¿Qué es una celda fotovoltaica y cómo funciona?
La unidad básica que compone los paneles solares se llaman celdas solares, dispositivo electrónico fabricado a partir de materiales semiconductores, como el silicio. Las celdas fotovoltaicas o celdas solares son las encargadas de convertir la radiación solar en electricidad, mediante el efecto fotovoltaico. Estas celdas fotovoltaicas o celdas solares son componentes individuales que se conectan entre sí para formar un panel solar, capaz de recibir la radiación solar para producir energía eléctrica en forma de corriente continua (DC).
Funcionamiento de las celdas fotovoltaicas
- 1 Exposición a la radiación solar. Las celdas fotovoltaicas que conforman el panel solar están expuestas a la radiación solar, la cual está compuesta por partículas de energía conocidas como fotones, los cuales inciden sobre la superficie de las celdas fotovoltaicas.
- 2 Absorción de los fotones. Los fotones de la luz solar penetran en el silicio de las celdas fotovoltaicas, interactuando con este material, rompiendo el enlace de un átomo de silicio, liberando los electrones del silicio de las celdas solares.
- 3 Generación de pares electrón-hueco. Al liberar los electrones se deja un “hueco”; es decir, una ausencia de electrones, como una carga positiva, formando un par electrón-hueco, una pareja de cargas opuestas listas para moverse.
- 4 Separación de carga. La capa N y la capa P crean un campo eléctrico interno en las celdas solares, el cual hace posible el movimiento de los electrones hacia la capa tipo N y los huecos hacia la capa tipo P, separando las cargas.
- 5 Generación de corriente eléctrica. Los electrones que fluyen hacia la superficie llegan a los contactos metálicos frontales y desde allí se mueven por un circuito externo, para finalmente volver a las celdas solares por el contacto trasero, dando cierre al circuito.
¿Qué función cumplen las celdas fotovoltaicas?
Las celdas solares o celdas fotovoltaicas sirven para convertir la luz del sol en electricidad, por medio de materiales semiconductores, permitiendo que electrodomésticos como lavadoras funcionen sin necesidad de estar conectados a la red eléctrica.
¿Cuál es la historia de las celdas fotovoltaicas?
El desarrollo de las celdas fotovoltaicas inició hace más de 100 años y ha representado una de las transformaciones energéticas más significativas en la actualidad. El desarrollo de las celdas fotovoltaicas se ha visto influenciado por diferentes físicos y científicos a través del tiempo, logrando que las celdas fotovoltaicas hagan posible la obtención de la radiación solar y, con ello, una fuente de energía limpia e inagotable.
| 1839 |
El físico francés Alexandre Edmond Becquerel descubrió el efecto fotovoltaico al exponer una pila electrolítica al sol; se dio cuenta de que producía una pequeña corriente eléctrica. |
| 1883 |
El inventor estadounidense Charles Fritts fabricó una de las primeras celdas solares de selenio, recubiertas con una fina capa de oro; este panel tenía una eficiencia del 1% al 2% con luz directa y difusa. |
| 1905 |
Albert Einstein publica una explicación del efecto fotoeléctrico, en la que demuestra que la luz solar puede transferir energía a los electrones. |
| 1954 |
El 25 de abril de este año, los laboratorios Bell presentaron la primera célula fotovoltaica que tenía un 4% de eficiencia. |
| 1958 |
La NASA usó las primeras celdas fotovoltaicas en satélites espaciales y transmitió su temperatura por radio durante 6 años. Actualmente sigue en órbita. |
| 1970 1980 |
La investigación y el desarrollo tecnológico presentan avances que permiten aumentar la eficiencia y reducir sus costos. |
| 1990 2000 |
La industria presenta una expansión progresiva, al aumentar los avances tecnológicos, la demanda y la disminución de los precios de las celdas. |
| 2010 Hoy |
La energía solar logra expandirse a todo el mundo, permitiendo que las celdas fotovoltaicas puedan usarse en una variedad de aplicaciones, no solo de gran escala. |
Componentes de las celdas solares
Conocer los componentes de las celdas fotovoltaicas ayuda a comprender la importancia de cada elemento en una instalación fotovoltaica y cómo influyen en la generación de energía eléctrica.
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Silicio. Núcleo y componente central de las celdas solares, ya que este es un material semiconductor que facilita el proceso del efecto fotovoltaico y puede ser una celda solar de tipo monocristalino o policristalino. |
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Capa tipo N. Capa de silicio dopado con fósforo de las celdas solares, la cual tiene un exceso de electrones libres; es decir, una carga negativa, y es la capa superior de las celdas solares, la cual está expuesta directamente a la luz del sol. |
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Capa tipo P. Capa de silicio dopado con boro, la cual carece de electrones y tiene huecos positivos. Es la capa inferior de las celdas solares. La relación entre la capa N y la capa P forma una unión PN que hace posible la creación de un campo eléctrico que impulsa el flujo de electrones cuando las celdas solares entran en contacto con la luz del sol. |
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Capa antirreflejante. Fina capa de dióxido de titanio (TiO₂) o dióxido de silicio (SiO₂) que se aplica sobre la capa superior de las celdas fotovoltaicas para evitar que la luz del sol rebote y la absorción de fotones sea mayor. |
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Contacto metálico frontal. Son líneas metálicas, usualmente de plata o aluminio, encargadas de recoger los electrones liberados por el efecto fotovoltaico en las celdas fotovoltaicas para conducirlos hacia el circuito externo. |
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Contacto metálico trasero. Es un componente de las celdas fotovoltaicas hecho a base de aluminio, el cual actúa como electrodo negativo que completa el circuito eléctrico con la capa frontal. |
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Encapsulante. También conocido como EVA, es un acetato de etilvinilo utilizado para envolver todas las celdas fotovoltaicas y protegerlas contra la humedad, polvo y golpes, al mismo tiempo que las mantiene en su lugar a la hora de conectarlas para formar un panel solar. |
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Vidrio templado. Es un componente externo a las celdas fotovoltaicas, pero es importante a la hora de unir varias celdas fotovoltaicas para formar un panel solar, protegiéndolas de aspectos ambientales como la lluvia, el polvo y el viento, garantizando que estas funcionen de manera constante y segura a largo plazo. |
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Lámina posterior. Este es otro componente externo a las celdas fotovoltaicas, pero relevante a la hora de unirlas para formar un panel solar, ya que, al estar hecho de plásticos resistentes, permite proteger a todas las celdas fotovoltaicas de la intemperie, proporciona aislamiento eléctrico y las mantiene fijas en su lugar. |
¿Cuáles son los tipos de celdas solares?
