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Componentes de una célula fotovoltaica
Una célula fotovoltaica, también conocida como celda solar o fotocélula, es un mecanismo electrónico que consigue transformar la energía lumínica del sol (fotones) en energía eléctrica (flujo de electrones libres) gracias al llamado efecto fotoeléctrico, lo que permite así generar energía solar fotovoltaica.
Las células fotovoltaicas se componen de arena transformada en cristales de silicio con una pureza del 99,999%, debido a que este material puede absorber los fotones de la luz y emitir electrones mediante el llamado efecto fotoeléctrico para producir una corriente eléctrica que es usada como electricidad.
Es decir, estas células solares se componen de materiales que son capaces de absorber los rayos del sol para emitir electrones que, al ser capturados, permiten una corriente eléctrica que se usa como generadora de electricidad.
Estos dispositivos se componen de dos semiconductores con cargas opuestas, uno de carga negativa (semiconductor N) y otro con la capa positiva (semiconductor P). Así, cuando se exponen a la luz solar, en la zona de unión de P/N se produce una neutralización de cargas que libera electrones aumentando la diferencia de potencial entre las zonas negativa y positiva, dando lugar a la corriente eléctrica.
Funcionamiento de una célula fotovoltaica
Las células fotovoltaicas son la pieza angular de cualquier sistema de generación de energía solar. Estos dispositivos se componen de pequeñas piezas que componen en su totalidad los grandes módulos fotovoltaicos encargados de generar electricidad.
Como ya hemos mencionado posteriormente, la estructura de las células fotovoltaicas se basa en la dualidad de capas N y P, con sus cargas negativa y positiva. Esto permite que, cuando el fotón entre en contacto con la capa P, libere un electrón y lo transporte hacia el circuito para poder generar la energía eléctrica. Así, cada célula permanece conectada al resto de las demás células del módulo mediante una serie de tiras metálicas que conforman los circuitos en serie y en paralelo.
El funcionamiento de una célula fotovoltáica sigue un procedimiento muy sencillo. Cuando la luz del sol incide sobre la celda, esta la absorbe gracias al material semiconductor que contiene (usualmente el silicio). Tras absorber la luz solar, cada fotón que compone la célula genera lo que llamamos ‘par electrón-hueco’.
En este sentido, el trabajo de la celda es causar que estos electrones libres vayan de un material semiconductor a otro en busca de un “hueco” que llenar, de ahí su nombre. Gracias a las propiedades que contiene el semiconductor, cada electrón viaja hacia una parte de la célula, produciendo una diferencia de potencial. De esta forma, al ser conectada a través de un circuito externo, se genera la corriente eléctrica al generar un flujo de electricidad del punto de mayor potencial al de menor potencial hasta lograr el mismo potencial en ambos.
¿Influye el material en el funcionamiento de la célula fotovoltaica?
El uso de la energía solar es cada vez más frecuente en todo el mundo para generar electricidad gracias a que el sol es un recurso inagotable, además de que este tipo de energía verde es limpia y no produce residuos. Es por esto que cada vez son más las personas que se animan a instalar placas solares en sus hogares o terrenos para poder producir su propia energía de una forma más responsable.
No obstante, aunque la eficiencia de las celdas solares hoy en día se encuentra alrededor del 12%, su correcto funcionamiento o su mayor eficacia son factores que varían según las condiciones climáticas y el material semiconductor de que estén constituidas.
Eligenio: Ahorra eligiendo
El material más utilizado a la hora de fabricar células fotovoltaicas en el mercado actual es el silicio. Sin embargo, cada vez son más las innovaciones en cuanto a la fabricación de estos dispositivos donde se introducen nuevos materiales como el teluro de cadmio o diseleniuro de cobre y de indio.
Si bien es cierto que la mayoría de las células fotovoltaicas se fabrican con silicio, no todas obtienen el mismo tipo de fabricación del silicio, por lo que se producen variantes del mismo como el silicio monocristalino, el silicio policristalino o el silicio amorfo, cada uno de ellos conteniendo distintas características y rendimientos debido a su composición.
Aunque es cierto que esto no impide el correcto funcionamiento de la célula fotovoltaica, si afecta a su rendimiento. Las células fotovoltaicas de silicio cristalino son las más empleadas en la fabricación de los paneles solares y cuentan con una eficiencia superior al 25% para células de un solo cristal y un 20% para células multicristalinas.
Por otro lado, las células de silicio monocristalino tienen un rendimiento superior al resto de células de silicio (18-25 %) gracias a la alineación de sus átomos. Las células de silicio policristalino son más económicas que las de silicio monocristalino pero su rendimiento es inferior (16-20 %). Por último, las células de silicio amorfo tienen un rendimiento muy por debajo del silicio cristalino (6-8 %).
