Un dels processos més importants en el món de la energia solar és el efecte fotovoltaic. Es tracta d'un efecte fotoelèctric en el qual es produeix un corrent elèctric que viatja d'una peça altra de materials diferents. Aquests materials estan exposats a la llum solar oa radiació electromagnètica. Aquest efecte és fonamental en la generació d'energia elèctrica a partir de les cèl·lules fotovoltaiques dels panells solars.
Si vols saber com funcionen els panells solars i què és l'efecte fotovoltaic, aquest és el teu post 🙂
Què és l'efecte fotovoltaic?
Quan fem servir un panell solar per poder obtenir energia elèctrica, el que estem aprofitant és l'energia que tenen les partícules de radiació solar per transformar-la en energia elèctrica útil per a la nostra vivenda. Les cèl·lules fotovoltaiques són dispositius semiconductors compostos majoritàriament per silici. Aquestes cèl·lules fotovoltaiques tenen algunes impureses provinents d'altres elements químics. No obstant això, el silici s'intenta que sigui el més puto possible.
Les cèl·lules fotovoltaiques són capaços de generar l'electricitat a partir d'un corrent continu usant l'energia provinent de la radiació solar. El problema d'aquest tipus de corrents és que no es fa servir per a la llar. Cal transformar l'energia contínua en energia alterna per poder usar-la. Per això cal un inversor de corrent.
El que fa l'efecte fotovoltaic és produir aquesta energia elèctrica a partir de la radiació solar. Aquesta radiació ve en forma de calor i gràcies a aquest efecte és transformada en electricitat. Perquè això passi, les cèl·lules fotovoltaiques s'han de col·locar disposades en sèrie al llarg dels panells solars. Això es fa perquè es pugui aconseguir un voltatge adequat que permeti generar electricitat.
Evidentment, no tota la radiació solar que prové de l'atmosfera és transformada en energia elèctrica. Part d'ella es perd per reflexió i una altra per transmissió. Això és, un part és retornada a l'atmosfera i l'altra és travessada per la cèl·lula. La quantitat de radiació que sí que és capaç de contactar amb les cèl·lules fotovoltaiques són les que fan saltar electrons d'una capa a l'altra. És llavors quan es crea un corrent elèctrica la potència és proporcional a la quantitat de radiació que finalment incideixen sobre les cèl·lules.
Característiques de l'efecte fotovoltaic
Aquest és el misteri que guarden els panells solars. Segurament alguna vegada t'has parat a pensar com poden generar un corrent elèctric a partir de sol. Doncs es tracta de la participació de nombrosos materials compost d'elements conductors. Un d'ells és el silici. Es tracta d'un element que demostra un comportament diferent en reacció amb l'acció de l'electricitat.
La reacció que tenen aquests materials semiconductors depèn enterament de si la font d'energia és capaç de excitar o no. És a dir, els electrons passen a un altre estat més energètic. En aquest cas, tenim la font que és capaç d'excitar a aquests electrons que és la radiació solar.
En el moment en què un fotó xoca contra un electró de l'última òrbita d'un àtom de silici, comença l'efecte fotovoltaic. Aquest xoc provoca que l'electró rebi energia de l'fotó i pugui excitar-se. Si l'energia que l'electró adquireix de l'fotó és més alta que la que té la força d'atracció de l'nucli de l'àtom de silici, estarem davant d'una sortida de l'electró de l'òrbita.
Tot això fa que els àtoms es quedin lliures i puguin anar viatjant a través de tot el material semiconductor. Quan això passa, el silici que serveix de conducció desvia tota l'energia cap a on pot ser útil. Els electrons que s'han alliberat de les càrregues van a altres àtoms on hi ha espais lliures. El moviment d'aquests electrons és el que s'anomena corrent de càrrega.
Com es produeix
Els corrents de càrrega s'aconsegueixen utilitzant els materials conductors i fent que això es doni d'una forma constant perquè pugui haver-hi un camp elèctric que tingui una polaritat constant. És aquest tipus de camp elèctric el que comença a impulsar els electrons en tots els sentits per fer circular el corrent elèctric.
Si l'energia que té l'electró alimentat pel fotó supera l'atracció que té el nucli de l'àtom de silici, quedarà lliure. Perquè això passi, la força que ha de tenir l'impacte de l'fotó sobre l'electró és com a mínim de 1,2 eV.
Cada tipus de material semiconductor té una energia mínima necessària perquè pugui alliberar els electrons dels seus àtoms. Hi ha fotons que tenen longitud d'ona més petita i procedeixen de la radiació ultraviolada. Com sabem, aquests fotons tenen gran quantitat d'energia continguda. D'altra banda, ens trobem amb aquells la longitud d'ona és més gran, de manera que posseeixen menys energia. Aquests fotons es situen a la part de la radiació infraroja de l'espectre electromagnètic.
L'energia que té com a mínima necessària cada material semiconductor per alliberar els electrons depèn de la banda de freqüències. Aquesta banda els associa des d'aquells que vénen a la radiació ultraviolada fins als colors visibles. Per sota d'això, no són capaços d'alliberar els electrons, de manera que no hi haurà corrent elèctric.
Problemàtica de fotons
Travessar el material per separar els electrons és una mica més complicat. No tots els fotons ho aconsegueixen directament. Això es deu al fet que per poder traspassar el material han de perdre energia. Si ja de per si venien amb poca energia aquells que estiguin a la regió de longitud d'ona major de l'espectre electromagnètic, l'acaben perdent durant el contacte amb el material. A l'perdre l'energia, alguns fotons xoquen lleument amb els electrons i no poden desviar. Aquestes pèrdues són inevitables i són les que fan que no es pugui tenir el 100% de l'aprofitament solar.
Altres pèrdues d'energia es produeixen quan els fotons travessen tot el material i no xoquen amb cap electró per desplaçar-lo. Aquest també és un problema inevitable.
Espero que aquest article hagi aclarit l'efecte fotovoltaic.