Paneles de energía
solar fotovoltaica

Célula fotoléctrica

Célula fotoléctrica

En electrónica, una célula fotoeléctrica o una célula fotovoltaica es un dispositivo eléctrico / electrónico que convierte la energía incidente de la radiación solar en electricidad a través del efecto fotovoltaico. Las células fotovoltaicas son los componentes básicos de los módulos fotovoltaicos, que son los paneles solares capaces de generar energía eléctrica a partir de la radiación solar. És por lo tanto, el elmento básico esencial para este tipo de energía renovable.

Los compuestos de un material que presenta efecto fotoeléctrico absorben fotones de la luz y emiten electrones. Cuando estos electrones libres son capturados, el resultado es una corriente eléctrica que puede ser utilizada como electricidad. Un panel fotovoltaico se compone de un grupo de células fotoeléctricas formando. Este grupo de células fotovoltaicas forman una red de células solares conectadas en circuito en serie para aumentar la tensión de salida a la vez que se conectan varias redes en circuito en paralelo para aumentar la corriente eléctrica que es capaz de proporcionar el dispositivo. El tipo de corriente eléctrica que proporciona es corriente continua.

La eficiencia de conversión media obtenida por las células fotovoltaicas disponibles comercialmente producidas a partir de silicio monocristalino es inferior a la de las células multicapa, normalmente de arseniuro de galio. Actualmente hay también nuevas tecnologías en la producción de los paneles solares que no utilizan el silicio, por ejemplo, con los semiconductores telururo de cadmio, arseniuro de galio y diseleniur de cobre en indio.

Descripción de la célula fotovoltaica

La célula solar fotovoltaica más habitual es una lamina de silicio cristalino de un espesor aproximado de 0,3 mm. El proceso de elaboración es de un nivel sofisticado y delicado para poder conseguir una homogeneidad del material.

El campo eléctrico se genera a partir de la diferente polarización de dos zonas de la célula fotovoltaica. Generalmente, la parte superior tiene un carácter negativo y el resto positivo para crear la unión p-n.

Se consigue, así, que una de sus zonas tenga:

  • Defecto de electrones, llamada zona p o positiva, o ánodo o receptor. Generalmente, se consigue añadiendo al silicio puro una pequeña parte de boro que solo tiene 3 electrones de valencia.
  • Exceso de  electrones, llamada n o negativa, o cátodo o emisor. Generalmente formada por la difusión de fósforo que tiene 5 electrones en la última órbita.

Debido a esta diferencia de carga eléctrica en el material, se produce el campo eléctrico encargado de empujar los electrones a salir de la célula por la superficie de la capa N, lo que implica el establecimiento de una corriente eléctrico.

La célula solar está dotada de unos contactos eléctricos para poder canalizar la energía que produce cuando se la ilumina. Estos contactos están diseñados de forma ramificada (en la cara soleada). Hay dos de principales y, además, están las ramificaciones que los unen para recaudar mejor los electrones en toda la superficie de la célula. El objetivo es combinar la vez un buen contacto eléctrico, de baja resistividad y hacer la mínima sombra para que los fotones lleguen al material activo de la célula.

En la cara posterior, los contactos suelen formar una trama apretada o, incluso, una lamina continua que permite la reducción del valor de la resistencia interna.

Principio de funcionamiento de la célula fotovoltaica

Cuando una célula solar fotovoltaica se conecta a una carga o consumo y, al mismo tiempo, se iluminada por el Sol, genera una diferencia de potencial entre sus contactos que provoca la circulación de los electrones a través de la carga.

En estas condiciones, la célula funciona como un generador de corriente. A continuación, describiremos con un poco mas de detalle los diferentes procesos que lo hacen posible:

  • Los fotones que alcanzan el interior de la célula y que poseen una energía cinética igual o superior a la energía de valencia impactan en el material y generan pares de portadores (electro-agujero).
  • El campo eléctrico, o diferencia de potencial, producido por la unión p-n separa los portadores antes de que se puedan dar recombinaciones.

Podemos decir que la corriente generada por una célula solar fotovoltaica iluminada y conectada a una carga es el resto entre su capacidad de producción bruta y las pérdidas por recombinación entre electrones y fotones.

Aplicaciones de la célula fotoeléctrica

Las células fotovoltaicas se utilizan a veces solas (iluminación de jardín, calculadoras, ...) o agrupadas en paneles solares fotovoltaicos.

Se utilizan para reemplazar las baterías (la energía es con mucho la más cara para el usuario), las células han invadido las calculadoras, relojes, aparatos, etc.

Es posible aumentar su rango de utilización almacenando mediante un (condensador o batería eléctrica). Cuando se utiliza con un dispositivo para almacenar energía, hay que colocar un diodo en serie para evitar la descarga del sistema durante la noche.

Se utilizan para producir electricidad para muchas aplicaciones (satélites, parquímetros, ...), y para la alimentación de los hogares o en una red pública en el caso de una central solar fotovoltaica.

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Última revisión: 25 de mayo de 2018