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Células Solares Fotoeléctricas

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¿Quieres saber que son las células solares y para que sirven? ¿Quieres aprender como crear tus propios paneles solares caseros? Las celdas fotoeléctricas son capaz de convertir la energía lumínica en energía eléctrica.

¿Estás seguro que sabes lo que necesitas? ¿Antes no deberías conocerlas un poco más?

¿Qué son las celdas solares?

Las celdas o células solares, también llamadas células fotovoltaicas, son cualquier dispositivo que convierte directamente la energía de la luz en energía eléctrica a través del efecto fotovoltaico. 

La inmensa mayoría de las células solares se fabrican a partir de silicio: con una eficiencia creciente y un costo más bajo, ya que los materiales van desde formas de silicio amorfas (no cristalinas) a policristalinas y cristalinas ( monocristalinas ). 

A diferencia de las baterías o las celdas de combustible , las celdas solares no utilizan reacciones químicas ni requieren combustible para producir energía eléctrica y a diferencia de los generadores eléctricos , no tienen partes móviles.

Al grupo de células fotoeléctricas para energía solar se le conoce como panel fotovoltaico. Los paneles fotovoltaicos consisten en una red de células solares conectadas como circuito en serie para aumentar la tensión de salida hasta el valor deseado (usualmente se utilizan 12 V o 24 V) a la vez que se conectan varias redes como circuito paralelo para aumentar la corriente eléctrica que es capaz de proporcionar el dispositivo.

¿Cómo funcionan las células solares?

Una célula solar fotovoltaica (PV) convierte la luz solar en electricidad utilizable en tres pasos generales:

  1. La luz se absorbe y suelta los electrones
  2. Los electrones sueltos fluyen, creando una corriente.
  3. La corriente se captura y se transfiere a cables.

El efecto fotovoltaico es un proceso complicado, pero estos tres pasos son la forma básica en que las células solares convierten la energía del sol en electricidad.

En resumen, una célula fotovoltaica es el equivalente de un generador de energía a la que se ha añadido un diodo.

Para lograr una célula solar práctica, además es preciso añadir contactos eléctricos (que permitan extraer la energía generada), una capa que proteja la célula pero deje pasar la luz, una capa antireflectante para garantizar la correcta absorción de los fotones, y otros elementos que aumenten la eficiencia del misma.

Tipos de células solares: monocristalinas y policristalinas

Hay dos tipos principales de células solares que se utilizan hoy en día: monocristalinas y policristalinas

Si bien existen otras formas de fabricar células solares (por ejemplo, células de película fina o células orgánicas ), las células solares monocristalinas y policristalinas son, con mucho, las opciones residenciales y comerciales más comunes.

Una célula solar monocristalina está hecha de un solo cristal del elemento silicio. 

Por otro lado, las células policristalinas se forman 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 son generalmente 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 dificulta un poco el flujo de electricidad. 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.

¿Cómo genera electricidad una célula solar fotovoltaica?

Las celdas fotovoltaicas, 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 existen algunos pasos comunes en todas las células solares fotovoltaicas.

Como funcionan las celdas solares fotovoltaicas

Paso 1: la celda fotovoltaica absorbe la luz y suelta los electrones

Primero, la luz incide en una célula fotovoltaica y es absorbida por el material semiconductor del que está hecha (generalmente silicio). 

Esta energía de luz entrante hace que los electrones en el silicio se suelten, que eventualmente se convertirán en la electricidad solar que puede usar en su hogar.

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 celda 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.

Eficiencia de las células solares

La máxima eficiencia que ha llegado una célula sin concentración solar esta en el 45%. En concentrada, el Instituto de Tecnología de Massachusetts están probando células solares que pueden superar la eficiencia del 80 % y que están compuestas de una capa de nanotubos de carbono con cristales fotónicos, para crear un absorbedor-emisor.

Después de proteger con pintura la base del panel (si ésta es de madera), lo primero es poner sobre la base las células solares.

¿Cuáles son los materiales para construir las celdas?

Como bien se sabe el silicio es el material mas usado en la fabricación de las fotocélulas, a demás de este material existen otros que vemos a continuación:

Arseniuro: Material que actúa como semiconductor y se utiliza para celdas con gran eficiencia energética.

Silicio Amorfo: Este material abarca más del 10 % de toda la producción ya que alcanza hasta el 10% de eficiencia.

Telururu de Cadmio: Es un material policristalino que ha llegado al 16% de eficiencia.

Diseleniuro de Cobre: Proporciona gran eficiencia y flexibilidad pero es limitado por que su fabricación es complicada ya que utiliza elementos químicos pocos comunes y dañinos al cuerpo humano.

¿Cómo hacer una celda solar Casera?

A continuación veremos como hacer una célula solar casera con materiales que quizás tengas en la casa, solo observa el procedimiento y sigue los pasos:

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