACIONES,» UFC editorial, Málaga, 2008.
[38] R. Nurnberg, A. Glitzky y H. Stephan, «WIAS-TeSCA simulation in photovoltaics,» Helmholtz Zentrum Berlin, Berlin, 2012.
[39] N. Allsop, R. Nurnburg, M. Lux-Steiner y T. Shedel-Niedrig, «3D Simulations of a Point Contact Heterojunction Solar Cell,» Helmoltz Zentrum Berlin, Berlin, 2012.
[40] L. Shi, «2‐D Modeling of Organic Solar Cells,» Bigersson, New York, 2011.
[41] U. d. Toronto, «3D Multi-Scale Simulation of Thin Film Photovoltaics,» Universidad de Toronto, Toronto, 2010.
[42] D. Torres Lobera y S. Valkealahti, «Inclusive dynamic thermal and electric simulation model of solar PV systems under varying atmospheric conditions,» Solar Energy, nº 105, pp. 632-647, 2014.
[43] Smith y R. A. Smith, «Semiconductors,» Cambridge University Press, vol. II, nº 2, 1979.
[44] G. G. Gordillo, «Conversión Fotovoltaica de la Energía Solar,» Revista Academica Colombiana de Ciencia, vol. XXII, nº 83, pp. 203-211, 1998.
[45] A. H. Pawlikiewicz, «Numerical modeling of an amorphous-silicon-based p-i-n solar cell,» IEEE Transactions on Electron Devices, vol. XXXVII, nº 2, pp. 403-409, 1990.
[46] D. M. Pozar, Microwave Engineering, Massachusetts: Jhon Wiley and Sons, Inc, 2011.
[47] G. Ghione, Dispositivi per la Microelettronica, Italia: McGraw, 1998.
[48] K. Misiakos y D. Tsamakis, « Accurate measurements of the silicon intrinsic carrier density from 78 to 340 K,» Journal of Applied Physics, vol. 74, nº 5, p. 3293, 1993.
[49] J. Calderer Cardona, Dispositivos Electrónicos y Fotónicos. Fundamentos, Barcelona: EDICIONES UPC, 2003.
[50] R. Maldonado Basillo, «Dispositivos semiconductores amplificadores de luz y sus aplicaciones,» Temas de Ciencia y Tecnología, vol. V, nº 15, pp. 21-28, 2001.
dc.rights.uri.*.fl_str_mv http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/co/
dc.rights.local.spa.fl_str_mv Abierto (Texto Completo)
dc.rights.accessrights.spa.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
http://purl.org/coar/access_right/c_abf2
dc.rights.creativecommons.*.fl_str_mv Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 Colombia
rights_invalid_str_mv http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/co/
Abierto (Texto Completo)
http://purl.org/coar/access_right/c_abf2
Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 Colombia
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.mimetype.spa.fl_str_mv application/pdf
dc.coverage.spa.fl_str_mv Bucaramanga (Santander, Colombia)
dc.coverage.campus.spa.fl_str_mv UNAB Campus Bucaramanga
dc.publisher.grantor.spa.fl_str_mv Universidad Autónoma de Bucaramanga UNAB
dc.publisher.faculty.spa.fl_str_mv Facultad Ingeniería
dc.publisher.program.spa.fl_str_mv Pregrado Ingeniería en Energía
institution Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNAB
bitstream.url.fl_str_mv https://repository.unab.edu.co/bitstream/20.500.12749/1434/3/2014_Tesis_Guerrero_Macias_Julian_Eliecer.pdf.jpg
https://repository.unab.edu.co/bitstream/20.500.12749/1434/1/2014_Tesis_Guerrero_Macias_Julian_Eliecer.pdf
https://repository.unab.edu.co/bitstream/20.500.12749/1434/4/2014_SolidWorks_Julian_Guerrero.7z
https://repository.unab.edu.co/bitstream/20.500.12749/1434/5/2014_Video_Simulations_Julian_Guerrero.7z
bitstream.checksum.fl_str_mv e273f42b0a3ac1d9f863aaa13d1b445b
bc42af246ef11a1f2a0d6f8f2e8547d8
a0885069387d3f562097dd2b11c542c2
d13c21fe8c4d5e5527479f3d99592629
bitstream.checksumAlgorithm.fl_str_mv MD5
MD5
MD5
MD5
repository.name.fl_str_mv Repositorio Institucional | Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNAB
repository.mail.fl_str_mv repositorio@unab.edu.co
_version_ 1828219797311062016
