La Célula Fotovoltaica o Solar

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La Célula Fotovoltaica o Solar

La célula solar es un dispositivo que convierte la energía luminosa directamente en energía eléctrica; también se conoce como célula fotovoltaica (FV). Las células fotovoltaicas están hechas de varios materiales semiconductores, como el silicio y el arseniuro de galio. Las células solares pueden utilizarse individualmente para alimentar pequeñas aplicaciones, como calculadoras, o conectarse en serie y en paralelo como módulos o paneles para obtener los valores necesarios de corriente y tensión para la generación de energía eléctrica. Si se conectan en serie, aumenta la tensión; si se conectan en paralelo, aumenta la corriente. Los módulos pueden agruparse en paralelo o encadenarse en serie para formar conjuntos fotovoltaicos. Véase también: Electricidad; Generación de energía eléctrica; Transmisión de energía eléctrica; Energía; Luz; Semiconductor; Energía solar; Sol

Efecto fotovoltaico

La conversión de la luz solar en energía eléctrica, o efecto fotovoltaico, implica tres procesos principales: la absorción (véase su concepto jurídico) de la luz solar en el material semiconductor; la generación y separación de cargas libres positivas y negativas en diferentes regiones de la célula solar, creando un voltaje en la misma; y la transferencia de estas cargas separadas a través de terminales eléctricos a la aplicación exterior en forma de corriente eléctrica. Véase también: Absorción de radiación electromagnética; Carga eléctrica; Corriente eléctrica; Efecto fotovoltaico

En el primer paso, la absorción (véase su concepto jurídico) de la luz solar por parte de una célula fotovoltaica depende de la intensidad y la calidad de la luz solar, de la cantidad de luz reflejada por la superficie frontal de la célula solar, de la energía de la brecha de banda del semiconductor, que es la energía mínima de la luz (fotón) que absorbe el material, y del grosor de la capa. Algunos materiales, como el silicio, necesitan decenas de micrómetros de grosor para absorber la mayor parte de la luz solar, mientras que otros, como el arseniuro de galio, el teluro de cadmio y el sulfuro de cobre, sólo necesitan unos pocos micrómetros. Véase también: Fotón; Silicio

Cuando la luz es absorbida por el semiconductor, se crea un electrón con carga negativa y un agujero con carga positiva. El corazón de la célula solar es la unión eléctrica que separa estos electrones y agujeros entre sí después de ser creados por la luz. Una unión eléctrica puede estar formada por el contacto de: un metal con un semiconductor (esta unión se llama barrera de Schottky); un líquido con un semiconductor para formar una célula fotoelectroquímica; o dos regiones semiconductoras (llamada unión pn). Véase también: Electrón; Recombinación electrón-hueco

Los principios fundamentales de la unión eléctrica pueden ilustrarse con la unión pn de silicio. El silicio puro al que se ha añadido una cantidad mínima de un elemento de quinta columna, como el fósforo, es un semiconductor de tipo n, en el que la corriente eléctrica es transportada por electrones libres. Cada átomo de fósforo aporta un electrón libre, quedando el átomo de fósforo unido a la estructura cristalina con una carga positiva unitaria. Del mismo modo, el silicio puro al que se ha añadido una cantidad mínima de un elemento de la columna tres, como el boro, es un semiconductor de tipo p, en el que la corriente eléctrica es transportada por agujeros libres. Cada átomo de boro contribuye con un agujero, dejando atrás el átomo de boro con una carga negativa unitaria. La interfaz entre el silicio de tipo p y n se denomina unión pn. Las cargas fijas en la interfaz debidas a los átomos de boro y fósforo unidos crean una capa de carga dipolar permanente con un alto campo eléctrico. Cuando los fotones de energía luminosa procedentes del Sol producen pares de electrones-huecos cerca de la unión, el campo eléctrico incorporado obliga a los huecos a pasar al lado p y a los electrones al lado n. Este desplazamiento de las cargas libres da lugar a una diferencia de tensión entre las dos regiones del cristal, siendo la región p positiva y la región n negativa. Cuando se conecta una carga en los terminales, la corriente de electrones fluye en la dirección de la flecha, y se dispone de energía eléctrica en la carga. Véase también: Boro; Fósforo; Diodo semiconductor

Aplicaciones

Aunque el efecto fotovoltaico fue descubierto por el científico francés Antoine César Becquerel en 1839, las células solares prácticas hechas de cristales de silicio no se desarrollaron hasta 1955. A partir del Vanguard 1, lanzado en 1958, los conjuntos de células solares de silicio se han convertido en la fuente de energía casi exclusiva de los satélites. Véase también: Satélite (nave espacial); Sistemas de energía espacial

Al principio, las matrices de células solares se utilizaban sobre todo para alimentar pequeñas cargas eléctricas remotas que, de otro modo, serían poco prácticas o antieconómicas por medios convencionales, como baterías de almacenamiento o grupos motogeneradores. Cuando los costes de las células solares se redujeron drásticamente y su eficiencia mejoró, se ampliaron como grandes conjuntos para alimentar instalaciones o alimentar una red de suministro. Los primeros de estos llamados parques o granjas solares a escala de megavatios se construyeron en la década de 1980 en Estados Unidos.Entre las Líneas En el caso de los sistemas de energía solar residencial, los módulos y conjuntos fotovoltaicos pueden montarse en una superficie estructural, como un tejado, y orientarse hacia el Sol. Cuando se alimentan cargas que requieren un voltaje de corriente alterna (ac), se utiliza un inversor para convertir el voltaje de corriente continua (dc) del conjunto de células solares en energía ac utilizable.

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Datos verificados por: Thompson
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Recursos

Notas y Referencias

Véase También

Calentador solar
Colector solar
Concentrador solar
Efecto fotovoltaico anómalo
Edificio autónomo
Silicio negro
Fuerza electromotriz (célula solar)
Desarrollo energético
Desarrollo sostenible
Sustrato flexible
Tecnología verde
Punto caliente (fotovoltaica)
Célula solar de inyección de tinta
Lista de tipos de células solares
Seguimiento del punto de máxima potencia
Silicio de grado metalúrgico
Microgeneración
Nanoflake
Fotovoltaica
Unión P-n
Célula solar plasmónica
Electrónica impresa
Eficiencia cuántica
Energía renovable
Procesamiento rollo a rollo
Límite de Shockley-Queisser
Materiales y células solares (revista)
Garantía de calidad de los módulos solares
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