Células fotovoltaicas. Definición, funcionamiento y tipos.

Las células fotovoltaicas (también llamadas células solares, células fotovoltaicas, celdas fotovoltaicas, células fotoeléctricas o células solares) se originaron en 1839 y fueron el descubrimiento del físico francés Alexandre-Edmon Becquerel, quien se dedicó a la investigación del espectro solar, magnetismo, electricidad. y óptica, etc.

Cuando hablamos de células nos podemos imaginar a células humanas o animales pero las células fotovoltaicas ya son parte de las nuevas tecnologías. Los tipos de células son amplios y diversos.

Con el fin de brindarle una mejor comprensión del principio de funcionamiento de los paneles solares, explicamos de una manera simple qué es una celda solar, porque es el núcleo de un panel solar.

Las células fotovoltaicas son mecanismos o dispositivos eléctricos que pueden convertir la radiación solar en energía eléctrica.

Componentes de una celda fotovoltaica

El componente principal de las células fotovoltaicas son los semiconductores. Estos semiconductores suelen estar hechos de silicio.

¿Por qué se usa generalmente el silicio? El silicio se utiliza porque tiene características muy superiores a otros materiales y es un elemento muy rico en la corteza terrestre. Un átomo de silicio tiene 14 electrones, distribuidos en diferentes capas. La última capa está compuesta por 4 electrones. Es un silicio semivacío que debe doparse con otro elemento para producir inestabilidad eléctrica, lo que lo convierte en un semiconductor; de lo contrario, tiene la misma cantidad de electrones que protones, y es un elemento eléctricamente estable y es inútil para nuestros propósitos. Los dopantes más comunes son el fósforo (tipo p) o el boro (tipo n), lo que genera que la última capa siempre esté llena.

¿Cómo funcionan las células solares?

Pero, ¿cómo funcionan las células solares? La operación es más simple de lo que parece: el sol brilla sobre la celda solar y parte de ella es absorbida por el material semiconductor (ya sea silicio u otros materiales). Es decir, el material semiconductor utilizado absorbe la luz solar.

Cada fotón genera un llamado par electrón-hueco en un semiconductor. Dadas las características de los semiconductores, cada fotón es guiado a una parte de la celda. Cuando se conecta a través de un circuito externo, genera la electricidad que observamos, como encender una bombilla.

Tipos de celdas fotovoltaicas

Existen diferentes tipos de células fotovoltaicas, según su naturaleza y composición.

En este artículo, distinguiremos entre células fotovoltaicas de silicio cristalino y células fotovoltaicas de silicio policristalino.

• Células fotovoltaicas de silicio cristalino: en comparación con otros tipos de células fotovoltaicas, estas células tienen un mayor coste económico, por lo que suelen ser menos utilizadas. Su rendimiento es superior, por lo que aumenta su relación Wp / m2.
• Células fotovoltaicas de silicio policristalino: El rendimiento de las células fotovoltaicas de silicio policristalino es bueno, aunque ligeramente inferior al de las células de silicio cristalino, especialmente en condiciones de poca luz. Sin embargo, este tipo de celdas son más baratas que las anteriores, y debido a que este tipo de celda ha hecho muchos avances en los últimos 5 años, su eficiencia de conversión sigue siendo muy buena.

Materiales para la construcción de las celdas

Como mencionamos en la sección anterior del artículo, las formas cristalinas y policristalinas de silicio se utilizan con mayor frecuencia en la fabricación a gran escala de células fotovoltaicas.

Sin embargo, existen algunos otros materiales, como:

• Arseniuro de galio (GaAs): es otro material que se utiliza como semiconductor para fabricar células fotovoltaicas de alta eficiencia energética. Respecto a este material, cabe destacar que se han realizado encuestas que demuestran que pueden alcanzar un 25% de eficiencia.
• Silicio amorfo (a-Si): esta estructura no es cristalina. En la actualidad, este material representa más del 10% de toda la producción internacional porque también se ha demostrado que es muy eficaz, con una eficiencia del 10%.
• Telururo de cadmio (CdTe): Es un material policristalino. Utilizando este material, la eficiencia ha alcanzado el 16%, esta cifra no dejará indiferente a ningún laboratorio.
• Diselenuro de cobre e indio (CuInSe2, o CIS): es otro material policristalino que puede alcanzar un porcentaje de eficiencia muy alto, cercano al 20%. Considerando otros materiales, esto proporciona una gran eficiencia y flexibilidad. Sin embargo, su uso está restringido debido a su compleja fabricación y utiliza productos químicos raros y controvertidos como el cadmio, que se sabe que causa cáncer.

Existen otros sistemas, principalmente sistemas ópticos, sin importar el material que sean, pueden mejorar la eficiencia de la batería, por ejemplo;

• Concentrador: El concentrador es un sistema óptico que utilizan las empresas que fabrican paneles solares o baterías para aumentar la eficiencia de conversión, el objetivo es lograr una eficiencia de más del 30% concentrando más luz en un punto.
• Reflector: Reflector es otra tecnología utilizada para construir módulos o células solares. A diferencia del condensador como lente, el reflector suele ser un espejo para aumentar la intensidad de la luz en la batería y, por lo general, no tiene una potencia de captación de luz superior a X4.

Hay muchos otros materiales y tecnologías que se pueden utilizar para fabricar células solares. Sin embargo, los que mencionamos son los principales y son necesarios para una mejor comprensión de los principios de funcionamiento de los paneles solares.

¿Qué te ha parecido este artículo? Ahora ya sabes la definición de la célula fotovoltaica y su funcionamiento. EMPRESASYPRODUCTOS.COM te invita a seguir navegando para aprender más sobre nuevas tecnologías y negocios innovadores.