spelling Muñoz Maldonado, Yecid Alfonsod4c5b1f0-b1ac-4bd0-9962-98368b612214-1Guerrero Macías, Julián Eliecer9dcd31d6-f3a8-443a-acab-980c9250cd34-1Muñoz Maldonado, Yecid Alfonso [0001478388]Muñoz Maldonado, Yecid Alfonso [Flz965cAAAAJ]Muñoz Maldonado, Yecid Alfonso [0000-0002-5151-1068]https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=56205558500Grupo de Investigación Control y Mecatrónica - GICYMGrupo de Investigación Recursos, Energía, Sostenibilidad - GIRESGrupo de Investigaciones Clínicas2020-06-26T19:39:06Z2020-06-26T19:39:06Z2014http://hdl.handle.net/20.500.12749/1434instname:Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNABreponame:Repositorio Institucional UNABEn el campo de la producción de energía, la fotovoltaica es la energía renovable que más creció en los últimos 6 años. Si bien la mayor proporción de paneles solares instalados hasta el momento es de silicio monocristalino y policristalino, existe una tendencia a diversificar los materiales semiconductores utilizados en la fabricación. Se buscan menores costos de fabricación y requerimientos sobre materiales para disminuir precios y así hacer altamente competitiva la generación fotovoltaica. Por ello, las celdas solares de lámina delgada (thin film), con un espesor dos órdenes de magnitud menor que las tecnologías tradicionales, reciben interés por parte de la comunidad científica para su desarrollo, y de la industria para su fabricación a gran escala. Dentro de las tecnologías de capa delgada, las celdas de silicio amorfo (a-Si) presentan amplias ventajas, de las que se destacan un coeficiente de absorción óptica mucho mayor a las tecnologías clásicas, unas 40 veces mayor esto tiene un efecto mucho mayor en la producción energética en zonas donde se tiene una mayor presencia de nubosidad, además de que el a-Si puede ser depositado sobre prácticamente cualquier sustrato permitiendo incluso flexibilidad y las temperaturas de fabricación no sobrepasan los 200 C en comparación a los 1000 C de las celdas monocrostalinas repercutiendo directamente en costos de fabricación menores. Sin embargo, aún resulta necesario obtener información cuantitativa precisa de los parámetros eléctricos, electrónicos y térmicos de la celda de (a-Si) que permitan encontrar estrategias superadoras para su diseño y preparación. Comúnmente los parámetros electrónicos típicos de las celdas solares se extraen mediante interpretación de curvas V-I de circuitos equivalentes y las características térmicas del material se analizan por separado. Asimismo en la bibliografía especializada no se encuentran estudios de celdas de a-Si donde se integren las dos físicas (eléctrica y térmica) en presencia de luz solar. Esto cobra importancia a la hora de determinar los parámetros que afectan el desempeño de la celda (espesores de capa, temperatura, sombras) los cuales pueden ser mejorados para lograr tecnologías más eficientes, confiables y económicas. Para lo cual en el presente estudio se modela y simula en 2D el comportamiento eléctrico y térmico de los semiconductores de una celda solar fotovoltaica de a-Si en presencia de luz solar con múltiples reflexiones a fin de determinar los parámetros que afecten el desempeño de la celda.INTRODUCCIÓN 12 OBJETIVOS 13 1. Objetivo General: 13 2. Resultados Esperados: 13 CAPÍTULO 1 14 MARCO TEÓRICO 14 1.1. Energía Solar 14 1.2. El sol como fuente energética 15 1.2.1 Radiación Solar Disponible 16 1.2.2. Constante Solar 18 1.3. Aplicaciones y Ventajas de la Energía Solar 19 1.4. Descripción de Sistemas Fotovoltaicos 21 1.4.1. Sistemas Aislados 22 1.4.2. Sistema de conexión