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Efecto fotovoltaico

Efecto fotovoltaico

El efecto fotovoltaico es el efecto fotoeléctrico caracterizado por la producción de una corriente eléctrica entre dos piezas de material diferente que están en contacto y expuestas a la luz o, en general, a una radiación electromagnética.

La energía solar es un tipo de energía renovable que se puede aprovechar de diversas formas. Una de ellas es la generación de energía eléctrica con la ayuda de paneles solares y del efecto fotovoltaico.

La fuente de energía para que se produzca este efecto es la luz natural o artificial pero òbviamente en el 99% de los paneles fotovoltaicos utilizan luz solar. 

¿Para qué se utiliza el efecto fotovoltaico?

El efecto fotovoltaico se utiliza en la energía solar fotovoltaica para generar electricidad.

Los materiales semiconductores (como el silicio) tienen la particularidad de propiciar el efecto fotovoltaico en paneles solares debido al comportamiento eléctrico que tienen ante el impacto con los fotones de la luz.

Los módulos solares están compuestos de células fotovoltaicas que son unos dispositivos semiconductores elaborados con este tipo de materiales. Normalmente, estos materiales semiconductores se forman a base de silicio puro con adición de impurezas de ciertos elementos químicos.

¿Cómo se produce el efecto fotovoltaico?

El efecto fotovoltaico se inicia en el momento en el que un fotón impacta con un electrón de la última órbita de un átomo de silicio. Éste último electrón se llama electrón de valencia y recibe la energía con la que viajaba el fotón.

El fotón es la partícula elemental portadora de todas las formas de radiación electromagnética incluida la radiación solar.

Si la energía que adquiere el electrón supera la fuerza de atracción del núcleo del átomo del silicio (energía de valencia), este sale de su órbita y queda libre. Al quedar libre, el electrón puede viajar a través del material conductor formando una corriente contínua.

¿Qué es el efecto fotovoltaico?

No todos los fotones que llegan a las células solares se convierten en electricidad. Parte de la radiación incidente se pierde por reflexión (rebota) y otra parte por transmisión (atraviesa la célula).

¿Cómo se genera la corriente eléctrica en un panel solar?

Cada electrón liberado deja atrás un agujero, o espacio libre, hasta que lo ocupe un electrón que ha saltado de otro átomo. Estos movimientos de cargas eléctricas (electrones) liberadas de los espacios que dejan atrás es lo que se llama corriente eléctrica.

Esta corriente de cargas puede salir del material con el fin de realizar un trabajo útil como por ejemplo accionar un motor, alimentar una bombilla, etc. Para que esto suceda de manera constante y regular, es necesario que exista la presencia de un campo eléctrico de polaridad constante. Este campo polariza las partículas y actúa como una verdadera bomba que impulsa los electrones en un sentido y genera hoyos en el opuesto.

En las placas solares convencionales, el campo eléctrico se forma gracias a que una zona del material tiene exceso de electrones (carga negativa), mientras que la otra tiene carencia de ellos (carga positiva). De este modo, al liberar un electrón,que tiene carga negativa, es impulsado a través del material hasta la zona donde la carga es positiva.

¿Qué importancia tienen los fotones en el efecto fotovoltaico?

Los fotones correspondientes a longitudes de onda pequeñas (radiación ultravioleta) son más energéticos que los correspondientes a longitudes de onda mayores (radiación infrarroja).

Cada material semiconductor tiene una energía mínima que permite liberar electrones de sus átomos. Esta energía corresponderá a fotones de una determinada banda de frecuencias que irá desde los asociados a la ultravioleta hasta los colores visibles, salvo del rojo que ya tiene una energía asociada inferior de los 1,2 electronvoltios.

¿Por qué no todos los fotones se convierten en electricidad?

No todos los fotones alcanzan el objetivo de separar electrones. Esto se debe a que al atravesar el material los fotones pierden energía. En ocasiones, en el momento de la colisión algunos fotones ya han perdido la demasiada energía para desplazar un electrón.

Asimismo, hay un porcentaje de fotones que llegan a atravesar la lámina de semiconductor sin toparse con ningún electrón y de otros que son reflejados. En estos casos no se produciría el efecto fotovoltaico haciendo saltar los electrones de una capa a otra.

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Fecha de publicación: 13 de mayo de 2015
Última revisión: 9 de junio de 2022