Antes de entender cómo funcionan los paneles solares y para qué sirven, hablemos de qué son los paneles solares.
Son módulos que captan la radiación electromagnética en forma de luz proveniente del sol para su aprovechamiento y transformación en diferentes clases de energía cómo térmica o eléctrica.
En los últimos años los paneles solares se han convertido en un tema popular y seguramente la mayoría los han escuchado en algún momento y puede que tengamos claro la función que cumplen o para qué sirven los paneles solares. Ahora bien, ¿Cómo se realiza la conversión de la luz solar en electricidad?
Para comprender cómo funcionan los paneles solares, primer es necesario comprender la naturaleza de la luz y de los materiales que componen los paneles solares.
La luz se compone de fotones, las cuales son partículas elementales portadoras de formas de radiación electromagnética incluida la luz visible. Por lo tanto, los paneles solares deben estar compuestos por materiales que logren atrapar tales fotones para aprovechar su energía portante.
¿Qué material convierte la luz en electricidad?
Los materiales que tienen esas propiedades son los semiconductores, los cuales reaccionan eléctricamente con la presencia de radiación solar.
Los materiales semiconductores manifiestan un comportamiento dual, es decir, pueden ser conductores o aislantes, lo cual depende del campo eléctrico de su entorno o en donde se encuentran o bien la radiación solar.
En la tabla periódica encontramos 14 elementos semiconductores, sin embargo, el material semiconductor con propiedades físicas y químicas mas favorables para generar el efecto fotovoltaico es el silicio, el cual, además, es el elemento químico más abundante en el planeta después del oxígeno.
De hecho, además de ser usado en paneles solares, es usado en la fabricación de dispositivos semiconductores como transistores, diodos, microcontroladores, por tal razón se conoce como el valle del silicio (Silicon Valley) al territorio de california en la que se concentran gran cantidad de empresas del sector de la electrónica y la informática.
Una capa de silicio es agrupado o dopado con materiales como el fósforo, arsénico o antimonio, tal configuración tipo N le permite tener un electrón libre. A su vez una capa de silicio tipo P es agrupado o dopado con materiales como el boro con el fin de aceptar o recibir un electrón libre.
El electrón libre es excitado por los fotones y atraído hacia la capa tipo P lo cual genera un flujo de electrones conocido como corriente eléctrica que es dirigida por un electrodo al interior de la célula.
Una analogía que nos permite entender este fenómeno es la de las plazas de aparcamiento. Un conductor deja su lugar en un parqueadero por otro que le viene mejor. Otro auto hace lo mismo y se coloca en el lugar que quedó libre, dejando a su vez otro lugar que podrá ser ocupado por un tercer vehículo. Si imaginamos la escena, veríamos una corriente de vehículos en una dirección (electrones) y una corriente de plazas en la contrario (huecos). Así funcionan los paneles solares.
De manera que el voltaje de cada célula de silicio que es de alrededor 0.7V, se incrementa al conectarse en serie con más células para alcanzar niveles de tensión de 50V DC en circuito abierto.
Como se ve en la imagen el panel solar se compone de:
Marco en Aluminio
Vidrio Templado
EVA (Etileno Vinil Acetato)
Comúnmente encontramos paneles solares cristalinos y monocristalinos en módulos sólidos y flexibles. Los de tipo monocristalino se comportan mejor a altas temperaturas y pueden alcanzar eficiencias más altas y por tanto son los más usados. Aquí le mostramos las diferencias entre paneles solares policristalinos y monocristalinos.
La mayoría de los fabricantes de módulos solares afirman que la vida útil promedio de sus paneles es de 25 años. Lo anterior no significa que al cabo de ese periodo dejarán de funcionar, mas bien debe interpretarse que su potencia nominal habrá disminuido un 20%.
Los paneles solares sirven para generar energía en forma de calor o de electricidad.
En los colectores solares térmicos se hace circular agua o un líquido refrigerante, el cual se calienta con la energía captada del sol y luego es llevado a un tanque lleno de agua al cual se transfiere el calor adquirido y así el ciclo se reinicia. De tal manera, se puede obtener agua caliente para sistemas de calefacción como piscinas o para uso cotidiano.
También son usados para generar energía eléctrica, la cual es llevada mediante conductores eléctricos a sistemas de acumulación o baterías o es inyectada directamente en la red de energía, conocido como inyección a red.
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