Paneles fotovoltaicos: Fundamentos de la energía solar

Los paneles fotovoltaicos aprovechan la energía del sol para alimentar tu casa. ¿Pero cómo?

Parece magia: capturar la energía del sol gracias a la instalación de paneles fotovoltaicos y convertirla en electricidad para hacer funcionar tu tostadora. Pero es ciencia, no magia. Los paneles fotovoltaicos utilizan una curiosa ciencia llamada efecto fotovoltaico para convertir una forma de energía en otra. Así es como los paneles solares recogen la luz y la convierten en electricidad.

La ciencia del sol

El sol es una fuente de energía intensa, que produce alrededor de 10 decillones (un 1 seguido de 33 ceros) de energía al año. Eso es mucho. Todo el planeta está bañado por esta lluvia de energía, y es una de las cosas que hacen de éste un lugar tan agradable para vivir. Impulsa el clima, calienta la atmósfera y hace posible la vida. Entonces, ¿no sería útil poder convertir parte de esta energía en una forma que pudiéramos utilizar?

Eso es lo que hacen las plantas mediante la fotosíntesis, utilizando la luz para combinar el carbono de la atmósfera en azúcares que metabolizan para crecer. Y los paneles fotovoltaicos que se ven en un número cada vez mayor de tejados hacen algo parecido, convirtiendo la luz en electricidad. Pueden hacerlo gracias a algo llamado efecto fotovoltaico, que convierte la energía solar en energía eléctrica.

Como funciona un panel fotovoltaico

Funciona así: a veces, cuando la luz incide en un átomo, es absorbida por uno de los electrones que lo rodean, aumentando la energía del electrón. En algunos materiales (como algunos metales y el silicio), esta energía extra es suficiente para soltar el electrón del átomo, dejando que se mueva dentro de la estructura cristalina del material. Si se crean dos capas de cristal, se puede aprovechar esto.

Una capa, llamada material de tipo N, está contaminada con una sustancia química (los científicos la llaman dopaje) que significa que hay muchos electrones en ella, por lo que tiene electrones de sobra. La otra capa está contaminada con otro material que hace que quiera absorber más electrones, llamado material de tipo P. Estos electrones no pueden saltar fácilmente sobre la unión de estos dos materiales (llamada unión NP), por lo que hay una diferencia de voltaje entre las dos capas. Si se conecta un circuito a cada lado de este panel, ese voltaje puede utilizarse para alimentar un aparato o para cargar una batería.

Cada célula solar genera sólo un pequeño voltaje, normalmente unos 0,5 V. La cantidad de corriente creada depende del tamaño de la célula. Si conecta varias células entre sí, este voltaje puede aumentar. Así, si cubres tu tejado con células solares conectadas entre sí, puedes recoger suficiente electricidad para alimentar la mayor parte de la casa.

Los paneles fotovoltaicos también generan corriente continua (CC) en lugar de la corriente alterna (CA) que suministra tu compañía eléctrica. Esto significa que la energía de un panel solar tiene que ser convertida antes de que pueda hacer funcionar la tostadora. Además, a menudo hay que almacenarla: es posible que quieras tostadas cuando no sale el sol, y los paneles solares no generan energía en la oscuridad.

Por supuesto, esto depende de la cantidad de luz que haya que convertir, y hay otras limitaciones en el proceso. La cantidad de energía que captan depende de las propiedades del material que absorbe la luz y de la unión entre los dos materiales. Esta combinación sólo absorbe determinadas frecuencias de luz. Algunos paneles solares modernos lo evitan incluyendo múltiples materiales y uniones entre ellos (denominados células multijuego) que pueden absorber diferentes frecuencias de luz para capturar más energía.

Los paneles fotovoltaicos son caros, pero los precios van bajando

Y está el coste. Las células solares no son baratas de fabricar, ya que requieren el crecimiento preciso de grandes cristales con composiciones químicas muy exactas. Las otras partes del sistema (como el regulador) también son caras, ya que tienen que ser capaces de manejar grandes cantidades de energía.

Sin embargo, el precio está bajando constantemente, ya que se están desarrollando nuevas formas de fabricar células solares y se están abriendo nuevas fábricas para fabricarlas. Aunque no es probable que la energía solar sustituya completamente a otras formas de generar energía, vamos a ver que la energía solar es una fuente de electricidad cada vez más importante. Y todo gracias a esa extraña peculiaridad de algunos materiales que convierten la luz en electricidad.