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¿Qué Son Las Células Fotovoltaicas Y Cómo Funcionan?

Probablemente hayas visto paneles solares en los techos de las casas, pero ¿sabes cómo funcionan realmente para generar electricidad? A continuación, veremos qué son las células fotovoltaicas y la tecnología detrás de un panel solar que permite crear energía a partir del sol.

Una célula solar, o célula fotovoltaica, es un dispositivo eléctrico que convierte la energía de la luz directamente en electricidad a través del efecto fotovoltaico, que es un fenómeno físico y químico. Es una forma de célula fotoeléctrica, definida como un dispositivo cuyas características eléctricas, como corriente, voltaje o resistencia, varían cuando se exponen a la luz. Los dispositivos de células solares individuales se pueden combinar para formar módulos, también conocidos como paneles solares.

¿Como Funcionan Los Paneles Solares?

En resumen, un panel solar funciona permitiendo que los fotones o partículas de luz liberen electrones de los átomos, generando un flujo de electricidad. De hecho, los paneles solares comprenden muchas unidades más pequeñas llamadas células fotovoltaicas.

El término fotovoltaico simplemente significa que convierten la luz solar en electricidad. Por lo tanto, muchas células conectadas forman un panel solar. Cada celda fotovoltaica es básicamente un emparedado compuesto por dos rebanadas de material semiconductor, generalmente silicio, el mismo material utilizado en microelectrónica.

Para funcionar, las células fotovoltaicas necesitan establecer un campo eléctrico. Al igual que un campo magnético, que se produce debido a polos opuestos, se produce un campo eléctrico cuando se separan las cargas opuestas. Para obtener este campo, los fabricantes fabrican «silicio» de silicio con otros materiales, dando a cada porción del emparedado una carga eléctrica positiva o negativa.

Las células solares están hechas de los mismos tipos de materiales semiconductores, como el silicio, utilizados en la industria microelectrónica. Para las células solares, una oblea semiconductora delgada se trata especialmente para formar un campo eléctrico, en el lado positivo y en el lado negativo. Cuando la energía de la luz llega a la célula solar, los átomos liberan electrones del material semiconductor.

Los conductores eléctricos están conectados a los lados positivo y negativo, formando un circuito eléctrico. Por lo tanto, los electrones pueden capturarse en forma de corriente eléctrica, es decir, electricidad. Esta electricidad se puede utilizar para alimentar una carga, como una luz o una herramienta.

Celdas fotovoltaicas

Las Células Solares Producen Energía En Tres Etapas

Una célula solar fotovoltaica convierte la luz solar en electricidad utilizable en tres pasos generales:

  1. La luz se absorbe y deja caer electrones
  2. Flujo de electrones sueltos, creando una corriente
  3. La corriente se captura y se transfiere a los cables

El efecto fotovoltaico es un proceso complicado, pero estos tres pasos son la forma básica en que las células solares convierten la energía del sol en electricidad.

Tipos De Células Solares Las Monocristalinas Y Policristalinas

Hay dos tipos principales de células solares utilizadas hoy: monocristalinas y policristalinas. Si bien hay otras formas de producir energía solar, las células solares monocristalinas y policristalinas son, con mucho, las opciones residenciales y comerciales más comunes.

Una célula solar monocristalina está hecha de un solo cristal del elemento de silicio. Por otro lado, las células policristalinas se producen por la fusión de muchos fragmentos de cristales de silicio. Esto conduce a dos diferenciadores principales entre monoceldas y policélulas.

En términos de eficiencia, las células solares monocristalinas son generalmente más altas que sus contrapartes policristalinas. Esto se debe al uso de un solo cristal de silicio alineado. El resultado es un flujo más fácil para los electrones generados por el efecto fotovoltaico.

Las células policristalinas tienen fragmentos de silicio alineados en varias direcciones diferentes, lo que dificulta un poco el flujo de electricidad. Sin embargo, los paneles solares hechos con células solares policristalinas son generalmente más baratos que las opciones monocristalinas.

Esto se debe a que el proceso de hacer una célula policristalina es más simple y requiere menos procesos especializados.

Módulo Fotovoltaico

Un número de células solares conectadas eléctricamente entre sí y montadas en una estructura o soporte se denomina módulo fotovoltaico. Estos módulos están diseñados para suministrar electricidad a un voltaje determinado, como un sistema normal de 12 voltios. La corriente producida depende directamente de la cantidad de luz que llega al módulo.

Se pueden conectar varios módulos para formar una matriz. En general, cuanto mayor sea el área de un módulo o matriz, se producirá más electricidad. Los módulos y conjuntos fotovoltaicos producen electricidad de corriente continua. De esta manera se pueden conectar en serie y disposiciones eléctricas paralelas. Esto se hace para producir cualquier combinación necesaria de voltaje y corriente.

Módulo Fotovoltaico

Efecto Fotoeléctrico

El efecto fotoeléctrico fue observado por primera vez por el físico francés Edmund Bequerel. En 1839 descubrió que ciertos materiales producirían pequeñas cantidades de corriente eléctrica cuando se expongan a la luz.

En 1905, Albert Einstein describió la naturaleza de la luz y el efecto fotoeléctrico. En el que basa la tecnología fotovoltaica, por la que más tarde ganó un Premio Nobel de física. El primer módulo fotovoltaico fue construido por Bell Laboratories en 1954. Se anunciaba como una batería solar y era solo una curiosidad, ya que era muy costoso obtener un uso amplio.

En la década de 1960, la industria espacial hizo el primer uso de la tecnología para proporcionar energía a bordo de naves espaciales. A través de los programas espaciales, la tecnología ha avanzado, se ha establecido su fiabilidad y el costo ha comenzado a caer.

Crecimiento De La Energía Solar Fotovoltaica

La energía solar fotovoltaica está creciendo rápidamente y la capacidad global ha alcanzado alrededor de 300 gigavatios en 2016. Desde 2000, la capacidad instalada ha registrado un factor de crecimiento de alrededor del 57%.
Actualmente más de 100 países utilizan energía solar fotovoltaica. China, Japón y Estados Unidos son los mercados de más rápido crecimiento. Si bien Alemania sigue siendo el mayor productor mundial, contribuye con más del 7% a sus demandas nacionales de electricidad.

La energía fotovoltaica es ahora, después de la energía hidroeléctrica y eólica, la tercera fuente de energía renovable más importante en términos de capacidad instalada a nivel mundial.

Eficiencia De Las Células Fotovoltaicas

La eficiencia eléctrica de una célula fotovoltaica es una propiedad física. Esto representa principalmente la cantidad de energía eléctrica que una célula puede producir para una determinada irradiancia solar. La expresión básica para la máxima eficiencia de una célula fotovoltaica viene dada por la relación entre la potencia de salida y la energía solar incidente.

La eficiencia se mide en condiciones ideales de laboratorio y representa la máxima eficiencia alcanzable de las células fotovoltaicas. Por lo tanto, la eficiencia real está influenciada por la temperatura, la irradiancia y el espectro.

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