La demanda global de energía ha aumentado exponencialmente en los últimos años, lo que ha llevado a la implementación de políticas energéticas que buscan garantizar un crecimiento económico sostenible. Uno de los pilares fundamentales de estas políticas es el rendimiento energético, el cual también asegura una mayor seguridad energética a nivel mundial. Se estima que aproximadamente el 80% de la energía primaria consumida proviene de combustibles fósiles, por lo que la disminución de estas fuentes puede afectar la producción de energía eléctrica. Organizaciones como la OPEC y WEC han llevado a cabo diversos estudios de pronóstico relacionados con la energía global futura. El crecimiento y la prosperidad de cualquier país pueden mejorar significativamente gracias al sector energético, el cual también puede desempeñar un papel crucial en la sostenibilidad social y la protección del medio ambiente [1].
El cambio climático y el aumento de la población son considerados como dos de las principales fuerzas impulsoras de la energía a nivel global. Se sugiere que la eficiencia energética, el comportamiento del consumidor, las inversiones en infraestructura y los shocks financieros son fuerzas impulsoras de la economía de cada país. La relación global y su gobernanza son factores clave en el mercado energético global. Las fuerzas impulsoras tecnológicas incluyen el desarrollo de energías renovables y el sector del petróleo y el gas [2]. La disponibilidad de fuentes de energía mejora el crecimiento económico de un país, y la disponibilidad de estas fuentes a largo plazo mejora aún más la condición económica del país. Se estima que el consumo global de fuentes de energía puede aumentar hasta un 50% entre 2005 y 2030. Los países en desarrollo como India y China serán los principales consumidores de energía en los próximos años [3]. Los combustibles fósiles se utilizan principalmente en los automóviles, y su uso como combustible resulta en altas emisiones. Esto contribuye directa e indirectamente al calentamiento global y es una de las causas del cambio climático. Por esta razón, se presta más atención a las fuentes de energía renovable y se lleva a cabo una investigación significativa en este campo. Sin embargo, las fuentes de energía sostenible son prioritarias en la investigación. El crecimiento en la utilización de fuentes de energía renovable está reemplazando gradualmente a los combustibles fósiles. La energía solar, la energía eólica, la bioenergía, entre otras, son las fuentes de energía renovable o no convencional más utilizadas. La energía solar es una fuente de energía popular que ha reemplazado significativamente a los combustibles fósiles en los últimos años [4]. El agotamiento de la capa de ozono es un problema grave, ya que esta capa protege a los seres humanos, animales y plantas de los dañinos rayos UV. El uso de refrigerantes convencionales es una de las principales causas de la depleción de la capa de ozono [5]. Las subvenciones otorgadas a los dispositivos de conversión de energía renovable promueven la utilización de fuentes de energía renovable en diversas aplicaciones [6].
Principio de funcionamiento de una célula fotovoltaica
El funcionamiento de una célula fotovoltaica, también conocida como célula solar, se basa en el efecto fotovoltaico. Esta célula está compuesta por un material semiconductor, como el silicio, que absorbe la luz solar y la convierte en energía eléctrica. Una película antirreflejo hecha de óxidos metálicos, como el titanio, absorbe la luz solar y la transmite. El semiconductor de tipo P contiene más huecos que electrones, siendo p la abreviatura de positivo. La corriente fluye a medida que los portadores de carga mayoritarios son los huecos, mientras que los electrones actúan como portadores de carga minoritarios. Se ha observado que el electrón es el portador de carga mayoritario en el semiconductor de tipo N, y este dona electrones. Además, la concentración de impurezas es mayor en la capa de semiconductor de tipo N, mientras que es menor en la capa de semiconductor de tipo P, lo que crea una zona de agotamiento en la capa de tipo P. Cuando se combinan las capas de tipo N y P, los electrones fluyen desde la capa de tipo N hacia la zona de agotamiento de la capa de tipo P. Este movimiento forma una zona llamada zona de agotamiento. La capa de tipo P se carga negativamente cuando los huecos en la zona de agotamiento se llenan con electrones [7], [8].
Cuando la luz solar incide sobre la célula fotovoltaica, esta absorbe la luz solar y llega a la unión PN. La célula fotovoltaica convierte la luz solar en corriente continua (CC). El flujo de electrones o carga negativa crea una corriente eléctrica. Se ha informado que una sola célula solar puede generar un máximo de aproximadamente 0.6 V de voltaje de circuito abierto [9]. La figura 1 muestra el principio de funcionamiento de una célula solar. Los componentes importantes de un panel solar fotovoltaico se representan en la figura
La corriente producida por una sola célula solar es baja, por lo que varias células solares se configuran generalmente en diferentes configuraciones para aumentar la corriente y el voltaje. El panel solar se forma conectando varias células solares entre sí. Las células solares se conectan en serie para aumentar el voltaje, mientras que la corriente permanece constante. La conexión en paralelo de las células solares resulta en un aumento de la corriente eléctrica, mientras que el voltaje permanece constante. Si las células solares se conectan en serie y en paralelo, tanto la corriente como el voltaje pueden aumentar.
Según la revisión de literatura realizada, se observa que el potencial de la energía solar es muy alto y la mayoría de los países han comenzado a optar por fuentes de energía solar renovables o convencionales. El sistema de paneles solares fotovoltaicos se utiliza ampliamente para producir energía eléctrica a partir de la energía solar más popular. Sin embargo, diversas condiciones ambientales afectan el rendimiento de los paneles solares fotovoltaicos, lo que plantea desafíos y oportunidades para superar este problema. Por lo tanto, este trabajo se lleva a cabo para comprender la influencia de las condiciones ambientales en el rendimiento de los paneles solares fotovoltaicos y discutir diversos métodos para enfriarlos.