a red 23 1.4.3. Sistemas Híbridos 24 1.5. PANELES FOTOVOLTAICOS 25 1.5.1. Partes de un Panel Fotovoltaico 26 1.5.2. Tipos de Celdas Fotovoltaicas 27 1.5.3. Curvas Características 29 1.6. MATERIALES SEMICONDUCTORES 32 1.6.1. Enlace Covalente y Materiales Intrínsecos 32 1.6.2. Niveles de Energía 34 1.6.3. Materiales Extrínsecos: Materiales tipo n y tipo p 36 1.6.4. Flujo de Electrones Contra Flujo de Huecos 38 1.6.5. Unión PN en Celdas Solares 39 1.7. CELDAS SOLARES DE SILICIO AMORFO 40 1.7.1. Ventajas y Desventajas 40 1.7.2. Unión P-I-N 42 1.7.3. Efecto de la Temperatura en Celdas Fotovoltaicas 43 1.8. MÉTODO DE ELEMENTOS FINITOS 46 1.8.1. Conceptos Generales del Método 47 CAPÍTULO 2 49 ESTADO DEL ARTE 49 2.1. MODELOS ELECTRICOS DE CELDAS SOLARES 49 2.1.1. El Modelo de Merten-Asensi 51 2.2. Modelos de Física de Semiconductores 53 2.2.1. Ecuaciones Electrostáticas 53 2.2.2. Ecuaciones de Densidad de Corriente 54 2.2.3. Ecuaciones de Continuidad 55 2.3. MODELOS TÉRMICOS DE CELDAS SOLARES 56 2.3.1. Propiedades térmicas de Celdas Solares 57 CAPÍTULO 3 59 METODOLOGÍA 59 3.1. Metodología de Simulación en COMSOL Multiphysics 59 3.1.1. Estudio de Luz 61 3.1.2. Ecuaciones de Fresnel 62 3.1.3. Modelo de Drift-Diffusion en Condiciones de Equilibrio 66 3.1.4. Modelo de Drift-Diffusion en Condiciones Fuera de Equilibrio 70 3.2. Desarrollo de la Simulación 72 3.2.1. Parámetros Globales de Simulación 72 3.2.2. Índice de Refracción del Silicio 74 3.2.3. Perfil de Dopaje de la celda tipo PIN 75 3.2.4. Mallado 76 3.2.5. Parámetros dependientes de la Temperatura 77 3.2.6. Parámetros de Convergencia 79 CAPÍTULO 4 80 RESULTADOS 80 4.1. Resultados Estudio 1 - Luz 80 4.1.2. Resultados Estudio 1 – Luz (Variación de la longitud de Onda) 82 4.2. Resultados Estudio 2 – Electrostática en equilibrio 84 4.2.1. Resultados Estudio 2 – Electrostática en equilibrio con variación de la Temperatura 86 4.3. Resultados Estudio 3 – Electrostática fuera de Equilibrio 87 4.3.1. Resultados Estudio 3 – Electrostática fuera de Equilibrio con variación en la Temperatura. 90 CAPÍTULO 5 93 CONCLUSIONES 93 Bibliografía 94PregradoIn the field of energy production, photovoltaics is the renewable energy that has grown the most in the last 6 years. Although the largest proportion of solar panels installed so far is monocrystalline and polycrystalline silicon, there is a trend to diversify the semiconductor materials used in manufacturing. Lower manufacturing costs and material requirements are sought to lower prices and thus make photovoltaic generation highly competitive. For this reason, thin film solar cells, with a thickness two orders of magnitude less than traditional technologies, are receiving interest from the scientific community for their development, and from industry for their large-scale manufacturing. Within thin-film technologies, amorphous silicon cells (a-Si) have many advantages, of which a much higher optical absorption coefficient than classical technologies stands out, about 40 times higher, this has a much greater effect on energy production in areas where there is a greater presence of cloudiness, in addition to the fact that a-Si can be deposited on practically any substrate, even allowing flexibility and manufacturing temperatures do not exceed 200 C compared to 1000 C of the cells monocrostalines directly impacting lower manufacturing costs. However, it is still necessary to obtain accurate quantitative information on the electrical, electronic and thermal parameters of the (a-Si) cell in order to find better strategies for its design and preparation. Commonly the typical electronic