¿Cómo funcionan los paneles de energía solar?

Los paneles solares se están convirtiendo rápidamente en una opción de energía renovable muy atractiva, que podría terminar siendo increíblemente beneficiosa para el medio ambiente. El proceso de convertir la luz solar en energía eléctrica ha mejorado drásticamente en las últimas décadas y ahora es más eficiente que nunca. El uso de energía solar ha existido durante años en dispositivos pequeños como calculadoras, pero ahora muchos están hablando de alimentar casas y negocios con estos paneles.

La energía solar es una de las fuentes de energía renovable más prometedoras disponibles en la actualidad, debido al hecho de que la energía solar es abundante. Los rayos que emanan del sol pueden producir cerca de 1.000 vatios de energía por cada metro cuadrado de la superficie terrestre. Al recolectar esa energía, nunca más tendríamos que depender de combustibles fósiles dañinos. Un sistema fotovoltaico solar utiliza la luz solar para generar electricidad que puede utilizar para alimentar su hogar u oficina, lo que puede reducir su huella de carbono y el impacto en el medio ambiente.

La energía solar se crea utilizando la energía generada por el sol. Un panel de energía solar puede funcionar utilizando la energía solar que se deriva del sol. Cada panel de energía solar contiene muchas células de silicio o células solares diferentes. Son bloques de construcción de paneles solares. La energía del sol es absorbida por estas células solares. La energía solar derivada del sol se convierte en electricidad con la ayuda de un panel de energía solar.

Por esta razón, es importante comprender exactamente cómo funcionan los paneles solares y cómo se pueden usar para producir electricidad para el hogar promedio.

1. Los paneles solares instalados en los tejados absorben la luz solar (fotones) del sol.

2. El silicio y los conductores del panel convierten la luz solar en electricidad de corriente continua (CC) que luego fluye hacia el inversor.

3. A continuación, el inversor convierte la energía eléctrica de CC en CA (corriente alterna) que puede utilizar en su hogar.

4. El exceso de electricidad que usted no utiliza puede reintegrarse a la red.

5. Cuando sus paneles solares producen menos energía de la que necesita en casa, siempre puede comprar electricidad de la empresa de servicios públicos.

El proceso de conversión de la energía solar en electricidad

• Los paneles solares utilizan un proceso especial de conversión de fotones en electrones para generar una corriente mediante el uso de un tipo especial de celda conocida como celda fotovoltaica. Estas celdas se encuentran comúnmente en la parte frontal de calculadoras y pequeños dispositivos. Cuando un banco de ellos está conectado entre sí, se conocen colectivamente como un panel solar.

• Las células fotovoltaicas están formadas por materiales semiconductores como el silicio. El semiconductor absorbe la luz del sol. Cuando esto sucede, los fotones de la luz solar hacen que algunos de los electrones del material semiconductor se suelten, lo que les permite fluir en una corriente eléctrica.

• Dentro de cada celda, hay un campo eléctrico que se utiliza para agilizar este flujo de electrones en una dirección particular. Cuando estos electrones se encuentran con un contacto metálico colocado en la celda fotovoltaica, se pueden usar para alimentar dispositivos.

El uso de silicio

• El silicio se compone de forma cristalina, y cada átomo de silicio contiene catorce electrones en una configuración especializada de tres capas diferentes. Dos de estas capas están llenas y contienen dos y ocho electrones respectivamente. La tercera capa, que contiene los últimos cuatro electrones, está solo medio llena. Para llenar la última capa, el silicio compartirá electrones con cuatro átomos cercanos. Esto es lo que le da su estructura cristalina.

• En su forma natural, el silicio no es un material conductor particularmente bueno debido al hecho de que no tiene electrones libres, a diferencia de otros materiales conductores como el cobre. Para liberar el movimiento de estos electrones, el silicio que se encuentra en los paneles solares es una forma especial e impura de silicio. Al mezclar otros átomos con los átomos de silicio, se crea un número desigual de electrones libres. Estos electrones no forman enlaces, por lo que pueden moverse libremente cuando los golpea la luz.

• El silicio es naturalmente muy brillante y reflectante, por lo que para evitar que los fotones reboten en el material, se aplica una capa antirreflectante a las células. Muy a menudo, se colocará una cubierta de vidrio sobre la parte superior para proteger el silicio de los elementos externos.

El campo electrico

• Cuando el silicio positivo y negativo entran en contacto entre sí, los electrones libres de un lado se atraerán hacia el otro. Cuando los dos se mezclan, crean una forma de barrera conocida como campo eléctrico. Este campo empuja los electrones del silicio positivo al negativo, pero no les permite fluir en sentido contrario.

