FUNCIONAMIENTO DE UNA CELDA SOLAR

México es uno de los países privilegiados por el recurso solar que incide sobre su superficie terrestre, pero ¿Qué tecnología esta atrás de las aplicaciones fotovoltaicas?

Los fotones son las partículas de luz que viajan de forma constante del sol a la tierra, y tardan aproximadamente 8.33 minutos en llegar, considerando que la distancia media del sol a la tierra es de 150 millones de km, y que la luz viaja a una velocidad de 300,000 km/segundo.

Imagen 1:

El efecto fotoeléctrico, es el fenómeno físico motor de los electrones dentro de la célula fotovoltaica, el cual ha sido analizado durante varios siglos en el campo científico, y se ha observado que al incidir un haz de luz sobre algunos materiales se presenta un flujo de electrones, de igual forma se observó que dicho flujo de electrones varia su intensidad al variar el color de la luz que incide en él.

La línea de investigación que estudia este fenómeno es la física cuántica, una rama de la física, donde se busca una transformación de energía con el menor impacto al medio ambiente y con una mayor eficiencia en sus procesos.  La mayoría de las células fotovoltaicas de la actualidad están construidas con materiales semiconductores, los cuales son fabricados por tres elementos diferentes:

• Material base: Puede ser Silicio, Germanio, o Indio.  Este material debe ser capaz de formar enlaces covalentes para formar estructuras cristalinas.
• Material N: Puede ser  Fósforo, Arsénico, Telurio, Selenio.  Este material se inserta (dopa).  Forma enlaces covalentes con el material base y de esta forma se libera un electrón.
• Material P: Puede ser Cadmio, Boro, Cobre, Galio.  Este material se inserta (dopa), forma enlaces covalentes pero deja un espacio dentro de la estructura cristalina. 

Imagen 2:

La celda solar trabaja sobre el principio del fenómeno fotoeléctrico, donde la luz que incide sobre el material N excita los electrones liberados  con una intensidad  que superen la banda de valencia y pasen a un nivel  de conducción, buscando llegar a un espacio en el material P, previo a que el electrón llegue a un espacio del material P, entra en un circuito donde electrón por electrón va incrementando el flujo hasta alcanzar un valor el cual está limitado por la propia capacidad del material, y de esta forma la corriente es aprovechada.

Imagen 3:

El espectro de la luz solar, dependiendo de su longitud de onda, está compuesto por luz ultravioleta, luz visible y luz infrarroja.  La luz visible es la que posee una mayor densidad, por lo tanto,  es quien entrega una mayor aportación de energía para lograr que los electrones libres superen el nivel de valencia.  Es por esta razón que las sombras son perjudiciales para esta tecnología al limitar la liberación de electrones en la celda solar.

La especificación CFE GO100-04; Define a la celda fotovoltaica, como el elemento semiconductor más pequeño capaz de convertir la luz solar en energía eléctrica vía corriente directa. 

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https://lapem.cfe.gob.mx/normas/pdfs/f/G0100-04.pdf

https://es.wikipedia.org/wiki/Fot%C3%B3n

https://es.wikipedia.org/wiki/C%C3%A9lula_fotoel%C3%A9ctrica