parameters of solar cells are extracted by interpretation of V-I curves of equivalent circuits and the thermal characteristics of the material are analyzed separately. Also in the specialized bibliography there are no studies of a-Si cells where the two physics (electrical and thermal) are integrated in the presence of sunlight. This becomes important when determining the parameters that affect cell performance (layer thickness, temperature, shadows) which can be improved to achieve more efficient, reliable and economical technologies. For which in the present study, the electrical and thermal behavior of the semiconductors of an a-Si photovoltaic solar cell in the presence of sunlight with multiple reflections is modeled and simulated in 2D in order to determine the parameters that affect the performance of the photovoltaic cell. cell.Modalidad Presencialapplication/pdfspahttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/co/Abierto (Texto Completo)info:eu-repo/semantics/openAccesshttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 ColombiaAnálisis por simulación del comportamiento térmico y eléctrico de una celda solar fotovoltaica de estructura tipo pin de silicio amorfo utilizando el software Comsol MultiphysiscsAnalysis by simulation of the thermal and electrical behavior of a photovoltaic solar cell with an amorphous silicon pin-type structure using the Comsol Multiphysiscs softwareIngeniero en EnergíaBucaramanga (Santander, Colombia)UNAB Campus BucaramangaUniversidad Autónoma de Bucaramanga UNABFacultad IngenieríaPregrado Ingeniería en Energíainfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisTrabajo de Gradohttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fhttp://purl.org/redcol/resource_type/TPSolar energy engineeringPhotoelectric cellsResearchAnalysisRenewable energySolar panelsThermal behaviorDriversIngeniería en energía solarCélulas fotoeléctricasInvestigacionesAnálisisEnergía renovablePaneles solaresComportamiento térmicoConductoresGuerrero Macías, Julián Eliecer (2014). Análisis por simulación del comportamiento térmico y eléctrico de una celda solar fotovoltaica de estructura tipo pin de silicio amorfo utilizando el software comsol multiphysiscs. Bucaramanga (Colombia) : Universidad Autónoma de Bucaramanga UNAB[1] J. M. Méndez Muñiz, R. Cuervo García y F. BUREAU VERITAS, Energía Solar Fotovoltaica, Madrid: Fundación Confemetal, 2009.[2] M. Á. Sánchez, Energía Solar Fotovoltaica, Balderas: Limusa, 2008.[3] M. Moro Vallina, Instalaciones Solares Fotovoltaicas, Madrid: Paraninfo, 2010.[4] R. Boylestad y L. Nashelsky, Electrónica: Teoría de Circuitos y Dispositivos Electrónicos, 10a. ed., México: Pearson Educación, 2009.R. Boylestad y L. Nashelsky, Electrónica: teoría de circuitos y dispositivos electrónicos, 8a. ed., México: Pearson Educación, 2003.M. Green, Energía Fotovoltaica, Zaragoza: Acribia S.A., 2000.Á. Mariño, «Aplicaciones del silicio amorfo (a-SI),» Momento, vol. II, nº 12, pp. 31-40, 1990.S. SANYO, «Amorphous Silicon Solar Cells,» Catalog, Lima, 2007.Celdas Fotovoltaicas en Generación Distribuida, Santiago de Chile: Pontificia Universidad Catolica de Chile, 2005.C. Navas, «Energía Fotovoltaica.ws,» 12 Agosto 2012. [En línea]. Available: http://www.energiafotovoltaica.ws/celdas/celulas-fotovoltaicas-silicio-amorfo.html. [Último acceso: 10 05 2014].K. Jansen, S. Kadan y J. Groelinger, «The advantages of Amorphous Silicon Photovoltaic Modules in Grid-tied Systems,» Energy Photovoltaics, vol. III, nº 1, pp. 1-4, 2012.A. Shah, R. Platz y H. Keppner, «Thin-film silicon solar cells: A review and selected trends,» Solar