En 1839, el científico francés Edmond Becquerel descubrió que ciertos materiales emitirían chispas de electricidad al ser golpeados por la luz solar. Los investigadores pronto descubrieron que esta propiedad, llamada efecto fotoeléctrico, podría ser aprovechada; Las primeras células fotovoltaicas (PV), hechas de selenio, se crearon a fines del siglo XIX. En la década de 1950, los científicos de Bell Labs revisaron la tecnología y, usando silicio, produjeron células fotovoltaicas que podían convertir el cuatro por ciento de la energía de la luz solar directamente en electricidad.
Los componentes de una célula fotovoltaica.
|
Los componentes más importantes de una célula fotovoltaica son dos capas de material semiconductor compuestas comúnmente de cristales de silicio. Por sí solo, el silicio cristalizado no es un muy buen conductor de la electricidad, pero cuando se agregan intencionalmente las impurezas, un proceso llamado dopaje, el escenario está listo para crear una corriente eléctrica.
La capa inferior de la célula fotovoltaica suele estar dopada con boro, que se une con el silicio para facilitar una carga positiva (P), mientras que la capa superior está dopada con fósforo, que se une con el silicio para facilitar una carga negativa (N).
La superficie entre los semiconductores "tipo P" y "tipo N" resultantes se denomina unión PN. El movimiento de electrones en esta superficie produce un campo eléctrico que permite que los electrones fluyan solo desde la capa de tipo P a la capa de tipo N.
Cuando la luz solar ingresa a la célula, su energía hace que los electrones se suelten en ambas capas. Debido a las cargas opuestas de las capas, los electrones quieren fluir desde la capa de tipo N a la capa de tipo P. Pero el campo eléctrico en la unión PN evita que esto suceda.
Sin embargo, la presencia de un circuito externo proporciona la ruta
necesaria para que los electrones en la capa de tipo N viajen a la capa de
tipo P. Los electrones que fluyen a través de este circuito, que suelen ser
cables delgados que recorren la parte superior de la capa tipo N,
proporcionan al propietario de la célula un suministro de electricidad.
La mayoría de los sistemas fotovoltaicos se basan en celdas cuadradas
individuales unas pocas pulgadas de lado. Solo, cada celda genera muy poca
potencia (unos pocos vatios), por lo que se agrupan en módulos o paneles. Luego, los paneles se utilizan como
unidades separadas o se agrupan en matrices más grandes.
Hay tres tipos básicos de células solares:
- Las células de un solo cristal se fabrican en cilindros largos y se cortan en láminas delgadas. Si bien este proceso consume mucha energía y utiliza más materiales, produce las celdas de mayor eficiencia, aquellas que pueden convertir la mayor cantidad de luz solar entrante en electricidad. Los módulos hechos de células de un solo cristal pueden tener eficiencias de hasta el 23 por ciento en algunas pruebas de laboratorio. Las células de un solo cristal representan poco más de un tercio del mercado global de fotovoltaica.
- Las células policristalinas están hechas de fundición de silicio fundido en lingotes y luego se cortan en cuadrados. Si bien los costos de producción son más bajos, la eficiencia de las celdas también es más baja, con las mejores eficiencias de los módulos cerca del 20 por ciento. Las células policristalinas representan aproximadamente la mitad del mercado fotovoltaico mundial.
- Las celdas de película delgada involucran la pulverización o el depósito de materiales (silicio amorfo, teluro de cadmio u otro) sobre superficies de vidrio o metal en películas delgadas, creando todo el módulo al mismo tiempo en lugar de ensamblar celdas individuales. Este enfoque da como resultado una menor eficiencia, pero puede tener un menor costo. Las celdas de película delgada representan alrededor del diez por ciento del mercado fotovoltaico mundial.
Históricamente, la mayoría de los paneles fotovoltaicos se utilizaron para fines de fuera de la red, alimentando hogares en lugares remotos, torres de teléfonos celulares, señales de tráfico y bombas de agua. En los últimos años, sin embargo, la energía solar ha experimentado un notable crecimiento para aplicaciones donde la energía se alimenta a la red eléctrica.
