Las células solares son dispositivos no mecánicos que utilizan semiconductores para convertir directamente la luz solar en electricidad mediante el efecto fotovoltaico. Intuitivamente, se podría pensar que las células solares funcionan mejor bajo luz solar intensa, pero ¿es realmente así?
La humanidad lleva mucho tiempo utilizando la energía solar, principalmente mediante tres métodos: la conversión fotovoltaica, la conversión fototérmica y la conversión fotoquímica. La generación de energía fotovoltaica (FV), que convierte la luz solar en electricidad, es uno de los usos más eficientes de la energía solar.
El efecto fotovoltaico fue observado por primera vez en 1839 por el científico francés Edmond Becquerel, y se refiere a la generación de un potencial eléctrico cuando la luz incide sobre un semiconductor. Posteriormente, Einstein explicó este efecto utilizando la teoría cuántica de la luz, lo que le valió el Premio Nobel de Física en 1921.
A diferencia del efecto fotoeléctrico, que se produce cuando la luz incide sobre un único conductor, el efecto fotovoltaico tiene lugar en la interfaz entre dos placas semiconductoras. Al conectarse mediante un cable, esta interfaz crea un campo eléctrico que permite el paso de la corriente.
¿Cómo transforman las células solares la luz solar en electricidad? La luz solar es un espectro amplio de radiación electromagnética. Al incidir sobre una célula solar, la radiación puede reflejarse, absorberse o atravesarla. Solo la radiación absorbida se convierte en energía eléctrica.
En los semiconductores de silicio, se necesita una energía de 1,11 electronvoltios (eV) para arrancar un electrón de su átomo. Solo los fotones con energía superior a este umbral pueden generar electricidad. Sin embargo, el exceso de energía de los fotones de mayor energía se disipa en forma de calor, lo que contribuye al calentamiento del panel solar y puede elevar su temperatura por encima de la temperatura ambiente.
Contrariamente a la creencia popular, las células solares de silicio prefieren entornos más fríos, aunque siguen necesitando luz solar. A medida que aumentan las temperaturas, los paneles solares producen menos energía, a pesar de recibir la misma cantidad de luz solar.
Las altas temperaturas reducen principalmente la tensión en circuito abierto (la tensión cuando no circula corriente), aunque la corriente en cortocircuito (la corriente cuando la celda está en cortocircuito) se mantiene relativamente estable. Esto significa que las temperaturas elevadas conllevan una menor eficiencia y una menor potencia de salida.
Las células solares se prueban normalmente a una temperatura estándar de 25 °C (77 °F). Cuando la temperatura del panel alcanza los 60 °C (140 °F) o más, su potencia de salida disminuye significativamente. Por cada grado de aumento de temperatura, la corriente de cortocircuito aumenta solo un 0,04 %, mientras que la tensión de circuito abierto disminuye un 0,4 %.
Aunque la eficiencia disminuye en verano, la abundancia de luz solar durante esta estación sigue dando como resultado una mayor producción total de energía en comparación con otras estaciones.
Cómo enfriar los paneles solares
Al igual que otros dispositivos electrónicos, los paneles solares funcionan mejor a temperaturas más frías. Dado que dependen de la luz solar en lugar del calor para generar energía, funcionan mejor en condiciones luminosas pero frescas.
Para enfriar los paneles solares durante el verano, ¿deberíamos ponerles un toldo? ¡Claro que no! Bloquear la luz solar anularía la función de un panel solar. ¿Y qué hay de aplicar protector solar? No, aplicar barreras físicas reduciría la absorción de luz, y los métodos químicos no ayudarían a bajar la temperatura.
Para los paneles solares en tejados, la ventilación natural es una forma eficaz y económica de enfriarlos. Instalar los paneles dejando un espacio entre ellos y el tejado permite que el aire circule y los enfríe. Sin embargo, es importante mantener el espacio libre de hojas y otros residuos para asegurar la circulación del aire y evitar el sobrecalentamiento.
Los investigadores también han estudiado diversos métodos de refrigeración para mejorar la eficiencia de los paneles solares. Además de la ventilación natural, se han explorado la refrigeración por aire forzado y la refrigeración fotovoltaica-térmica (PVT), lo que ha proporcionado información valiosa para reducir la temperatura de los paneles y aumentar la producción de energía.
A medida que las células solares, emisarias de la energía limpia, se integran cada vez más en nuestras vidas, traen consigo una nueva oleada de soluciones respetuosas con el medio ambiente y con bajas emisiones de carbono.
