Temperatura de operación de una celda solar fotovoltaica

Abstract

Llevamos a cabo una optimización termodinámica de una celda solar en este trabajo. Tomamos como base la propuesta general de T. Markvart de la generación de entropía de una fotocelda. El modelaje de esta optimización se realiza al hacer una analogía de la celda solar con una máquina térmica: la conservación de fotones se da en el proceso de absorción de fotones provenientes de un reservorio a una temperatura alta, la realización de trabajo por parte de la celda, al tiempo que irradia calor y reemite fotones a una temperatura menor; a la vez que transportan energía y entropía.

Se consideran tres fenómenos básicos que generan entropía: el movimiento cinemático de electrones dentro de la celda, esto es, las corrientes presentes en su funcionamiento, el enfriamiento de los fotones y la expansión de los haces de luz en la celda solar.

En este trabajo refinamos el modelo general de T. Markvart, elegimos ecuaciones de las corrientes presentes en el funcionamiento de una celda solar ideal, mientras que respetamos el modelo en sus elementos representativos del enfriamiento de los fotones y despreciamos la generación de entropía por parte de la expansión de luz, ya que no tiene una relación explícita con la variación de la temperaura. Más adelante adimensionalizamos el modelo refinado con parámetros propuestos. Ocupamos el método matemático de los multiplicadores de Lagrange para optimizar la función obtenida y damos solución a la ecuación resultante con el uso de un software estudiantil comercial, para después realizar el análisis de los resultados. Llevamos acabo, así, la primer solución para la temperatura del modelo de generación de entropía propuesto. Y concluimos con propuestas de diseño y funcionamiento de la celda solar ideal.