Una célula fotovoltaica o una célula fotoeléctrica, en el ámbito de la electrónica, es un dispositivo eléctrico / electrónico que se encarga de transformar la energía incidente de la radiación de la luz solar en electricidad mediante el efecto fotovoltaico.
Un material que muestra efecto fotoeléctrico está formado por diversos compuestos que atraen a los fotones de la luz y, al mismo tiempo, radian electrones. Los electrones que han sido liberados pueden verse atrapados. Cuando esto sucede, el resultado que se obtiene es electricidad, es decir, se logra una corriente eléctrica que puede ser empleada como electricidad.
Los paneles fotovoltaicos están formado por un grupo de células fotoeléctricas o células fotovoltaicas. Este grupo de células configuran una red de células solares unidas en un circuito en serie, con el fin de intensificar la tensión de salida y, al mismo tiempo, el grupo de células fotoeléctricas se enlazan a varias redes en circuito de forma paralela para incrementar la corriente eléctrica que es capaz de suministrar el dispositivo. La clase de corriente eléctrica que provee es la corriente eléctrica continua.
La eficacia de la transformación media adquirida por la células fotovoltaicas o células fotoeléctricas utilizables comercialmente fabricadas a partir del silicio monocristalino es menor comparado con la media obtenida de las células multicapa, producidas generalmente a partir de arseniuro de galio. A día de hoy, también podemos encontrar nuevas tecnologías en la elaboración de las placas solares que no emplean el silicio.
LA CÉLULA FOTOVOLTAICA: DESCRIPCIÓN
La célula solar fotovoltaica más común es aquella que esta formada por una lámina de silicio cristalino de una densidad aproximadamente de 0,3 mm. La técnica de producción de la célula solar fotovoltaica tiene un alto nivel de sofisticación y delicadeza, ya que el material que compone la célula se debe caracterizar por su homogeneidad.
El campo eléctrico de la célula se origina a partir de la opuesta polarización de dos regiones de la célula solar fotovoltaica. Por norma general, la parte superior se caracteriza por tener una naturaleza negativa y el resto de la célula, por tener un carácter positivo para así poder establecer la unión p-n.
De esta manera, se obtiene que una de sus regiones tenga:
- Exceso de electrones, nombrada negativa o n, o también emisor o cátodo. Normalmente, está compuesta por la difusión de fósforo que tiene 5 electrones en la última órbita.
- Defecto de electrones, denominada zona positiva o p, o también receptor o ánodo. Como norma general, se obtiene sumando al silicio puro una reducida parte de boro que solo contiene 3 electrones de valencia.
A causa de esta disconformidad de carga eléctrica en el material que compone a la célula solar fotovoltaica, se origina el campo eléctrico que tiene como objetivo empujar a los electrones para que se aproximen a la salida de la célula por la superficie de la capa N, lo que supone que establezca una corriente eléctrica.
La célula fotovoltaica está provista de una especie de contactos eléctricos para así poder canalizar la energía que produce en el momento en que se la ilumina. Este tipo de contactos han sido trazados de forma ramificada (en la cara soleada). Se pueden distinguir dos contactos principales y, además, se encuentran las ramificaciones que los enlazan para recolectar mejor los electrones a lo largo de toda la superficie de la célula solar. El propósito es compaginar, al mismo tiempo, un adecuado contacto eléctrico, es decir, que cuente con una reducida resistividad, y conseguir la mínima sombra posible para que los fotones alcancen al material activo de la célula fotovoltaica.
Tras la explicación de la cara anterior de la célula, la cara posterior se caracteriza por que los contactos habitualmente suelen componer una trama apretada o, hasta llegados a un punto, forman una lámina ininterrumpida que posibilita la disminución del valor de la resistencia interna.
EFICIENCIA DE LAS CÉLULAS FOTOVOLTAICAS
Se conoce que la eficacia de transformación media adquirida por las células accesibles comercialmente elaboradas a partir de silicio monocristalino es menor a la eficacia de las células multicapa, generalmente compuestas de arseniuro de Gali.
PANEL FOTOVOLTAICO
Las células solares fotovoltaicas son los elementos básicos que componen los módulos fotovoltaicos que, al mismo tiempo, son los paneles solares idóneos para que generen la energía eléctrica a partir de la radiación de la luz del sol. Por este motivo, es el componente básico primordial para esta clase de energía renovable.
Para llegar a comprenderlo mejor, un panel solar fotovoltaico se basa en una red de células solares enlazadas en un circuito en serie con el fin de incrementar la tensión de salida. Al mismo tiempo, se enlazan varias redes en circuito distribuidas paralelamente para intensificar la corriente eléctrica que es capaz de procurar el dispositivo.
Como hemos mencionado anteriormente y volvemos a recalcar, el tipo de corriente eléctrica que suministra un panel fotovoltaico es corriente continua.
LA CÉLULA FOTOVOLTAICA: PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
Cuando una célula solar fotovoltaica se encuentra bajo estas dos situaciones: primero, estar conectada a una carga o consumo y segundo, estar iluminada por la luz del sol, ésta produce una diferencia de potencial entre sus diversos contactos que origina la circulación de los electrones a través de la carga.
Bajo estas premisas, la célula solar fotovoltaica trabaja como un generador de corriente. Si continuas leyendo más abajo, especificaremos con un poco más de detalle los distintos procesos que lo hacen posible:
- Los fotones que consiguen alcanzar el interior de la célula fotovoltaica y, que además, cuentan con una energía cinética igual o superior a la energía de valencia colisionan en el material y producen pares de portadores (electro-agujero).
- Por otro lado, el campo eléctrico, o también conocido como diferencia de potencial originado por la unión p-n diferencia los portadores antes de que se puedan producir una serie de recombinaciones.
Se puede concluir que la corriente originada por una célula solar fotovoltaica, irradiada y conectada a una carga, es el resto entre su capacidad de rendimiento bruto y las consiguientes pérdidas por las posibles recombinaciones entre fotones y electrones.
LA CÉLULA FOTOELÉCTRICA: APLICACIONES
En algunas ocasiones, las células solares fotovoltaicas se pueden emplear solas, como sería el caso de la iluminación de un jardín, las calculadoras, etc. O por otra parte, se puede utilizar distribuidas en agrupaciones en paneles solares fotovoltaicos. Así pues, mediante cualquiera de estas dos variantes se puede generar electricidad a través de este fuente de energía renovable.
Las células solares fotovoltaicas se pueden emplear incluso para sustituir las baterías (la energía es con diferencia la más cara para el consumidor). Las células fotoeléctricas han conquistado hasta los elementos más comunes que utilizamos día tras día, como por ejemplo: los relojes, las calculadoras... y además, una gran serie de dispositivos que pueden funcionar perfectamente con energía solar.
Es probable incrementar su importancia a la hora de utilizar esta técnica acumulando a través de un condensador o batería eléctrica. Si en alguna ocasión se utiliza con un aparato para almacenar energía, hay que tener en cuenta que hay que disponer de un diodo en serie para eludir la descarga del sistema durante la noche.
Las células solares fotovoltaicas se emplean para obtener electricidad para una gran diversidad de aplicaciones, ya sea para satélites y parquímetros, entre otras. Además, las placas fotoeléctricas también se utilizan para la alimentación de los hogares o en una red pública si fuera el caso de una central solar fotovoltaica.