Probablemente hayas visto alguna vez paneles solares instalados en tejados de viviendas o empresas y sepas que se utilizan para generar electricidad. Pero ¿sabías que los paneles solares están formados por células solares? y ¿cómo funcionan estas?
En este artículo, veremos qué es una célula solar fotovoltaica: la tecnología detrás de un panel solar que hace posible crear energía a partir del sol. Específicamente, examinaremos la ciencia de las células solares de silicio, que son las que componen la gran mayoría de los paneles solares que podemos ver instalados en casas o empresas. Pero también nos acercaremos a otros tipos de células que actualmente se están desarrollando, de manera que sepas las posibilidades que ofrece el mercado fotovoltaico actualmente y en un futuro.
¿Qué son las células solares o fotovoltaicas?
Un panel solar se compone de seis elementos; pero podría decirse que el más importante es la celda fotovoltaica, que en realidad es la que genera electricidad. La conversión de la luz solar en energía eléctrica por una célula solar se denomina “efecto fotovoltaico”; de ahí que nos refiramos a las células solares como “fotovoltaicas”.
Las células solares fotovoltaicas generan electricidad al absorber la luz solar y utilizar esa energía luminosa para crear una corriente eléctrica. Hay muchas celdas fotovoltaicas dentro de un solo panel solar, y la corriente creada por todas las celdas juntas suma suficiente electricidad para ayudar a alimentar tu hogar o empresa. Un panel estándar utilizado en un sistema residencial en la azotea tendrá 60 celdas conectadas entre sí. Las instalaciones solares comerciales a menudo utilizan paneles más grandes desde 72 células fotovoltaicas hasta 144 si hablamos de célula partida.
¿Cuáles son los principales tipos de células solares según el material del que están hechas?
Hay dos tipos principales de células solares de silicio que se utilizan en la actualidad: monocristalinas y policristalinas. Si bien hay otras formas de fabricar células solares (por ejemplo, células de película fina, células orgánicas o perovskitas), las células solares monocristalinas y policristalinas de silicio son, con mucho, las opciones residenciales y comerciales más comunes.
Células solares de silicio: monocristalinas y policristalinas
Una célula solar monocristalina está hecha de un solo cristal de silicio. Por otro lado, las células solares de silicio policristalino se fabrican fusionando muchos fragmentos de cristales de silicio. Esto conduce a dos diferenciadores clave entre mono y policélulas.
En términos de eficiencia, las células solares monocristalinas tienen generalmente eficiencias más altas que sus contrapartes policristalinas.
Esto se debe al uso de un solo cristal de silicio alineado, lo que facilita el flujo de los electrones generados a través del efecto fotovoltaico. Las células policristalinas tienen fragmentos de silicio alineados en muchas direcciones diferentes, lo que hace que el flujo de electricidad sea un poco más difícil.
Sin embargo, los paneles solares hechos con células solares policristalinas suelen ser menos costosos que las opciones monocristalinas. Esto se debe a que el proceso de fabricación de una celda policristalina es más simple y requiere menos procesos especializados.
Células solares de película delgada
Las células solares de película delgada son lo que dice su nombre: células solares mucho más delgadas y livianas que a menudo son flexibles, sin dejar de ser duraderas.
Hay cuatro materiales comunes que se utilizan para fabricar células solares de película delgada: telururo de cadmio (CdTe), silicio amorfo (a-Si), seleniuro de cobre, indio, galio (CIGS) y arseniuro de galio (GaAs).
Las células solares de película delgada no son tan populares como las opciones tradicionales de silicio cristalino para instalaciones residenciales y comerciales; menos aún para instalaciones residenciales. Los paneles de película delgada permanecen detrás de los paneles de silicio en eficiencia, y para la mayoría de los hogares y empresas, esto significa que no podrán producir suficiente electricidad. Sin embargo, pueden ser una opción interesante para industrias que cuentan con una superficie extensa para colocar paneles hechos con este tipo de célula solar.
Células solares orgánicas
Las placas solares hechas con células solares orgánicas no son comercialmente viables todavía, pero tienen muchos de los mismos beneficios de los paneles de película delgada. El mayor diferenciador de las células solares orgánicas es su composición: mientras que los paneles solares tradicionales y de película delgada están hechos de silicio u otros compuestos similares, las células solares orgánicas están hechas de materiales a base de carbono. A menudo se les conoce como “células solares de plástico” o “células solares de polímero” por este motivo.
Las células solares orgánicas son flexibles, duraderas e incluso pueden hacerse transparentes. ¿Has oído hablar de las ventanas solares? Si alguna vez se convierten en un producto generalizado, es muy posible que se construyan con células solares orgánicas transparentes.
Células solares de perovskita
Una “perovskita” es cualquier material que tenga la misma estructura cristalina que el compuesto de óxido de calcio y titanio, un material semiconductor muy parecido al silicio. El resultado es otro tipo de panel solar de película delgada.
Al igual que las células solares orgánicas, las perovskitas aún no están ampliamente disponibles. Sin embargo, sus bajos costos de producción y su alto potencial de eficiencia los convierten en una opción interesante a medida que la industria solar continúa expandiéndose y desarrollando mejores opciones de producción solar.
Si te interesa conocer más sobre esto tenemos una entrada d en la que te hablábamos más en profundiad de las células solares de perovskita.
Otros tipos de células
Además de por el material principal del que están hechas, las células solares también se pueden clasificar según otras características. A continuación veremos algunas de estos tipos de células fotovoltaicas.
