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Paneles solares

Paneles solares

¿Cómo funcionan los paneles solares?

Probablemente has visto calculadoras que tienen unas pequeñas placas como espejos, que nunca necesitan baterías y en algunos casos ni siquiera tienen un botón de apagado. Mientras tengas la suficiente luz, parece que vayan a funcionar para siempre. Puede que hayas visto elementos parecidos en otros sitios, alimentando de energía diversos mecanismos o sistemas. Incluso los satélites tienen estos paneles solares, que son usados para dar energía a los sistemas eléctricos de estos objetos espaciales. De todos modos, no hace falta que hayas visto muchos, ya que habrás oído hablar de la revolución de la energía solar en los últimos veinte años – la idea de que algún día el sol será el que nos de el suministro eléctrico que necesitamos. Lo cierto es que es una promesa seductora, en un día soleado, el sol nos lanza aproximadamente mil vatios de energía por metro cuadrado sobre la superficie del planeta, y si pudiéramos recolectar esa energía, podríamos hacer funcionar nuestras casas, edificios, calles, etc. por un precio irrisorio, o incluso gratuitamente.

Las placas solares que utilizas en calculadoras y satélites son células fotovoltaicas o módulos (que son simplemente un grupo de baterías eléctricas conectadas y empaquetadas en un bloque. El término fotovoltaico implica como dice su palabra, luz (foto) y electricidad (voltaico), y convierte la luz de sol directamente en electricidad. Esta tecnología se utilizaba principalmente en el espacio, pero los fotovoltaicos cada vez se utilizan más en maneras más variadas. De hecho, muchas casas donde no llega el tendido eléctrico, ya usa esta manera de energía alternativa.

Las placas fotovoltaicas están hechas de materiales especiales llamados semiconductores, como por ejemplo la silicona, la cual es la que actualmente más se utiliza. Básicamente, cuando la luz incide en la placa, una cierta porción es absorbida en el material semiconductor. Esto significa que la energía de la luz absorbida es transferida al semiconductor. Estas placas fotovoltaicas también tienen uno o más campos eléctricos que fuerzan a los electrones liberados por la luz, para que fluyan en una cierta dirección. Este flujo de electrones es una corriente, y poniendo contactos metálicos en la parte superior e inferior de las baterías fotovoltaicas, podemos usar esta corriente para que se use de manera externa.

Este es el proceso básico, pero la verdad es que hay mucho más en esta tecnología. Para verlo, veremos como la silicona crea una placa solar.

panel solar panel solar

La silicona tiene algunas propiedades químicas especiales, especialmente en su forma cristalina. Un átomo de silicona tiene catorce electrones, organizadas en tres localizaciones distintas. Las dos primeras que están más cerca del centro, están completamente llenas. La más lejana está media llena, teniendo solo 4 electrones. Un átomo de silicona siempre buscará maneras de rellenar su última localización (donde lo ideal sería tener 8 electrones). Para hacer esto, compartirá electrones con 4 de sus átomos de silicona vecinos. Esto es lo que forma la estructura cristalina, y esta estructura hace que se importante para este tipo de batería fotovoltaico.

La silicona pura es un pobre conductor de electricidad porque ninguno de sus electrones están libres para moverse, al contrario que en otros conductores mejores como el cobre. En lugar de eso, los electrones  son bloqueados en la estructura cristalina. La silicona en un panel solar se modifica ligeramente para que pueda funcionar como una placa solar. Un panel solar tiene silicona con impurezas – otros átomos mezclados con los átomos de silicona, cambiando la forma en que trabajan. Siempre pensamos en las impurezas, pero en nuestro caso, nuestro panel no podría funcionar sin ello. De hecho están puestos a propósito.

Cuando la energía se añade a la silicona pura, por ejemplo en forma de calor, puede causar que algunos electrones se liberen de sus ataduras y abandonen sus átomos. Un agujero es dejado en cada caso. Estos electrones vagan de forma aleatoria alrededor de la superficie buscando otro agujero donde caer. Estos electrones se llaman portadores libres y transportan corrientes eléctricas. Sin embargo, hay pocas en la silicona pura y no son muy usadas. La mezcla de silicona con impurezas (por ejemplo átomos de fósforo) es otra historia. Cuesta menos liberarlos porque no tienen las mismas ataduras – los vecinos no están enlazados con ellos. Como resultado, muchos de estos electrones se liberan y tenemos muchos portadores libres comparados con la silicona pura.

Una parte del panel solar en de tipo N. La otra parte esta compuesta de boro, que tiene solo 3 electrones  en su localización externa en lugar de cuatro para convertirse en silicona del tipo P. En lugar de tener electrones libres, la silicona de tipo P (de positivo), tiene tres agujeros. Los agujeros son la ausencia de electrones, por lo que transportan la carga opuesta (positiva).

La parte interesante empieza cuando pones silicona tipo N con silicona tipo P. Recuerda que cada batería fotovoltaica tiene al menos un campo eléctrico. Sin un campo eléctrico, el panel solar no podría funcionar, y este campo se forma cuando los tipos N y P están en contacto. De repente, los electrones libres en la parte de la N (negativo), que han estado buscando huecos libres para introducirse, ven los agujeros en la parte P, y hay una furiosa lucha para llenarlos.

En la siguiente sección, veremos la anatomía de una placa solar. Puedes verlo pulsando aquí.

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