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¿Dónde se encuentran las celulas fotovoltaicas?

marzo 17, 2022
¿Dónde se encuentran las celulas fotovoltaicas?

Eficiencia de las células solares

Hemos avanzado mucho en la comprensión de los semiconductores para ver su relación con la fabricación de células solares. Una célula solar es esencialmente una unión PN con una gran superficie. El material de tipo N se mantiene delgado para permitir que la luz pase a través de la unión PN.

La luz viaja en paquetes de energía llamados fotones. La generación de corriente eléctrica se produce dentro de la zona de agotamiento de la unión PN. La zona de agotamiento, como se ha explicado anteriormente con el diodo, es el área alrededor de la unión PN donde los electrones del silicio tipo N, se han difundido hacia los huecos del material tipo P. Cuando un fotón de luz es absorbido por uno de estos átomos en el silicio tipo N, desalojará un electrón, creando un electrón libre y un agujero. El electrón libre y el agujero tienen suficiente energía para saltar fuera de la zona de agotamiento. Si se conecta un cable desde el cátodo (silicio tipo N) al ánodo (silicio tipo P), los electrones fluirán a través del cable. El electrón es atraído por la carga positiva del material tipo P y viaja a través de la carga externa (medidor) creando un flujo de corriente eléctrica. El agujero creado por el electrón desalojado es atraído por la carga negativa del material tipo N y migra hacia el contacto eléctrico posterior. Cuando el electrón entra en el silicio de tipo P desde el contacto eléctrico posterior, se combina con el agujero restaurando la neutralidad eléctrica.

Células solares Britannica

Los dispositivos fotovoltaicos generan electricidad directamente a partir de la luz solar mediante un proceso electrónico que se produce de forma natural en ciertos tipos de materiales, llamados semiconductores. Los electrones de estos materiales son liberados por la energía solar y pueden ser inducidos a viajar por un circuito eléctrico, alimentando dispositivos eléctricos o enviando electricidad a la red.

Los fotones golpean e ionizan el material semiconductor del panel solar, haciendo que los electrones exteriores se liberen de sus enlaces atómicos. Debido a la estructura del semiconductor, los electrones son forzados en una dirección creando un flujo de corriente eléctrica. Las células solares de silicio cristalino no son 100% eficientes, en parte porque sólo se puede absorber cierta luz dentro del espectro.  Una parte del espectro luminoso se refleja, otra es demasiado débil para crear electricidad (infrarrojos) y otra (ultravioleta) crea energía térmica en lugar de electricidad. Esquema de una típica célula solar de silicio cristalino. Para fabricar este tipo de célula, las obleas de silicio de gran pureza se «dopan» con diversas impurezas y se fusionan. La estructura resultante crea una vía para la corriente eléctrica dentro y entre las células solares.

Células solares

La fotovoltaica es la conversión directa de la luz en electricidad a nivel atómico. Algunos materiales presentan una propiedad conocida como efecto fotoeléctrico que hace que absorban fotones de luz y liberen electrones. Cuando estos electrones libres son capturados, se produce una corriente eléctrica que puede ser utilizada como electricidad.

El efecto fotoeléctrico fue observado por primera vez por un físico francés, Edmund Bequerel, en 1839, que descubrió que ciertos materiales producían pequeñas cantidades de corriente eléctrica cuando se exponían a la luz. En 1905, Albert Einstein describió la naturaleza de la luz y el efecto fotoeléctrico en el que se basa la tecnología fotovoltaica, por lo que posteriormente obtuvo el premio Nobel de Física. El primer módulo fotovoltaico fue construido por los Laboratorios Bell en 1954. Se presentó como una batería solar y no pasó de ser una curiosidad, ya que era demasiado caro para su uso generalizado. En la década de 1960, la industria espacial comenzó a hacer el primer uso serio de la tecnología para proporcionar energía a bordo de las naves espaciales. Gracias a los programas espaciales, la tecnología avanzó, se estableció su fiabilidad y el coste empezó a disminuir. Durante la crisis energética de los años setenta, la tecnología fotovoltaica fue reconocida como fuente de energía para aplicaciones no espaciales.

Tipos de células solares

La energía solar es una fuente de energía renovable y limpia que se está expandiendo exponencialmente en Estados Unidos y en el mundo. En 2020, el mundo instaló 260 GW de energía solar, y se espera que las cifras de 2021 sean aún más emocionantes (aún no están disponibles en el momento de escribir este artículo, enero de 2022).

Donde hay más sol, hay más potencial para añadir tecnologías solares dentro de la combinación de energía de los servicios públicos. Algunos de los países con más luz solar están en la lista de los 10 primeros en capacidad solar, como Australia e India, pero sin duda hay potencial sin explotar en África y Sudamérica.

Un gran ejemplo de ello es el estado de Nueva Jersey. No es el estado más soleado de Estados Unidos, especialmente si se compara con lugares más soleados como Nevada o Hawai, pero cuenta con un enorme mercado para la energía solar debido a los generosos incentivos estatales junto con los incentivos federales que hacen que la energía solar sea más asequible.

En los últimos años, la capacidad china de paneles solares ha aumentado exponencialmente. Ha crecido hasta convertirse en el mayor mercado solar del mundo y se estima que para 2024, China tendrá 370GW de energía solar instalada, el doble de lo que se espera que tenga Estados Unidos.

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