¿Qué es la energía solar?
El término energía solar se usa para abarcar las diferentes formas de aprovechar la energía proveniente del sol. El sol está a una distancia de 146 millones de kilómetros (91 millones de millas) de la Tierra y es una fuente de energía extremadamente potente. Para hacerse una idea de la magnitud de la energía solar, cada año la Tierra recibe del sol unos 1600 millones de kilovatios-hora. Sin embargo, sólo el 40% llega a la Tierra directamente, ya que el resto se refleja en las capas superiores de la atmósfera. Esta fracción que los humanos podríamos capturar y transformar en energía utilizable es cientos de veces mayor que el consumo anual de energía en todo el mundo.
La energía solar se puede usar de dos maneras distintas: como fuente de calor y como fuente de electricidad. El proceso de convertir los rayos solares en electricidad se denomina Fotovoltaico (FV).
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En muchas partes del mundo, la energía solar fotovoltaica es competitiva en costes comparada con los combustibles fósiles y otras fuentes de energía. Cada vez más personas eligen la energía fotovoltaica como una fuente de energía, a causa de la incertidumbre del suministro global de combustibles fósiles y la mayor conciencia medioambiental. A partir de la adopción generalizada de la tecnología solar en los mercados de Japón, Alemania, España, Italia y Grecia, la energía fotovoltaica tendrá un papel importante en la energía mundial.
¿Qué es un proceso fotovoltaico?
Fotovoltaico es un término usado para describir el proceso de convertir la luz solar en electricidad, que no tiene partes en movimiento, ni ruido, no contamina y no usa combustible. Quien haya utilizado una calculadora solar, haya visto en la carretera un cartel que funciona con energía solar o haya colocado dinero en un parquímetro solar, ha visto el uso de la energía solar fotovoltaica. El físico frances A. Becquerel descubrió el efecto fotovoltaico en 1839. Es el único medio conocido para convertir la luz directamente en electricidad.
Foto deriva del griego ‘phos’, que significa luz. Volt se usa en honor de Alessandro Volta (1745 - 1827), que contribuyó en gran medida al estudio de la electricidad. Fotovoltaico significa "electricidad a partir de la luz". También conocidas como células solares, las células fotovoltaicas son el componente básico para la conversión y actúan como dispositivos semiconductores que convierten la energía de la luz en energía eléctrica de una fuente inagotable de energía, el sol. Hace uso de las propiedades descubiertas en los materiales semiconductores que se utilizan en la industria electrónica: diodos, transistores, circuitos integrados.
Cómo funcionan las células fotovoltaicas
La célula solar
Las células fotovoltaicas son obleas planas y delgadas de materiales denominados semiconductores que pueden conducir, o transportar, electricidad. Hoy en día, más del 90% de las células solares se fabrican a partir de silicio, un semiconductor o un metaloide, que tiene las propiedades de un metal y las de un aislante. Un lado de la célula es tratada con una sustancia que transporta una carga negativa (por ejemplo, el fósforo). El otro lado es tratado con una sustancia que transporta una carga positiva (por ejemplo, el boro). Una tercera capa, que no conduce energía, separa las dos capas de carga. Se coloca un cable desde el lado cargado negativamente de la célula hasta el lado cargado positivamente.
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 Una célula solar. |
La luz solar, fuente de energía
La luz solar dirige el proceso fotovoltaico y suministra la energía que se convierte en energía eléctrica. La luz solar está compuesta por unidades elementales de energía (fotones) que actúan como proyectiles individuales.
Cuando los fotones golpean una célula fotovoltaica, pueden reflejarse, pueden atravesarla o pueden ser absorbidos. Sólo los fotones que se absorben proporcionan energía para generar electricidad. Cuando el material (un semiconductor) absorbe la luz solar (energía) suficiente, los electrones son expulsados de sus órbitas en los átomo que forman el material, y generan una corriente eléctrica. Los fotones del sol, en forma de energía, causan la emisión de electrones, permitiéndoles fluir libremente.
Este flujo de electrones crea una corriente y al colocar contactos de metal en la parte superior e inferior de la célula fotovoltaica, la corriente se puede extraer para usarla externamente. Esta corriente, junto con la tensión de la célula (que es el resultado del campo o campos eléctricos incorporados) definen la potencia (vatios) de la célula solar.
Potencia (en vatios pico) = Corriente (en amperios) x Tensión (en voltios)
La célula es el componente esencial de un sistema fotovoltaico, pero no puede ofrecer la suficiente energía en un mismo momento. Las propiedades eléctricas de una única célula (la tensión de cada unidad es de alrededor de 0,5 voltios y la potencia es de alrededor de 1,5 vatios pico) no puede suministrar generalmente la energía para que funcione un equipo eléctrico a tensiones estándar (12, 24 o 48 voltios). Por este motivo, las células solares están interconectadas con otras células para formar un módulo o panel que crea una salida eléctrica determinada.
AUn módulo solar típico consta de muchas células, una placa de vidrio que las protege, una capa antirreflexiva para aumentar la luz solar, contactos o electrodos delanteros y traseros y las capas semiconductoras en donde los electrones comienzan y terminan su viaje. La corriente eléctrica provocada por la luz solar sale por el electrodo delantero y viaja por un circuito de regreso a la célula solar por medio del electrodo trasero.
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A su vez, un número determinado de módulos se conectan entre sí para formar un conjunto o sistema creando una salida eléctrica determinada para cubrir la demanda total o de la aplicación.
WCuando el sol ilumina el conjunto o sistema fotovoltaico, se genera electricidad de corriente continua que se puede usar para alimentar una amplia gama de aplicaciones. La energía fotovoltaica se puede usar en cualquier circunstancia, ya sea en sistemas conectados a la red o en zonas remotas en sistemas no conectados a la red.