Escrito por Tendenzias

Proceso de conversion fotovoltaica

Cuando hablamos de conversión fotovoltaica hablamos de un proceso en el que la energía solar se convierte en electricidad. Un proceso necesario para sacar partido a una energía cada vez más utilizada y que os explicamos a continuación al detalle.

Proceso de conversión fotovoltaica

El sol proporciona 1 kW / m 2 de energía libre y no contaminante durante varias horas todos los días. Por ello podemos aprovechar, y cada vez, son más las personas que lo hacen, los sistemas térmicos y fotovoltaicos que sacan partido al sol al igual que la biomasa.

Conversion fotovoltaica

El carbón, el petróleo, el etanol vegetal y la madera son todas formas de energía solar almacenada. Si bien cada proceso de conversión de energía tiene una curva de respuesta espectral única, la mayoría del trabajo de desarrollo de laboratorio se ha concentrado en sistemas fotovoltaicos capaces de convertir la energía almacenada en electricidad en el proceso conocido como conversión fotovoltaico.

Cómo se origina la conversión fotovoltaica

Cuando hablamos de energía solar, lo hacemos también de energía fotovoltaica que consiste en la conversión directa de la luz en electricidad a nivel atómico. Algunos materiales exhiben una propiedad conocida como el efecto fotoeléctrico que los hace absorber fotones de luz y liberar electrones. Cuando se capturan estos electrones libres, se obtiene una corriente eléctrica que se puede usar como electricidad.

El efecto fotoeléctrico fue observado por primera vez por un físico francés, Edmund Bequerel, en 1839, quien descubrió que ciertos materiales eran capaces de producir pequeñas cantidades de corriente eléctrica cuando eran expuestas a la luz. En 1905, Albert Einstein describió la naturaleza de la luz y el efecto fotoeléctrico en el que se basa la tecnología fotovoltaica, una teoría por la que más tarde ganó un premio Nobel de física.

Conversion fotovoltaica origen

El primer módulo fotovoltaico fue construido por los laboratorios Bell en 1954. Fue anunciado como una batería solar y era principalmente una curiosidad, ya que era demasiado caro para obtenerse de él un uso generalizado. En la década de los años 60, la industria espacial comenzó a hacer el primer uso serio de la tecnología para proporcionar energía a bordo de naves espaciales. A través de los programas espaciales, la tecnología avanzó, se estableció su confiabilidad y el coste comenzó a disminuir.

Como funciona la conversión fotovoltaica

La conversión fotovoltaica se produce a través de la conocida como célula fotovoltaica básica o también llamada célula solar. Las células solares están hechas del mismo tipo de materiales semiconductores, como el silicio, que se utiliza en la industria de la microelectrónica. Para el funcionamiento de estas células solares, una oblea de semiconductor delgada se trata especialmente para formar un campo eléctrico, que es positivo en un lado y negativo en el otro. Cuando la energía de la luz golpea la célula solar, los electrones se desprenden de los átomos en el material semiconductor. Si los conductores eléctricos están conectados a los lados positivo y negativo, formando un circuito eléctrico, los electrones se pueden capturar en forma de una corriente eléctrica, es decir, electricidad. Esta electricidad puede usarse para alimentar una carga, como una luz o una herramienta.

Conversion fotovoltaica como funciona

Un número de células solares conectadas eléctricamente entre sí y montadas en una estructura o bastidor de soporte se denomina módulo fotovoltaico. Los módulos están diseñados para suministrar electricidad a un cierto voltaje, como un sistema común de 12 voltios. La corriente producida depende directamente de cuánta luz golpea el módulo.

Se pueden conectar varios módulos juntos para formar una matriz. En general, cuanto mayor sea el área de un módulo o matriz, más electricidad se producirá. Los módulos y arreglos fotovoltaicos producen electricidad de corriente continua (cd). Se pueden conectar en configuraciones eléctricas en serie y paralelas para producir cualquier combinación de corriente y voltaje requerida.

Cómo son los módulos fotovoltaicos que se usan

Los dispositivos fotovoltaicos más comunes de hoy en día usan una unión o interfaz única para crear un campo eléctrico dentro de un semiconductor, como una célula fotovoltaica. En una celda fotovoltaica de unión única, solo los fotones cuya energía es igual o mayor que el espacio de banda del material de la célula pueden liberar un electrón para un circuito eléctrico y de este modo poder capturar la energía. En otras palabras, la respuesta fotovoltaica de las células de unión única está limitada a la porción del espectro del sol cuya energía está por encima del espacio de banda del material absorbente, y no se utilizan fotones de energía más baja.

Conversion fotovoltaica como es

Una forma de evitar esta limitación es usar dos (o más) celdas diferentes, con más de un espacio de banda y más de una unión, para generar un voltaje que genere luego la conversión de la energía solar que queremos utilizar como electricidad. A estos se les conoce como celdas “multijunction” (también llamadas celdas “en cascada” o “tándem”). Los dispositivos de múltiples funciones pueden lograr una mayor eficiencia total de conversión porque pueden convertir una mayor cantidad del espectro de energía de la luz a la electricidad.

En realidad, un dispositivo o celda multijuntura es una pila de celdas individuales de unión única en orden descendente de banda prohibida (Eg). La celda superior captura los fotones de alta energía y pasa el resto de los fotones para ser absorbidos por las celdas de banda baja.

Gran parte de la investigación actual en células de múltiples funciones se centra en el arseniuro de galio como una (o la totalidad) de las células componentes. Tales células han alcanzado eficiencias de alrededor del 35% bajo luz solar concentrada . Otros materiales estudiados para dispositivos multijuntura han sido el diselenuro de silicio amorfo y cobre indio aunque por el momento no son tan ulizados o debe estudiarse más con ellos.

Como ejemplo podemos añadir además que el dispositivo multijuncionamiento convencional utiliza una celda superior de fosfuro de indio y galio, “una unión de túnel”, para ayudar al flujo de electrones entre las células, y una celda inferior de arseniuro de galio, con ello se puede conseguir la llamada conversión fotovoltaica tan necesaria para sacar partido al sol y su energía.

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