Uno de los procesos más importantes en el mundo de la energía solar es el efecto fotovoltaico. Se trata de un efecto fotoeléctrico en el que se produce una corriente eléctrica que viaja de una pieza otra de materiales diferentes. Estos materiales están expuestos a la luz solar o a radiación electromagnética. Este efecto es fundamental en la generación de energía eléctrica a partir de las células fotovoltaicas de los paneles solares.
Si quieres saber cómo funcionan los paneles solares y qué es el efecto fotovoltaico, este es tu post 🙂
¿Qué es el efecto fotovoltaico?
Cuando empleamos un panel solar para poder obtener energía eléctrica, lo que estamos aprovechando es la energía que tienen las partículas de radiación solar para transformarla en energía eléctrica útil para nuestra vivienda. Las células fotovoltaicas son dispositivos semiconductores compuestos mayoritariamente por silicio. Estas células fotovoltaicas poseen algunas impurezas provenientes de otros elementos químicos. Sin embargo, el silicio se intenta que sea lo más puto posible.
Las células fotovoltaicas son capaces de generar la electricidad a partir de una corriente continua usando la energía proveniente de la radiación solar. El problema de este tipo de corrientes es que no se emplea para el hogar. Hace falta transformar la energía continua en energía alterna para poder usarla. Para ello hace falta un inversor de corriente.
Lo que hace el efecto fotovoltaico es producir esa energía eléctrica a partir de la radiación solar. Esta radiación viene en forma de calor y gracias a este efecto es transformada en electricidad. Para que esto ocurra, las células fotovoltaicas se deben colocar dispuestas en serie a lo largo de los paneles solares. Esto se hace para que se pueda conseguir un voltaje adecuado que permita generar electricidad.
Evidentemente, no toda la radiación solar que proviene de la atmósfera es transformada en energía eléctrica. Parte de ella se pierde por reflexión y otra por transmisión. Esto es, un parte es devuelta a la atmósfera y la otra es atravesada por la célula. La cantidad de radiación que sí es capaz de contactar con las células fotovoltaicas son las que hacen saltar electrones de una capa a la otra. Es entonces cuando se crea una corriente eléctrica cuya potencia es proporcional a la cantidad de radiación que finalmente inciden sobre las células.
Características del efecto fotovoltaico
Este es el misterio que guardan los paneles solares. Seguramente alguna vez te has parado a pensar cómo pueden generar una corriente eléctrica a partir de sol. Pues se trata de la participación de numerosos materiales compuesto de elementos conductores. Uno de ellos es el silicio. Se trata de un elemento que demuestra un comportamiento diferente en reacción con la acción de la electricidad.
La reacción que tienen estos materiales semiconductores depende enteramente de si la fuente de energía es capaz de excitarlos o no. Esto es, los electrones pasan a otro estado más energético. En este caso, tenemos la fuente que es capaz de excitar a dichos electrones que es la radiación solar.
En el momento en el que un fotón choca contra un electrón de la última órbita de un átomo de silicio, comienza el efecto fotovoltaico. Este choque provoca que el electrón reciba energía del fotón y pueda excitarse. Si la energía que el electrón adquiere del fotón es más alta que la que tiene la fuerza de atracción del núcleo del átomo de silicio, estaremos ante una salida del electrón de la órbita.
Todo esto hace que los átomos se queden libres y puedan ir viajando a través de todo el material semiconductor. Cuando esto ocurre, el silicio que sirve de conducción desvía toda la energía hacia donde puede ser útil. Los electrones que se han liberado de las cargas van a otros átomos donde hay espacios libres. El movimiento de estos electrones es lo que se llama corriente de carga.
Cómo se produce
Las corrientes de carga se consiguen utilizando los materiales conductores y haciendo que esto se dé de una forma constante para que pueda haber un campo eléctrico que tenga una polaridad constante. Es este tipo de campo eléctrico el que comienza a impulsar los electrones en todos los sentidos para hacer circular la corriente eléctrica.
Si la energía que tiene el electrón alimentado por el fotón supera la atracción que tiene el núcleo del átomo de silicio, quedará libre. Para que esto ocurra, la fuerza que debe tener el impacto del fotón sobre el electrón es como mínimo de 1,2 eV.
Cada tipo de material semiconductor tiene una energía mínima necesaria para que pueda liberar los electrones de sus átomos. Hay fotones que tienen longitud de onda más pequeña y proceden de la radiación ultravioleta. Como sabemos, estos fotones tienen gran cantidad de energía contenida. Por otro lado, nos encontramos con aquellos cuya longitud de onda es mayor, por lo que poseen menos energía. Estos fotones se sitúan en la parte de la radiación infrarroja del espectro electromagnético.
La energía que tiene como mínima necesaria cada material semiconductor para liberar los electrones depende de la banda de frecuencias. Esta banda los asocia desde aquellos que vienen en la radiación ultravioleta hasta los colores visibles. Por debajo de ello, no son capaces de liberar los electrones, por lo que no habrá corriente eléctrica.
Problemática de fotones
Atravesar el material para separar los electrones es algo más complicado. No todos los fotones lo consiguen directamente. Esto se debe a que para poder traspasar el material tienen que perder energía. Si ya de por sí venían con poca energía aquellos que estén en la región de longitud de onda mayor del espectro electromagnético, la acaban perdiendo durante el contacto con el material. Al perderse la energía, algunos fotones colisionan levemente con los electrones y no pueden desviarlos. Estas pérdidas son inevitables y son las que hacen que no se pueda tener el 100% del aprovechamiento solar.
Otras pérdidas de energía se producen cuando los fotones atraviesan todo el material y no chocan con ningún electrón para desplazarlo. Este también es un problema inevitable.
Espero que este artículo haya aclarado el efecto fotovoltaico.