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Celda Solar
Una celda solar la convierte energía de la luz en energía eléctrica. El término celda
fotovoltaicase usa cuandola fuente de la luz no está definida.
El efecto foto-voltaico fue registrado por primera vez por Alexandre Becquerel, pero fue en
1883 cuando se construyó la primera celda solar, por Charles Fritts, celda solar solo
tenia1% de eficiencia. En 1954 los Laboratorios Bell,inventaron ciertos semiconductores,
que al estar contaminados se volvían sensibles a la luz con lo quecrearon celdas solares que
eran eficientes a un 6%, este avance hizo permisible que se lanzara al espacio en 1958 el
primer satélite con celdas solares, el Sputnik 3. En la actualidad se ha logrado obtener
hasta un 42% de eficiencia en conversión de energía.
Componentes de una celda solar
La celda solar moderna consta de lo siguiente:
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Placa de vidrio, que permite ingresar la luz, pero protege a los semiconductores en
la celda de los elementos.
Plancha de semiconductores tipo n y tipo p. El tipo n tiene una concentración de
electrones mucho más alta que la del tipo p, y ambos están contaminados a
propósito con átomos de otros elementos como el boro y el galio.
Trayectoria por donde pueden circular los electrones para ir del semiconductor tipo
n al tipo p. Esto es usualmente dos capas que rodean a la plancha de
semiconductores, que actúan como un conductor de electrones entre las dos capas
de semiconductores.
Finalmente, usualmente se le agrega una capa anti-reflectiva entre la placa de vidrio
y el semiconductor, para minimizar la pérdida de luz por reflejo.
Funcionamiento de una celda solar
Todo fotón contiene una cantidad de energía de 4x10-19 Joule y toda luz visible al ojo
humano lleva grandes cantidades de fotones.
El siguiente es el proceso que permite a una celda solar generar energía eléctrica:
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Los fotones pegan en la superficie de la celda, usualmente de vidrio. Ese permite
pasar la luz a la capa de semiconductor n.
Los átomos en la capa de semiconductores tipo n se excitan, "soltando" electrones,
lo que genera un exceso de electrones en la misma debido a que los fotones tienen la
energía suficiente para hacerlo.
La capa de semiconductor tipo p tiene deficiencia de electrones, lo cual atrae a los
electrones excitados provenientes de la capa tipo n. En términos eléctricos, se
genera una diferencia de potencial entre ambas capas de semiconductor.
Ya que la única manera de llegar del semiconductor tipo n al p es a través del cable
que une a ambas, los electrones escogen esta vía. Esto causa un campo eléctrico en
este cable, y esta es la corriente eléctrica que estamos buscando.
Eficiencia de las celdas solares
Actualmente se logra entre un 15% y 25% de eficiencia en las celdas disponibles
comercialmente, algunas celdas de materiales avanzados han logrado llegar a un 42% de
eficiencia, pero no en procesos industrializados de producción, sino en condiciones
controladas en laboratorio.
Además de su baja eficiencia son relativamente caras producirlas. Se estima que una
instalación doméstica de celdas solares cuesta aproximadamente $9/watt. Esto quiere decir
que, para poder proveer energía para una bombilla de 100 watts, se necesitaría invertir
$900, y esto solamente proveería energía de día, usualmente se instalan junto con sistemas
automáticos de baterías, los cuales permiten almacenar energía cuando no se utiliza durante
el día. Toda esto agrega costos adicionales, así como por su mantenimiento.
También si una pequeña parte de la celda solar la cubre alguna sombra, la eficiencia de la
celda se ve disminuida drásticamente y para maximizar la generación eléctrica, se debe
optimizar su ángulo y orientación dependiendo de la ubicación geográfica y hasta los
patrones de clima del lugar donde se instalará. Si no se toma todo esto en cuenta, la celda
solar no generará lo suficiente para justificar su instalación y uso.