• Cuando los fotones golpean la célula fotovoltaica, los pares de electrones y huecos se rompen. Cuando esto sucede, el electrón se libera y queda disponible un espacio para ser llenado por otro electrón. El electrón se moverá hacia el lado negativo mientras que el agujero se moverá hacia el lado positivo, creando un desequilibrio en la neutralidad eléctrica de la celda. Al insertar conductores, podemos utilizar este movimiento de electrones que crea una corriente mientras que el campo eléctrico crea un voltaje. El producto de estos dos es el poder.

Pérdida potencial de energía

Uno de los principales problemas a los que se enfrenta la energía solar es el hecho de que a menudo es menos eficiente que otras formas de producción de energía, ya que produce bajas cantidades de energía en comparación con sus contrapartes, como la quema de combustibles fósiles. Hay muchas razones para esta pérdida de energía.

• Una de las principales causas de la pérdida de energía es el hecho de que la luz del sol llega en muchas longitudes de onda diferentes. Algunas de estas longitudes de onda funcionan exactamente como se esperaba, con fotones que separan pares de electrones y huecos. Sin embargo, algunos de ellos no tienen la energía para separar estos pares y pasar inofensivamente a través de ellos. Otros todavía tienen demasiada energía, lo que significa que se pierde una gran cantidad de energía debido al hecho de que hay más energía de la necesaria para liberar un electrón, pero no la suficiente para liberar más.

• Mientras que otro material requeriría menos energía para liberar sus electrones, esto significaría que el voltaje del material sería mucho menor. Para aumentar la eficiencia, es necesario que haya un equilibrio entre el voltaje y la corriente producidos por la celda solar. Sin ese equilibrio, se pierde la eficiencia.

• El metal generalmente se coloca en la parte inferior de las celdas para conducir los electrones. Sin embargo, estas placas no recolectarán toda la energía que se produce, ya que algunas se perderán por la parte superior. Cubrir la parte superior significaría perder la luz solar, mientras que colocar conductores alrededor del exterior de la celda requeriría que los electrones viajen mucho más lejos. Por esta razón, las células a menudo están cubiertas por una delgada rejilla de metal para ayudar a reducir la distancia que los electrones necesitan viajar.

Los usos de la energía solar

• Al colocar paneles solares en el techo de una casa, las células fotovoltaicas se pueden utilizar para producir electricidad que se puede utilizar directamente en la fuente de alimentación de la casa o, cada vez más, se puede almacenar en grandes baterías que se pueden utilizar para alimentar la casa como un generador. . Por supuesto, si vive en una región más oscura del mundo, la eficiencia de estos paneles solares se reducirá considerablemente.

• La energía solar también se puede vender a las redes eléctricas cuando se produce un exceso de electricidad. Esto significa que si el sol brilla intensamente, puede hacer uso de células solares para alimentar sus dispositivos e incluso ganar algo de dinero en caso de que genere un exceso de energía. De manera similar, si el sol no brilla, aún estará conectado a la red eléctrica principal, lo que le permitirá comprar energía en caso de que no desee depender de baterías o generadores.

• Los paneles solares también son comunes en las naves espaciales para generar electricidad para computadoras de a bordo y otros aparatos eléctricos. Esto se debe en gran parte al hecho de que la efectividad de los paneles solares no disminuye en el espacio, y el sol siempre brilla, lo que significa que la nave tiene una fuente confiable de energía sin necesidad de llevar consigo combustibles pesados ​​o baterías. Estos paneles se encuentran a menudo en satélites y naves de descubrimiento, como lanzaderas y naves como los rovers de Marte.

Cada panel de energía solar contiene muchas células de silicio o células solares diferentes. Cada celda solar genera unos pocos voltios de electricidad. Los fotones golpearán la superficie de estas células solares y luego generarán una corriente eléctrica. El techo es el lugar habitual donde se instalan los paneles de energía solar en hogares u oficinas para que reciba la cantidad necesaria de exposición al sol. Los paneles fotovoltaicos del panel de energía solar convierten la energía solar en energía eléctrica. La electricidad que se genera a través de estos paneles es principalmente CC (corriente continua) que se convertirá en CA (corriente alterna) con la ayuda de un inversor. El silicio es uno de los principales materiales que se utilizan habitualmente para fabricar un panel de energía solar.

Crédito de la imagen: Thomas Kohler, Puerto de San Diego