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Los paneles solares, o paneles fotovoltáicos, generan electricidad utilizando los mismos principios de electrónica que las baterías químicas, todo gira alrededor del flujo de electrones a través de un circuito. En este artículo veremos como funcionan los paneles solares para generar este flujo aprovechando la energía de la radiación solar. No se deben confundir con los colectores solares, dispositivos que utilizan la energía solar térmica pero que no producen electricidad; existen paneles híbridos que realizan las dos funciones.

La composición de los paneles solares

Los paneles solares se componen de varias celdas o células fotovoltáicas. En cada célula el elemento básico es el Silicio (SI), un material que, sin impurezas, es un semiconductor intrínseco. Es capaz de conducir electricidad pero presenta carga neta neutra. Cada átomo de Silicio en estado natural es tetravalente, lleva cuatro electrones en sus orbitales externos. Pero estos orbitales tienen capacidad para ocho. Cuándo dos átomos de silicio interaccionan entre sí, cada átomo aporta cuatro electrones para crear un enlace fuerte y quedan con carga neutral, pues los 8 electrones satisfacen las necesidades de los átomos de Silicio, no quedan cargas ni positivas ni negativas.

Al tener una carga neutra, los paneles de Silicio puro no generarían electricidad en los paneles solares aunque puedan transportarla. Aquí entra en escena la ciencia. El Silicio se combina con pequeñas cantidades de otros elementos, denominados dopantes, para crear los conocidos como semiconductores extrínsecos. Los elementos dopantes introducen un déficit o exceso de electrones respecto al Silicio puro permitiendo así que se generen cargas positivas o negativas.

Los dopantes más utilizados son el Fósforo y el Boro. El Fósforo (P) es pentavalente, tiene 5 electrones para ofrecer en los enlaces a otros átomos frente a los cuatro que tiene el Silicio. En la interacción Si-P quedará un electrón extra y, como el electrón tiene carga negativa, el panel de Silicio/Fósforo (panel tipo N) quedará cargado negativamente.

Ya tenemos la carga negativa. Para crear el flujo de electricidad necesitamos una carga positiva. Esta carga se genera en un panel de Silicio/Boro. El Boro es trivalente, sólo tiene 3 electrones para ofrecer, lo que dejará un hueco en el Silicio para aceptar un electrón más, por esto el panel Silicio/Boro (panel tipo P) queda cargado positivamente.

Ambos tipos de paneles se disponen en las células fotovoltáicas como un sandwhich y unidos entre sí mediante un hilo conductor. La primera célula solar fue construida en 1884 por Charles Fritts y estaba formada por Selenio (panel P) recubierto de una fina capa de oro (panel N).

Efecto fotovoltáico

Con los dos paneles en su lugar, la luz solar ya puede entrar en el juego. Entre la radiación solar encontramos varias formas de energía pero la que hace posible que se genere electricidad en los paneles solares son los fotones. Cuándo el panel negativo, el formado por Silicio/Fósforo, se expone al sol en el ángulo adecuado, los fotones bombardean los átomos y pueden liberar los electrones extra del fósforo.

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Pero estos electrones no estarán libres por mucho tiempo. El panel positivo, el formado por Silicio/Boro, atrae a estos electrones a través del hilo conductor que lo une con el panel negativo creándose así la corriente eléctrica. A medida que los fotones de la luz solar van liberando electrones, se va generando más electricidad. En medio del hilo conductor se puede poner algún dispositivo que utilice o almacene la electricidad producida. Los electrones que no se utilizan, o provenientes del aire, vuelven al panel negativo y el proceso comienza de nuevo.

La energía producida se almacena en un sistema de baterías y es electricidad continua (DC). Según el uso que se le vaya a dar puede ser necesario convertirla a corriente alterna (AC). Por ejemplo, para uso doméstico. Esta conversión se realiza con inversores de votlaje.

Tipos de paneles solares

  • Paneles de formato “baldosa o teja”: son paneles pequeños diseñados para la unión de un gran número de ellos y adaptarse a diferentes superficies.
  • Paneles con sistemas de concentración: incorporan superficies reflactantes que concentran los fotones sobre los paneles fotovoltáicos. No aumenta la tasa de conversión pero sí la cantidad de electricidad producida por unidad de superficie al recibir una mayor cantidad de fotones.
  • Paneles solares bifaciales: pueden producir electricidad cuándo la luz solar incide en cualquiera de sus dos caras.

Paneles solares híbridos

Los paneles híbridos combinan la energía fotovoltáica y la energía térmica. Se aprovecha el calor de las células fotovoltáicas para calentar un fluido que transporta el calor hasta un tanque de agua. En el interior del tanque el fluido pasa por un serpentín cediendo el calor al agua. El fluido enfriado sale del tanque y vuelve a los paneles para volver a tomar calor.

En las plantas fotovoltáicas se utilizan los paneles híbridos como sistema de refrigeración de las células fotovoltáicas. Aumenta la eficiencia de producción eléctrica y se prolonga la vida útil de la instalación.

Eficiencia

La cantidad de electricidad producida en cada célula es muy pequeña y se necesita unir muchas para producir cantidades de electricidad considerables. Además, el ángulo de incidencia de la luz en los paneles es muy importante, una ligera variación en este ángulo puede hacer caer la eficiencia enormemente. Otros factores externos que afectan a la eficiencia son la exposición a los factores climáticos y a la radiación infrarroja y ultravioleta que también viene en la luz solar y que puede dañar los paneles solares.

El reto ahora es conseguir paneles solares más eficientes que produzcan más electricidad en menos espacio junto a sistemas de almacenamiento eficientes y duraderaos de esta electricidad para los períodos en los que el Sol no esté disponible. A pesar de esta eficiencia relativamente baja, una casa media suele tener una cubierta con superficie suficiente para albergar el número de paneles necesario para cubrir las necesidades energéticas básicas.

Galería

¿Qué os parece la energía solar respecto a otras energías renovables? Cuentanoslo!!!!

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