energy materials and solar cells,, vol. I, nº 38, pp. 501-520, 1995.A. Titus y M. Cheung, «CMOS Photodetectors,» de Electrical and Computer Engineering, New York, McGill, 2011, pp. 65-99.P. Kamkird, N. Ketjoy, W. Rakwichian y S. Sukchai, «Investigation on Temperature Coefficients of Three Types Photovoltaic Module Technologies under Thailand Operating Condition,» Elsevier Procedia Engineering, vol. I, nº 32, pp. 376-383, 2012.D. E. Carlson, G. Lin y G. Ganguly, «TEMPERATURE DEPENDENCE OF AMORPHOUS SILICON SOLAR CELL PV PARAMETERS,» BP Solar, vol. XII, nº 23, pp. 707-712, 2000.K. Leung Ray, «Photovoltaic Cell Efficiency at Elevated Temperatures,» Massachusetts Institute of Technology, Massachusetts, 2010.[18] R. Passler, «Semi-empirical descriptions of temperature Dependences of Band Gaps in Semiconductors,» physica status solidi, vol. III, nº 236, pp. 710-728, 2003.R. Passler, «Dispersion-related description of temperature dependencies of band gaps in semiconductors,» Physical Review, vol. II, nº 66, pp. 81-99, 2002.K. P. O'Donnell y X. Chen, «Temperature Dependence of Semiconductor Band Gaps,» Applied Physics, vol. LIV, nº 25, pp. 2924-2926, 1991.S. M. Sze y N. K. Kwok, Physics of Semiconductor Device, New yersey: Wiley-Interscience, 2007.A. H. Wilson, «Band Structure,» de The Physics of Semiconductors: An Introduction Including Nanophysics and Applications, Springer, 2010, pp. 139-183.A. Doolittle, «Introduction to Semiconductors and Energy Bandgaps,» Georgia Tech, Georgia, 2010.M. Hernandez Cisneros, «Física de Semiconductores,» Tecnológico de Costa Rica - Escuela de Ingeniería Electrónica, Costa Rica, 2007.A. R. Moore, «Electron and Hole Drift Mobility in Amorphous Silicon,» Applied Physics Letters, vol. XXXI, nº 11, pp. 762-764, 1977.[26] N. Arora, J. Hauser y D. Roulston, «Electron and Hole Mobilities in Silicon as a Function of Concentration and Temperature,» IEEE Transactions on Electron Devices, vol. II, nº 29, pp. 292-295, 1982.J. I. Pankove y E. D. Carlson, «Electrical and Optical Properties od Hydrogenated Amorphous Silicon,» Anual Review od Materials Science, vol. X, nº 4, pp. 43-63, 1980.M. Escribano Ródenas, «El análisis por elementos finitos: una metodología muy reciente en economía,» Universidad Complutense de Madrid, Madrid, 2012.A. Carnicero, «Introducción al método de los elementos finitos,» MFA Editores, Cuidad de Mexico, 2010.A. Llamazares, A. Busso y N. Bajares Luna, «Generación fotovoltaica: caracterización de una celda comparando datos experimentales y simulados aplicando un modelo teórico simple,» Comunicaciones Científicas y Tecnológicas 2000, Corrientes, 2002.J. D. Santos Rodriguez, «Desarrollo y caracterización de dispositivos fotovoltaicos p-i-n de silicio amorfo depositados por PECVD,» Tesis Doctoral - UNIVERSIDAD COMPLUTENSE DE MADRID, Madrid, 2013.MathWorks, «MathWorks Accelerating the pace of engineering and science,» MATLAB, 7 Octubre 2010. [En línea]. Available: http://www.mathworks.com/help/physmod/elec/ref/solarcell.html. [Último acceso: 2 Abril 2014].MathWorks, «MathWorks Accelerating the pace of engineering and science,» MATLAB, 7 Octubre 2010. [En línea]. Available: http://www.mathworks.com/help/physmod/elec/ref/solarcell.html. [Último acceso: 2 Abril 2014].J. A. Gow y C. D. Manning, «Development of a Photovoltaic Array Model for Use in Power-Electronics Simulation Studie,» IEEE Proceedings of Electric Power Applications, vol. CXLIII, nº 2, pp. 193-200, 1999.R. S. Crandall, «Modeling of thin-film solar-cells - uniform-field approximation,» Journal of Applied Physics, vol. LIV, nº 12, pp. 7176-7186, 1983.