¿Cómo funcionan las celdas fotovoltaicas?

Una celda fotovoltaica convierte la energía solar en eléctrica, pero ¿cómo?

 

panel-solar

La historia de las celdas fotovoltaicas comenzó con el descubrimiento del efecto fotoeléctrico en el año 1839 por el francés Alexandre-Edmond Becquerel, quien colocó cloruro de plata en una solución ácida, la iluminó y le conectó unos electrodos de platino, con lo que generó corriente eléctrica.

Para 1883, Charles Fritts creó la primera celda solar que además del semiconductor contenía una delgada capa de oro. Este dispositivo consiguió una eficiencia del 1%. A partir de entonces se ha experimentado con diferentes materiales semiconductores (materiales que conducen una ligera carga eléctrica) para elevar la eficiencia de las celdas fotovoltaicas hasta las que conocemos hoy en día.

Una celda fotovoltaica es un dispositivo electrónico que convierte la energía luminosa, la luz, en energía eléctrica. Es decir, absorbe los fotones de la luz para liberar electrones que puede usar en una corriente eléctrica. Los paneles solares no son más que varias celdas trabajando de forma conjunta para generar un mayor potencial eléctrico. Algunos paneles cuentan con 36 o más celdas.

celda_solar-vs-panel_solar

La pregunta que deberíamos responder ahora sería ¿cómo es que funciona una celda fotovoltaica exactamente? Estos dispositivos están hechos de dos tipos de materiales semiconductores, uno de carga positiva (p) y otro de carga negativa (n). Cuando son expuestos a la luz permiten que un fotón de la luz solar “arranque” un electrón, el electrón libre deja un “hueco” que será llenado por otro electrón que a su vez fue arrancado de su propio átomo.

efecto-fotoelectrico
Efecto fotoeléctrico

El trabajo de la celda es provocar que los electrones libres vayan de un material semiconductor a otro en busca de un “hueco” que llenar. Esto produce una diferencia de potencial y por tanto una corriente eléctrica, es decir, que se producirá un flujo de electricidad del punto de mayor potencial al de menor potencial hasta que en los dos puntos el potencial sea el mismo.

La energía solar se ha extendido en diversos países como una fuente importante de electricidad, también es considerada como una de las fuentes de energía para el futuro, debido a que el sol es un recurso inagotable y a que este tipo de energía no produce residuos. Actualmente la eficiencia de las celdas solares se encuentra alrededor del 12% según las condiciones climáticas y el material de que estén constituidas. Las menos eficientes dan un 6%, mientras que, dentro del laboratorio, se ha logrado una eficiencia del 42%.

La eficiencia de una celda o un panel tiene que ver con varios factores, uno de ellos, por supuesto, es el material semiconductor que elija el fabricante. Además, tiene gran importancia qué porcentaje de la luz del sol que llega hasta la celda es reflejada por ella y desaprovechada. Tan relevante es este factor de reflexión que se han desarrollado recubrimientos especiales capaces de absorber la luz de manera uniforme independientemente del ángulo del panel con respecto al sol.

La energía solar depende mucho de la latitud en que se instalen los paneles; ya que según esta puede aprovecharse más o menos el potencial de los rayos solares. La eficiencia de una instalación dependerá de la orientación y la inclinación del dispositivo hacia la luz solar.

Dentro de un panel solar común podemos encontrar diferentes capas:

  • Cubierta de vidrio templado.
  • Varias subcapas de materal encapsulante que protege las células; ya que tienen una alta transmisión de la radiación y una baja degradabilidad a lo largo del tiempo.
  • Celdas fotovoltáicas.
  • Cubiertas posteriores de TEDLAR o vidrio generalmente opacas y de color claro para reflejar la luz que traspasó las celdas. Esto hace que la luz regrese al frente del panel y que pase de nuevo por las celdas hasta ser absorbida.
  • Un marco de acero inoxidable o aluminio anodizado que sujeta el conjunto.

Los paneles fotovoltaicos pueden implantarse de diferentes maneras:

fotocelda
Celda solar

-Aplicaciones autónomas: Son aquellas en las que los paneles abastecen el lugar en el que recogen la energía solar; como abastecimientos de hogares o alumbrado público.

-Aplicaciones en red: Son aplicaciones en las que la energía generada no se consume en el mismo sitio de producción, sino que se vende al país al que pertenezca la instalación, como los “parques” o “huertos” solares.

México es uno de los 5 países en el mundo con mayor potencial de radiación solar (5 kWh/m² por día), lo que lo convierte en un sitio ideal para invertir en este tipo de tecnología. La energía solar depende mucho de la latitud en que se instalen los paneles; ya que según esta puede aprovecharse más o menos el potencial de los rayos solares. La eficiencia de una instalación dependerá en gran medida de la orientación y la inclinación del dispositivo hacia la luz solar.

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