¿Cómo funciona la energía solar?

¿Cómo funciona la energía solar?

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La luz solar se ha convertido en una fuente sostenible de energía, pudiendo abastecer nuestros hogares y empresas
La luz solar se ha convertido en una fuente sostenible de energía, pudiendo abastecer nuestros hogares y empresas

Energía solar

Considerada como una fuente de energía alternativa y prometedora durante décadas, los paneles solares coronan los tejados y las señales de la carretera, ayudando a mantener la energía necesaria en los hogares. Normalmente no nos paramos a pensar en ello, pero ¿cómo funciona un panel solar?

 

Células fotovoltaicas: convertir fotones en electrones

Las células solares que puedes ver en las calculadoras y satélites también son llamadas células fotovoltaicas (FV). Como su nombre indica (foto significa “luz” y voltaica significa “electricidad”), convierten los rayos de sol directamente en electricidad. Un módulo es un grupo de células conectadas eléctricamente, empaquetadas en una estructura (conocida comúnmente como panel solar), que puede ser agrupada en grandes paneles solares, como el que opera en la Base de la Fuerza Aérea Nellis, Nevada.

 

El panel solar fotovoltaico puede ayudar a generar energia electrica en nuestro hogar
El panel solar fotovoltaico puede ayudar a generar energia electrica en nuestro hogar

 

Las células fotovoltaicas están hechas de materiales especiales llamados semiconductores, como el silicio, utilizado más a menudo. Básicamente, cuando la luz incide en la célula, cierta porción es absorbida dentro del material semiconductor. Esto significa que la energía absorbida de la luz es transferida al semiconductor. La energía golpea a los electrones perdidos, permitiéndoles fluir libremente.

 

Todas las células fotovoltaicas tienen uno o más campos eléctricos que actúan para obligar a los electrones liberados por la absorción de la luz a fluir en una determinada dirección. Este flujo de electrones es una corriente, y mediante la colocación de los contactos metálicos en la parte superior e inferior de la célula fotovoltaica, podemos extraer la corriente para el uso externo, como por ejemplo, para alimentar una calculadora.

 

Esta corriente, junto con las células voltaicas, define el poder (o potencia) que la célula solar puede producir.

 

Cómo el silicio hace una célula solar

El silicio tiene algunas propiedades químicas especiales, sobre todo en su forma cristalina. Un átomo de silicio tiene 14 electrones, dispuestos en tres capas diferentes. Las primeras dos capas – sujetan de dos a ocho electrones, respectivamente – están completamente llenas. La capa más externa, sin embargo, solamente está llena a la mitad, con cuatro electrones.

 

El silicio es el material utilizado para crear los paneles solares, ayudando al campo electrico
El silicio es el material utilizado para crear los paneles solares, ayudando al campo electrico

 

Un átomo de silicio siempre buscará maneras de llenar su última capa, por lo que compartirá electrones con los átomos más cercanos. Es como si cada átomo sujetara la mano de su vecino, salvo que en este caso, cada átomo tiene cuatro manos unidas a cuatro vecinos. 

 

El único problema es que el silicio de cristalino puro es un pobre conductor de la electricidad, debido a que ninguno de sus electrones se encuentra libre para moverse, a diferencia de los electrones en otros conductores más óptimos como el cobre. Para solucionar este inconveniente, el silicio tiene en una célula solar, impurezas – otros átomos mezclados a propósito con los átomos del silicio – lo que cambia un poco el funcionamiento de la cosas. Normalmente pensamos en las impurezas como en algo no deseado, pero en este caso, nuestra célula no funcionaría sin ellas.

 

Por lo tanto, las células fotovoltaicas necesitan establecer un campo eléctrico para funcionar correctamente. Como en un campo magnético, el campo eléctrico se produce cuando las cargas opuestas son separadas. Para conseguir esto, los fabricantes “dopan” el silicio con otros materiales, dando a cada rebanada del sándwich una carga eléctrica negativa o positiva.

 

En concreto, añaden fósforo en la capa superior de silicio, lo que añade electrones extra, con una carga negativa, a esa capa. De la misma forma, la capa inferior consigue una dosis de boro, que tiene como resultado menos electrones, o una carga positiva. Todo esto añade un campo eléctrico a la unión entre las capas de silicio. Por lo que cuando un fotón solar golpea un electrón libre, el campo eléctrico empuja a ese electrón hacia fuera de la unión de silicio.

 

Otros componentes de la célula convierten estos electrones en energía utilizable. Las placas conductoras de metal en los lados de la célula recogen los electrones y los transfieren a los cables. En ese punto, los electrones pueden fluir como cualquier otra fuente de electricidad.

 

Hay otros tipos de tecnología  de energía solar – incluyendo la térmica y la energía solar concentrada – que operan de una manera diferente a los paneles solares fotovoltaicos, pero que tienen como fuente de energía los rayos solares, generando electricidad o calentando el agua o aire.

 

Fuente:

http://solar-energia.net/energia-solar-fotovoltaica

http://www.solarworld-usa.com/solar-101/how-solar-panels-work

http://www.physics.org/article-questions.asp?id=51

 

Resumen
La energía solar es una fuente de energía alternativa y prometedora, por eso se han creado los paneles solares, para transformarla en calor o electricidad.

Las células fotovoltaicas convierten los rayos de sol directamente en electricidad. Están formadas por materiales semiconductores como el silicio, que permiten que una porción de la energía de la luz solar entre dentro y se transforme en electricidad. Para solucionar la falta de conductividad eléctrica del silicio, cuenta con impurezas, átomos mezclados, que le ayudan a funcionar de manera adecuada.

Existen otros tipos de tecnología de energía solar, la térmica y la energía solar concentrada, que utilizan los rayos del sol al igual que los paneles.

 

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