[35] J. Hubin y A. V. Shah, «Effect of the recombination function on the collection in a p-i-n solar-cell,» Philosophical Magazine B-physics of Condensed Matter Statistical Mechanics Electronic Optical and Magnetic Properties, vol. VI, nº 72, pp. 589-599, 1995.[36] J. Merten, J. M. Asensi, C. Voz, A. V. Shah, A. V. Platz y J. Andreu, «Improved equivalent circuit and analytical model for amorphous silicon solar cells and modules,» Ieee Transactions On Electron Devices, vol. II, nº 45, pp. 423-429, 1998.[37] S. Ponce Alcántara, «CÉLULAS SOLARES DE SILICIO: FUNDAMENTOS Y APLICACIONES FUNDAMENTOS Y APLICACIONES,» UFC editorial, Málaga, 2008.[38] R. Nurnberg, A. Glitzky y H. Stephan, «WIAS-TeSCA simulation in photovoltaics,» Helmholtz Zentrum Berlin, Berlin, 2012.[39] N. Allsop, R. Nurnburg, M. Lux-Steiner y T. Shedel-Niedrig, «3D Simulations of a Point Contact Heterojunction Solar Cell,» Helmoltz Zentrum Berlin, Berlin, 2012.[40] L. Shi, «2‐D Modeling of Organic Solar Cells,» Bigersson, New York, 2011.[41] U. d. Toronto, «3D Multi-Scale Simulation of Thin Film Photovoltaics,» Universidad de Toronto, Toronto, 2010.[42] D. Torres Lobera y S. Valkealahti, «Inclusive dynamic thermal and electric simulation model of solar PV systems under varying atmospheric conditions,» Solar Energy, nº 105, pp. 632-647, 2014.[43] Smith y R. A. Smith, «Semiconductors,» Cambridge University Press, vol. II, nº 2, 1979.[44] G. G. Gordillo, «Conversión Fotovoltaica de la Energía Solar,» Revista Academica Colombiana de Ciencia, vol. XXII, nº 83, pp. 203-211, 1998.[45] A. H. Pawlikiewicz, «Numerical modeling of an amorphous-silicon-based p-i-n solar cell,» IEEE Transactions on Electron Devices, vol. XXXVII, nº 2, pp. 403-409, 1990.[46] D. M. Pozar, Microwave Engineering, Massachusetts: Jhon Wiley and Sons, Inc, 2011.[47] G. Ghione, Dispositivi per la Microelettronica, Italia: McGraw, 1998.[48] K. Misiakos y D. Tsamakis, « Accurate measurements of the silicon intrinsic carrier density from 78 to 340 K,» Journal of Applied Physics, vol. 74, nº 5, p. 3293, 1993.[49] J. Calderer Cardona, Dispositivos Electrónicos y Fotónicos. Fundamentos, Barcelona: EDICIONES UPC, 2003.[50] R. Maldonado Basillo, «Dispositivos semiconductores amplificadores de luz y sus aplicaciones,» Temas de Ciencia y Tecnología, vol. V, nº 15, pp. 21-28, 2001.THUMBNAIL2014_Tesis_Guerrero_Macias_Julian_Eliecer.pdf.jpg2014_Tesis_Guerrero_Macias_Julian_Eliecer.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg6148https://repository.unab.edu.co/bitstream/20.500.12749/1434/3/2014_Tesis_Guerrero_Macias_Julian_Eliecer.pdf.jpge273f42b0a3ac1d9f863aaa13d1b445bMD53open accessORIGINAL2014_Tesis_Guerrero_Macias_Julian_Eliecer.pdf2014_Tesis_Guerrero_Macias_Julian_Eliecer.pdfTesisapplication/pdf3939294https://repository.unab.edu.co/bitstream/20.500.12749/1434/1/2014_Tesis_Guerrero_Macias_Julian_Eliecer.pdfbc42af246ef11a1f2a0d6f8f2e8547d8MD51open access2014_SolidWorks_Julian_Guerrero.7z2014_SolidWorks_Julian_Guerrero.7zSolidworksapplication/octet-stream1426091https://repository.unab.edu.co/bitstream/20.500.12749/1434/4/2014_SolidWorks_Julian_Guerrero.7za0885069387d3f562097dd2b11c542c2MD54open access2014_Video_Simulations_Julian_Guerrero.7z2014_Video_Simulations_Julian_Guerrero.7zVídeoapplication/octet-stream1115343https://repository.unab.edu.co/bitstream/20.500.12749/1434/5/2014_Video_Simulations_Julian_Guerrero.7zd13c21fe8c4d5e5527479f3d99592629MD55open access20.500.12749/1434oai:repository.unab.edu.co:20.500.12749/14342024-01-21 11:24:40.213open accessRepositorio Institucional | Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNABrepositorio@unab.edu.co