El efecto fotovoltaico en paneles solares

La radiación solar y el efecto fotovoltaico son dos conceptos muy relacionados y esenciales para entender la energía solar. De forma muy simplificada , podemos imaginar que el Sol es una gran bola de fuego en el cielo. Nos da luz y calor. Esta luz y calor que viene del Sol se llama radiación solar. La radiación solar viaja desde el Sol hasta la Tierra. Cuando sale el sol por la mañana, puedes sentir su calidez en tu piel. Eso es la radiación solar llegando hasta nosotros.

Para captar la energía solar necesitamos unos dispositivos llamados paneles solares. Son como pequeñas ventanas que pueden atrapar la luz del sol. Los paneles solares tienen algo especial dentro de ellos llamado células fotovoltaicas. Cuando la luz del sol golpea las células fotovoltaicas, convierten esa luz en electricidad. 

El efecto fotovoltaico en paneles solares

Para entender en profundidad el efecto fotovoltaic en paneles solares veamos paso a paso cada concepto. También puedes apreder estos conceptos con un ingeniero en nuestro curso de fotovoltaica.

El efecto fotovoltaico

El efecto fotovoltaico es la base de funcionamiento de los paneles fotovoltaicos. Se produce cuando la radiación luminosa (es decir, la luz del sol) incide sobre un material semiconductor dentro de un sistema heterogéneo.

La clave está en las células fotovoltaicas, que son las unidades fundamentales de los paneles solares. Estas células están hechas principalmente de silicio. La célula fotovoltaica es el corazón de un panel solar. Su calidad afecta directamente la eficiencia y la vida útil del sistema.

Generación de corriente eléctrica

Cuando la luz solar llega a una célula fotovoltaica, los fotones (partículas de luz) golpean la superficie de la célula.

Este impacto energético provoca que los electrones del material semiconductor se liberen de sus posiciones normales y comiencen a moverse.

Los electrones liberados se mueven hacia un circuito eléctrico externo, creando una corriente eléctrica. ¡Es como si los electrones estuvieran bailando al ritmo de la luz solar!

Salto de electrones

Dentro de la célula fotovoltaica, hay diferentes capas de silicio con diferentes niveles de energía.

Cuando un electrón absorbe suficiente energía de la luz solar, salta de una capa a otra. Este salto crea una separación de cargas eléctricas: electrones libres en una capa y huecos (lugares vacíos donde solían estar los electrones) en otra.

La presencia de estos electrones libres y huecos es lo que permite la generación de corriente eléctrica.

Circuito cerrado y potencia eléctrica

Para obtener energía útil, conectamos la célula fotovoltaica a un circuito cerrado. Esto significa que hay un camino continuo para que los electrones fluyan.

La corriente eléctrica generada puede alimentar dispositivos eléctricos como bombillas, teléfonos o electrodomésticos.

La potencia eléctrica producida depende de la intensidad de la radiación solar y la calidad de la célula fotovoltaica.

Las claves del efecto fotovoltaico en paneles solares

Para entender el efecto fotovoltaico necesitamos comprender los conceptos de radiación solar y la irradiancia

Radiación solar

Consiste en el transporte de energía a través de fotones. La radiación global se compone de tres tipos de radiación:

• • Radiación solar directa: aquella que se recibe directamente del sol.
  • Radiación difusa: aquella que ha sido dispersada por la atmósfera
  • Radiación reflejada del suelo

Irradiancia 

Es la cantidad instantánea que describe el flujo de radiación solar incidente en la superficie. La densidad de la radiación desde el sol a la atmósfera es 1.373 kW/m2, pero solo 1 es lo que llega realmente. La irradiancia mide la radiación solar recibida en una superficie dada en un tiempo dado.

La electricidad y el efecto voltaico en paneles solares

Ahora se pasará a definir el efecto fotovoltaico, el cual se define como la conversión de la radiación solar en electricidad, haciendo uso de materiales semiconductores que son capaces de absorber fotones y emitir electrones. La materia está compuesta por átomos que tienen dos partes claramente diferenciadas, la corteza, en la que se encuentran los electrones, y el núcleo, en el que se encuentran protones y neutrones, formando en total un conjunto estable y eléctricamente neutro. A los electrones del último nivel se le llaman electrones de valencia y son los que interacciones con electrones de valencia de otros átomos formando redes cristalinas.

En 1926 Lewis llamó fotones a los átomos de luz o los pequeños agrupamientos de energía. De acuerdo con esto, los rayos de luz son un flujo de energía.

Cuando los fotones de la radiación solar inciden sobre un material semiconductor, los enlaces entre sus electrones de valencia y el núcleo se rompen y quedan libres para circular por el semiconductor.

Los huecos que se quedan cuando se liberan los electrones poseen carga eléctrica positiva de igual magnitud que el electrón. El hueco dejado por un electrón es ocupado por otro electrón, cuyo hueco ocupará otro electrón, y así se dará lugar al movimiento de electrones, que se hará sin que se produzca corriente eléctrica.

Para que esto no ocurra se debe generar un campo eléctrico en el interior del semiconductor para que los huecos y los electrones circulen en sentidos opuestos y se produzca una corriente eléctrica.