Célula partida
La célula partida se divide en dos partes, como bien indica su nombre. Estas células van a ser mucho más pequeñas que las habituales y, por tanto, contarán con un mayor número de estas, pudiendo alcanzar las 144. Esto va a conllevar ciertas ventajas, entre las que destacan: una eficiencia muy superior; mejor respuesta frente al calor; y su mayor resistencia frente a micro-roturas. Al ser una célula más pequeña se va a comportar mejor mecánicamente y eso va a implicar que su vida útil sea mucho mayor.
Célula PERC
La célula PERC (Passivated Emitter Rear Cell), aunque no podamos verlo a simple vista, es una tecnología que se implementa en la capa posterior de la célula de silicio. Y lo que hace es reflejar los electrones desde la parte de atrás de la célula hacia la parte delantera que es donde realmente se produce el efecto fotoeléctrico y, por tanto, la producción de electricidad. Esto conlleva una eficiencia muy interesante.
Tanto los paneles PERC como los de célula partida podemos encontrarlos actualmente en el mercado a un precio muy razonable. Y ambas tecnologías son combinables en un mismo modelo de placa solar.
Células Tipo-P y Tipo N
Las células tipo P están dopadas con boro, que cuando se combina con el oxígeno en los primeros momentos de exposición a la luz solar, tiene como resultado una degradación inducida por la luz (LID). Esto provoca un descenso en la eficiencia y en la producción de energía.
Las células tipo N, por su parte, están dopadas con fósforo, por lo que se evita el efecto LID y, por tanto, mantienen la eficiencia y la producción de energía. Si bien las células tipo N requieren algún paso adicional en la fabricación, lo que supone un mayor coste, también cuentan con una mayor eficiencia y mejor rendimiento que las tipo P.
Células IBC
Otra tecnología sería la célula Back Contact o Contacto trasero interdigitado (IBC). En la célula solar IBC todo el emisor de energía se encuentra en la parte posterior de la celda. Esto hace que se reduzca el efecto de las sombras en la parte frontal de las células solares, consiguiendo una mayor eficiencia potencial; lo que se traduce también en un mayor ahorro.
Células de heterounión
Finalmente, también puedes encontrar las denominadas células solares de heterounión. Se tratan de células solares que combinan dos tecnologías diferentes: una célula de silicio cristalino intercalada entre dos capas de silicio amorfo de película delgada. Sí, como un sándwich. El uso de ambas tecnologías juntas permite un mejor aprovechamiento de la luz difusa y de la baja irradiancia; lo que permite recolectar más energía en comparación con el uso de cualquiera de las dos tecnologías por sí solas.
¿Cómo genera electricidad una célula solar de silicio?
Las células solares de silicio, a través del efecto fotovoltaico, absorben la luz solar y generan un flujo de electricidad. Este proceso varía según el tipo de tecnología solar, pero hay algunos pasos comunes en todas las células solares fotovoltaicas. Veamos cuáles son.
Paso 1: la célula fotovoltaica absorbe la luz y suelta los electrones
Primero, la luz incide en una celda fotovoltaica y es absorbida por el material semiconductor del que está hecha (generalmente silicio). Esta energía de luz entrante hace que los electrones del silicio se suelten, lo que eventualmente se convertirá en la electricidad solar que puedes usar en tu hogar o empresa.
Paso 2: Los electrones comienzan a fluir, creando una corriente eléctrica
Hay dos capas de silicio que se utilizan en las células fotovoltaicas, y cada una está especialmente tratada, o “dopada”, para crear un campo eléctrico; lo que significa que un lado tiene una carga neta positiva y el otro tiene una carga neta negativa. Este campo eléctrico hace que los electrones sueltos fluyan en una dirección a través de la célula solar, generando una corriente eléctrica.
Paso 3: La corriente eléctrica se captura y se combina con otras células solares
Una vez que los electrones sueltos generan una corriente eléctrica, las placas de metal a los lados de cada celda solar recogen esos electrones y los transfieren a los cables. En este punto, los electrones pueden fluir como electricidad a través del cableado hasta un inversor solar y luego por toda su casa o industria.
Muchas células fotovoltaicas juntas producen electricidad solar
Una célula fotovoltaica por sí sola no puede producir suficiente electricidad utilizable para más que un pequeño aparato electrónico. Para producir la cantidad de energía que podría necesitar una casa o una empresa, las células solares se conectan entre sí para crear paneles solares, que se instalan en grupos para formar un sistema de energía solar. Un panel solar residencial típico con 60 células fotovoltaicas combinadas puede producir entre 220 y más de 400 Wp de potencia.
Dependiendo de factores como la temperatura, las horas de luz solar y el uso de electricidad, puedes necesitar cantidades variables de placas solares para producir suficiente energía. Independientemente, la instalación de un sistema de paneles solares probablemente incluirá varios cientos de células solares fotovoltaicas que trabajan juntas para generar corriente eléctrica.
En este artículo hemos visto cómo funcionan las células solares fotovoltaicas, que son los componentes básicos de los paneles solares. Si quieres saber más sobre tecnología solar, ponte en contacto con Cambio Energético. Ellos pueden asesorarte sobre todo lo que necesitas saber para ahorrar con energía limpia proveniente de una fuente inagotable como es el sol. Y si quieres dar el salto al autoconsumo fotovoltaico, pídeles un presupuesto sin compromiso y te harán un estudio gratuito de la instalación que puedes requerir.
Fuente: cambioenergetico.com
