Probablemente hayas visto paneles solares en los tejados de tu vecindario, pero ¿sabes cómo funcionan las células solares fotovoltaicas? En este artículo, veremos como es la tecnología detrás de un panel solar que permite crear energía a partir del sol.
Una célula solar fotovoltaica convierte la luz solar en electricidad utilizable en tres pasos generales:
- La luz se absorbe y suelta electrones
- Flujo de electrones sueltos, creando una corriente
- 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.
Las células fotovoltaicas solares son los componentes básicos de los paneles solares.
Un panel solar está compuesto por seis componentes diferentes, pero podría decirse que el más importante es la célula fotovoltaica, que en realidad genera electricidad. La conversión de la luz solar en energía eléctrica por una célula solar se llama el “efecto fotovoltaico”, por eso nos referimos a las células solares como “fotovoltaicas”.
Las células fotovoltaicas solares generan electricidad al absorber la luz solar y usar esa energía luminosa para crear una corriente eléctrica. Hay muchas celdas fotovoltaicas dentro de un solo panel solar, y la corriente creada por todas las celdas juntas suma suficiente electricidad para ayudar a alimentar un hogar.
Un panel estándar utilizado en un sistema residencial en la azotea tendrá 60 celdas unidas entre sí. Las instalaciones solares comerciales a menudo usan paneles más grandes con 72 o más células fotovoltaicas.
Tipos de células solares: monocristalinas y policristalinas.
Hay dos tipos principales de células solares utilizadas hoy: monocristalinas y policristalinas. Si bien hay otras formas de fabricar células solares (por ejemplo, células de película delgada o células orgánicas), 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 silicio. Por otro lado, las células policristalinas se forman al fundir muchos fragmentos de cristales de silicio. Esto conduce a dos diferenciadores clave entre mono 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, lo que resulta en un flujo más fácil para los electrones generados a través del efecto fotovoltaico.
Las células policristalinas tienen fragmentos de silicio alineados en muchas direcciones diferentes, lo que hace que el flujo de electricidad sea un poco más difícil.
Sin embargo, los paneles solares hechos con células solares policristalinas suelen ser menos costosos que las opciones monocristalinas. Esto se debe a que el proceso de fabricación de una celda policristalina es más simple y requiere menos procesos especializados.
¿Cómo genera electricidad una célula solar fotovoltaica?
Las células fotovoltaicas, a través del efecto fotovoltaico, absorben la luz solar y generan flujo de electricidad. Este proceso varía según el tipo de tecnología solar, pero hay algunos pasos comunes en todas las células fotovoltaicas solares.
Paso 1: la célula fotovoltaica absorbe la luz y suelta electrones
Primero, la luz incide en una célula fotovoltaica y es absorbida por el material semiconductor del que está hecho (generalmente silicio). Esta energía de luz entrante hace que los electrones en el silicio se suelten, lo que eventualmente se convertirá en la electricidad solar.
Paso 2: los electrones comienzan a fluir, creando una corriente eléctrica
Hay dos capas de silicio utilizadas en las células fotovoltaicas, y cada una está tratada especialmente, o “dopada”, para crear un campo eléctrico, lo que significa que un lado tiene una carga neta positiva y otra tiene una carga neta negativa. Este campo eléctrico hace que los electrones sueltos fluyan en una dirección a través de la célula solar, generando una corriente eléctrica.
Paso 3: la corriente eléctrica se captura y se combina con otras células solares
Una vez que los electrones sueltos generan una corriente eléctrica, las placas de metal a los lados de cada celda solar recogen esos electrones y los transfieren a los cables. En este punto, los electrones pueden fluir como electricidad a través del cableado a un inversor solar y luego a través de tu hogar.
Una célula fotovoltaica por sí sola no puede producir suficiente electricidad utilizable para más que un pequeño dispositivo electrónico. Para producir la cantidad de energía que un hogar podría necesitar, las células solares se conectan entre sí para crear paneles solares, que se instalan en grupos para formar un sistema de energía solar.
Un panel solar residencial típico con 60 células fotovoltaicas combinadas podría producir entre 220 y más de 400 vatios de potencia.
Dependiendo de factores como la temperatura, las horas de luz solar y el uso de electricidad, los propietarios necesitarán cantidades variables de paneles solares para producir suficiente energía.
En cualquier caso, la instalación de un sistema de paneles solares probablemente incluirá varios cientos de células solares fotovoltaicas que trabajan juntas para generar corriente eléctrica.
Ventajas
La electricidad producida por las células solares es limpia y silenciosa. Debido a que no usan combustible que no sea la luz solar, los sistemas fotovoltaicos no liberan ninguna contaminación dañina del aire o del agua al medio ambiente, agotan los recursos naturales ni ponen en peligro la salud animal o humana.
Los sistemas fotovoltaicos son silenciosos y visualmente discretos.
Las plantas solares a pequeña escala pueden aprovechar el espacio no utilizado en los tejados de los edificios existentes.
Las células fotovoltaicas se desarrollaron originalmente para su uso en el espacio, donde la reparación es extremadamente costosa, si no imposible. La energía fotovoltaica todavía alimenta casi todos los satélites que circulan en la Tierra porque funciona de manera confiable durante largos períodos de tiempo prácticamente sin mantenimiento.
La energía solar es un recurso renovable disponible localmente. No necesita ser importado de otras regiones del país o de todo el mundo. Esto reduce los impactos ambientales asociados con el transporte y también reduce nuestra dependencia del petróleo importado. Y, a diferencia de los combustibles que se extraen y cosechan, cuando usamos energía solar para producir electricidad, no agotamos ni alteramos el recurso.
Un sistema fotovoltaico se puede construir a cualquier tamaño en función de los requisitos de energía. Además, el propietario de un sistema fotovoltaico puede ampliarlo o moverlo si necesita cambiar su energía. Por ejemplo, los propietarios de viviendas pueden agregar módulos cada pocos años a medida que aumenta su uso de energía y recursos financieros. Los ganaderos pueden usar sistemas de bombeo móviles montados en remolques para regar el ganado a medida que el ganado se rota a diferentes campos.
Desventajas
Algunos productos químicos tóxicos, como el cadmio y el arsénico, se utilizan en el proceso de producción de paneles fotovoltaicos. Estos impactos ambientales son menores y se pueden controlar fácilmente mediante el reciclaje y la eliminación adecuada.
La producción de energía solar es algo más costosa que las fuentes convencionales de energía debido en parte al costo de fabricación de dispositivos fotovoltaicos y en parte a las eficiencias de conversión de los equipos. A medida que las eficiencias de conversión continúen aumentando y los costos de fabricación continúen disminuyendo, la energía fotovoltaica será cada vez más competitiva con los combustibles convencionales.
La energía solar es una fuente de energía variable, y la producción de energía depende del sol. Las instalaciones solares pueden no producir energía en todo momento, lo que podría provocar una escasez de energía si una gran parte de la energía de una región proviene de la energía solar.