Con silicio monocristalino
Son las celdas fotovoltaicas más usadas en la actualidad, gracias a su fabricación con un único cristal de silicio puro, el cual es capaz de ofrecer altos niveles de eficiencia energética respecto a otro tipo de celdas, alcanzando entre 18% y 22% más de eficiencia. Adicionalmente, ofrece una mayor resistencia y duración, así como mejor desempeño en condiciones de baja radiación solar.
Con silicio policristalino
Fabricadas a partir de múltiples cristales de silicio que han sido fundidos juntos para formar uno solo; de ahí que su apariencia tenga texturas cristalinas visibles. Dentro de sus características más destacables, está que su fabricación es sencilla, lo cual hace que sean celdas muy asequibles con un porcentaje de eficiencia energética entre el 15% y el 17%.
Con silicio amorfo
Las celdas solares son de fabricación sencilla, la cual es flexible y ofrece un nivel de eficiencia energética del 6% al 10%, ideal para usar en pequeñas aplicaciones como calculadoras o relojes solares. Debido a su baja eficiencia, requieren de grandes superficies para generar una buena potencia, de ahí que sean un tipo de celda solar poco usado.
Ventajas y beneficios celdas fotovoltaicas
Son dispositivos esenciales dentro de un sistema fotovoltaico, teniendo un rol clave en la producción de electricidad y en hacer que todos los demás dispositivos fotovoltaicos tengan un suministro de energía estable para que esta pueda llegar de manera constante y segura a la instalación donde se encuentra el sistema solar. Una celda solar es un dispositivo que brinda variedad de beneficios tales como:
Producción de energía limpia y renovable. Funciona mediante un recurso natural, limpio y renovable, por lo que no genera gases de efecto invernadero ni contaminantes, ayudando a reducir la huella de carbono y la dependencia de los combustibles fósiles.
Ahorro económico. Si bien al inicio un sistema fotovoltaico tiene un costo importante, es un equipo que se amortiza con el tiempo, siendo una inversión rentable con el paso de los años.
Independencia energética. Estos dispositivos hacen posible la producción de energía de manera autónoma, satisfaciendo la demanda energética de una instalación sin la intervención de terceros. De manera que brindan una solución energética ideal para usar en instalaciones rurales o aisladas de la red eléctrica.
Componentes de bajo mantenimiento. No tiene partes móviles ni nada que genere un desgaste del dispositivo; sin embargo, sí requiere revisiones y limpiezas ocasionales para mantener un funcionamiento adecuado.
Proporcionan seguridad energética. Al usar un panel solar y un sistema fotovoltaico, se reduce la dependencia de la red eléctrica y las posibles fallas que pueda presentar, permitiendo que el usuario disfrute de un abastecimiento energético estable y seguro tanto de día como de noche, siempre que el sistema esté bien dimensionado.
Promueve el desarrollo social. Los equipos fotovoltaicos permiten que más personas obtengan un suministro de energía, incluso en zonas rurales y aisladas, permitiendo que comunidades accedan a la electricidad, generando una democratización de la energía.
Aumento en el valor de la propiedad. Sea una casa, finca o comercio en el cual se use un sistema fotovoltaico, su valor dentro del mercado inmobiliario aumentará, gracias a que se le ha agregado una característica distintiva que mejora su rendimiento y funcionamiento energético, llamando la atención de usuarios interesados en tener un consumo de energía autónomo y sostenible.
Aplicaciones
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Residencial. Casas, apartamentos, edificios, fincas, cabañas. |
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Sistemas de iluminación. Electrificación rural, alumbrado público, señalización. |
| 🏭 |
Industrias. Almacenes, fábricas, plantas, maquinaria. |
| 💧 |
bombas de agua. Sistemas aislados, riego, suministro de agua potable, ganadería. |
| 🚚 |
Transporte. Campers, barcos, carros, trasporte público, patinetas eléctricas. |
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Uso espacial. Satélites, estaciones espaciales. |
Usar la energía solar contribuye a reconfigurar muchas dinámicas de producción y consumo energético, haciendo que estas alternativas energéticas sean cada vez más fáciles de instalar y usar. Si tienes alguna duda, contacta con nuestro equipo de Autosolar Colombia, que resolverá tus preguntas, además de brindarte una asesoría gratuita y personalizada.
