Para conocer cómo funcionan los paneles solares es necesario entender cómo funciona su unidad básica, la célula fotovoltaica, que describiremos a continuación.
La célula fotovoltaica
Una célula fotovoltaica es un conductor semiplano que convierte la irradiación solar directamente a corriente eléctrica, sin partes móviles y sin generar ruido o contaminación alguna. Las celdas fotovoltaicas consisten de un semiconductor de silicio, contactos metálicos y usualmente un recubrimiento delgado que aumenta la eficiencia de la célula (reflexión reducida).
El silicio cristalino es un semiconductor que consta de un registro periódico de átomos y un cristal. En general, un átomo consiste de un núcleo positivo y electrones negativos que circulan en órbitas alrededor del núcleo. Los electrones en las órbitas exteriores son las más importantes pues determinan las características del átomo. En un metal, por ejemplo, los electrones exteriores circulan libremente y por lo tanto un metal conduce electricidad muy bien.
El principio básico del efecto fotovoltaico es que es posible liberar electrones de sus átomos y en estos electrones libres hacer el material conductivo. La cantidad de energía mínima para liberar a un electrón de su posición fija se llama Band-gap. Cuando un fotón cae sobre un semiconductor puede suministrar suficiente energía para liberar a un electrón.
La célula fotovoltaica realmente consiste en dos capas muy delgadas de semiconductores. La capa superior es un semiconductor del tipo n y la capa inferior es un semiconductor del tipo p.
Un semiconductor del tipo n (tipo negativo) es un semiconductor con un exceso de electrones libres. Esto se logra impurificando el cristal de silicio con átomos que tienen electrones libres.
Un semiconductor del tipo p (tipo positivo) está impurificado con átomos que tienen una escasez de átomos libres, que también pueden catalogarse con átomos con huecos. Estos huecos también se mueven libremente a través del cristal a temperatura ambiente. El electrón exterior de un átomo vecino tiene suficiente energía de vibración para saltar dentro del hueco, llenándolo pero dejando un hueco en el átomo original.
Célula fotovoltaica
Cuando dos capas delgadas de materiales tipo p y tipo n se unen, los electrones libres de la capa tipo n fluirán hacia los huecos de la capa tipo p y llenarán estos huecos. Al hacer esto causan una carga positiva en la capa del tipo n porque los electrones negativos dejaron esta capa, al mismo tiempo en la capa del tipo p se da una carga b negativa debido a la recepción de electrones de la capa tipo n. La diferencia de cargas crea un voltaje interno que impide a más electrones fluir de la capa del tipo n a la capa del tipo p.
Cuando la luz solar cae sobre las capas se crearán más electrones libres en la capa p y huecos en la capa n, alterando por tanto el equilibrio. Para reponer el equilibrio, fluirá una corriente eléctrica, creando un voltaje en los contactos externos de las dos capas.
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Si no se hace ninguna conexión externa entre las dos capas, este voltaje externo permanecerá tal como está porque no hay electrones que puedan fluir de la capa n a la capa p.
Conociendo los paneles solares
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