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Células fotovoltaicas
Los dispositivos fotovoltaicos (FV) generan electricidad directamente a partir de la luz solar mediante un proceso electrónico que se produce de forma natural en ciertos tipos de materiales, llamados semiconductores. Los electrones de estos materiales son liberados por la energía solar y pueden ser inducidos a viajar por un circuito eléctrico, alimentando dispositivos eléctricos o enviando electricidad a la red.
Los fotones golpean e ionizan el material semiconductor del panel solar, haciendo que los electrones exteriores se liberen de sus enlaces atómicos. Debido a la estructura del semiconductor, los electrones son forzados en una dirección creando un flujo de corriente eléctrica. Las células solares de silicio cristalino no son 100% eficientes, en parte porque sólo se puede absorber cierta luz dentro del espectro. Una parte del espectro luminoso se refleja, otra es demasiado débil para crear electricidad (infrarrojos) y otra (ultravioleta) crea energía térmica en lugar de electricidad. Esquema de una típica célula solar de silicio cristalino. Para fabricar este tipo de célula, las obleas de silicio de gran pureza se “dopan” con diversas impurezas y se fusionan. La estructura resultante crea una vía para la corriente eléctrica dentro y entre las células solares.
Cómo funciona la fotovoltaica
La fotovoltaica es la conversión de la luz en electricidad mediante materiales semiconductores que presentan el efecto fotovoltaico, un fenómeno estudiado en física, fotoquímica y electroquímica. El efecto fotovoltaico se utiliza comercialmente para la generación de electricidad y como fotosensores. El sistema de energía se controla mediante la electrónica de potencia.
Un sistema fotovoltaico emplea módulos solares, cada uno de ellos compuesto por un número de células solares, que generan energía eléctrica. Las instalaciones fotovoltaicas pueden estar montadas en el suelo, en la azotea, en la pared o ser flotantes. El montaje puede ser fijo o utilizar un seguidor solar para seguir al sol por el cielo.
Algunos esperan que la tecnología fotovoltaica produzca suficiente energía sostenible y asequible para ayudar a mitigar el calentamiento global causado por el CO2. La energía solar fotovoltaica tiene ventajas específicas como fuente de energía: una vez instalada, su funcionamiento no genera contaminación ni emisiones de gases de efecto invernadero, muestra una escalabilidad sencilla respecto a las necesidades de energía y el silicio tiene una gran disponibilidad en la corteza terrestre, aunque otros materiales necesarios en la fabricación de sistemas fotovoltaicos, como la plata, acabarán limitando el crecimiento de la tecnología. Otras limitaciones importantes identificadas son la competencia por el uso del suelo y la falta de mano de obra para realizar aplicaciones de financiación[1]. El uso de la energía fotovoltaica como fuente principal requiere sistemas de almacenamiento de energía o la distribución global mediante líneas eléctricas de corriente continua de alta tensión, lo que provoca costes adicionales, y también presenta otras desventajas específicas como la generación de energía inestable y la necesidad de que las compañías eléctricas compensen el exceso de energía solar en el mix de suministro con fuentes de energía convencionales más fiables para regular los picos de demanda y la posible falta de oferta. La producción y la instalación provocan contaminación y emisiones de gases de efecto invernadero, y no hay sistemas viables para reciclar los paneles una vez que han llegado al final de su vida útil, después de 10 a 30 años.
Photovoltaic deutsch
Un sistema fotovoltaico (FV) se compone de uno o varios paneles solares combinados con un inversor y otros equipos eléctricos y mecánicos que utilizan la energía del Sol para generar electricidad. Los sistemas fotovoltaicos pueden variar mucho en tamaño, desde pequeños sistemas en tejados o portátiles hasta enormes plantas de generación a escala comercial. Aunque los sistemas fotovoltaicos pueden funcionar por sí mismos como sistemas fotovoltaicos aislados de la red, este artículo se centra en los sistemas conectados a la red eléctrica, o sistemas fotovoltaicos conectados a la red.
La luz del Sol, formada por paquetes de energía llamados fotones, incide sobre un panel solar y crea una corriente eléctrica mediante un proceso llamado efecto fotovoltaico. Cada panel produce una cantidad relativamente pequeña de energía, pero puede unirse a otros paneles para producir mayores cantidades de energía como un conjunto solar. La electricidad producida por un panel solar (o matriz) es en forma de corriente continua (DC). Aunque muchos dispositivos electrónicos utilizan electricidad de corriente continua, como el teléfono o el ordenador portátil, están diseñados para funcionar con la red eléctrica que proporciona (y requiere) corriente alterna (CA). Por lo tanto, para que la electricidad solar sea útil, primero hay que convertirla de CC a CA mediante un inversor. Esta electricidad de CA procedente del inversor puede utilizarse para alimentar los aparatos electrónicos locales, o enviarse a la red eléctrica para su uso en otros lugares.
Energía solar fotovoltaica
Hay dos tipos principales de tecnología de energía solar: la fotovoltaica (FV) y la solar térmica. La energía solar fotovoltaica es la que se ve en los tejados de las casas y las empresas: produce electricidad a partir de la energía solar directamente. Las tecnologías solares térmicas utilizan la energía del sol para generar calor, y a partir de él se genera electricidad.
En una célula fotovoltaica, la luz solar desprende electrones de sus átomos de silicio. Los electrones capturan pequeños paquetes de energía lumínica llamados fotones y les transmiten la energía suficiente para liberar el electrón de su átomo anfitrión. Cerca de la superficie superior de la célula hay una “membrana unidireccional” llamada unión pn. La unión pn se forma mediante la difusión de pequeñas cantidades de fósforo a una profundidad de aproximadamente un micrómetro en una fina oblea de silicio.
Cuando un electrón libre atraviesa la unión pn, no puede regresar fácilmente, lo que hace que aparezca una tensión negativa en la superficie orientada al sol (y una tensión positiva en la superficie posterior). Las superficies delantera y trasera pueden conectarse entre sí mediante un circuito externo para extraer corriente, tensión y energía de la célula solar.