En las últimas dos décadas, la utilización de la energía solar ha aumentado significativamente en el suministro energético mundial. Este artículo explicará cómo las células fotovoltaicas convierten la luz solar en electricidad, desde el proceso de purificación de la arena hasta la formación de un panel solar.
El proceso de purificación
Para utilizar arena como materia prima para células solares, es necesario pasar por un complejo proceso de purificación. La arena se convierte en silicio policristalino altamente purificado, que luego se transforma en finas láminas llamadas obleas de silicio.
La estructura de una célula fotovoltaica
La oblea de silicio sirve como corazón de una célula fotovoltaica. La estructura de los átomos de silicio en la oblea restringe el movimiento de los electrones. Al inyectar átomos de fósforo en la estructura, un electrón gana libertad para moverse cuando se le proporciona suficiente energía.
La fuerza impulsora
Para lograr un flujo de electrones unidireccional, se crea una unión pn. Al dopar el silicio con boro, se forma una región de agotamiento donde no existen electrones libres ni huecos. Esto crea un lado n cargado positivamente y un lado p cargado negativamente, lo que da como resultado un campo eléctrico que actúa como fuerza impulsora.
El papel de la luz
Cuando la luz incide en la unión pn, se generan pares electrón-hueco en la región de agotamiento. El campo eléctrico expulsa a estos pares de la región de agotamiento, creando una alta concentración de electrones en la región n y huecos en la región p. Esto genera una diferencia de potencial que permite que los electrones fluyan a través de una carga, produciendo corriente continua.
La estructura del panel solar
Un panel solar consta de células fotovoltaicas interconectadas. Estas celdas están conectadas en serie y sus valores de corriente y voltaje aumentan mediante una combinación de conexiones en serie y en paralelo. El panel está protegido por una capa de lámina de eva en ambas caras.
Hay dos tipos de paneles solares: policristalinos y monocristalinos. Los paneles policristalinos tienen multicristales orientados aleatoriamente, mientras que los paneles monocristalinos tienen una estructura de red cristalina única. Las células monocristalinas ofrecen una mayor conductividad eléctrica, pero se utilizan con menos frecuencia debido a su mayor coste.
Contribución energética global y conexión a la red
A pesar de los insignificantes costes de funcionamiento de las células fotovoltaicas, su contribución energética global es actualmente sólo del 1,3%. Esto se debe principalmente a los costos de capital y las limitaciones de eficiencia. Los paneles solares residenciales pueden almacenar el exceso de electricidad mediante baterías, pero las plantas de energía solar suelen estar conectadas a la red eléctrica. Los inversores de potencia convierten la electricidad de CC generada en electricidad de CA y la inyectan a la red.
