Cómo funciona una célula solar fotovoltaica

celula

Un panel solar es el formato comercial que se le ha dado en el mercado a la célula solar. Estas células se encapsulan en módulos fotovoltaicos, conectadas de una manera concreta para proveer una tensión e intensidad “utilizables” en una instalación solar.

¿Qué es una célula solar fotovoltaica?

Es básicamente una unión de dos materiales con características electrónicas distintas. Estos son capaces de generar una corriente eléctrica al ser excitados por una radiación perteneciente al espectro de la luz solar.

  • La capa superior está formada por un material dopado con exceso de electrones libres (n)
  • Mientras que en la capa inferior podemos encontrar un material dopado positivamente (p).

De esta manera, el dopaje de los materiales mantiene una diferencia de potencial en la unión semiconductora que (al igual que ocurre en un diodo) genera un campo eléctrico en su unión y favorece el flujo de corriente en un único sentido.

¿Cómo funciona?

  • Cuando la luz solar incide en el material tipo n, los fotones incidentes con energía superior al gap de la unión provocan la excitación de los electrones de valencia, de manera que algunos de estos se energizan lo suficiente como para romper su enlace.
  • Cada enlace roto genera un par de electrón-hueco apareciendo una diferencia de potencial entre los lados de la unión. Este fenómeno se conoce como proceso de generación radiactivo.
  • De todos los pares electrón-hueco generados, una parte se ve afectada por fenómenos de recombinación y, por tanto, algunos de estos electrones libres se ven atrapados en huecos.
  • Sin embargo, el resto se aleja de la unión, de manera que el movimiento opuesto de los electrones y de los huecos genera una corriente eléctrica en el semiconductor.
  • La acumulación de electrones en el material dopado negativamente y de huecos en el material p, provoca la aparición de un gradiente de potencial, es decir un campo eléctrico.
  • De esta manera, si conectamos entonces un circuito eléctrico a estos dos materiales con diferente potencial, el flujo de electrones genera una corriente eléctrica exterior a la célula.
  • Por tanto, la conexión de una resistencia permite extraer la potencia eléctrica de la célula cuando está sometida a un cierto nivel de radiación.

Los procesos de generación y recombinación ocurren de manera continua en un semiconductor.

De hecho, cuando la célula solar se encuentra desconectada y, por tanto, no es posible establecer una corriente eléctrica, lo que ocurre es que los procesos de generación son iguales a los de recombinación. En este caso se genera un potencial entre los extremos de la célula, pero no se provoca ninguna corriente a través de ella.

Por lo que, para formar una corriente eléctrica necesitamos conectar un circuito externo a la célula. Necesita unos conectores que permitan conducir externamente los electrones de la capa superior a la capa inferior a través de un conductor. De esta manera, el contacto frontal será negativo, mientras que el contrato inferior será positivo.

¿Cómo influye el material?

  • Únicamente los fotones con energía superior a la banda prohibida producirán pares electrón-hueco.
  • Esto tiene dos consecuencias directas con respecto al material o tecnología FV utilizada:
    • Por un lado, la diferencia de potencial en la fotocélula está limitada por el band-gap, característicos de cada material, quedando por tanto ligada la tensión máxima de la célula a la tecnología FV.
    • Por otra parte, la capacidad de producir energía eléctrica de la célula dependerá de la composición espectral incidente, es decir, su eficiencia en la conversión energética variará en función de la longitud de onda de la radiación incidente.

¿Cómo influye la temperatura?

  • Comúnmente, el incremento de la temperatura dificulta el paso de la corriente, disminuyendo la eficiencia de la conversión energética.
  • Es posible establecer una relación aproximadamente proporcional entre la variación de potencia y el incremento de la temperatura presentando:
    • En el Silicio monocristalino la potencia se reduce un 0,43% por cada grado centígrado.
    • En el Teluro de Cadmio mejora 0,25% por cada grado centígrado.

¿Cuántas células tiene un módulo?

Esta respuesta depende de la aplicación del módulo y la tensión que se quiera obtener

  • Inicialmente los módulos contaban con unas 36 células, para obtener tensiones en torno a 24 voltios. Las adecuadas para instalaciones aisladas de baja potencia
  • Sin embargo en la actualidad con las instalaciones conectadas a red ya nos encontramos módulos tanto de 60 como de 72 células

Si estás interesado en instalar placas solares en tu hogar, empresa... o para cualquier duda relacionada con el tema, no dudes en ponerte en contacto con los profesionales encargados de la energía fotovoltaica.

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