Energía Solar Fotovoltaica: fundamentos físicos y tecnológicos

Teniendo en cuenta, por un lado, el creciente costo de la energía eléctrica a partir de la quita de subsidios y, por el otro, la aparición de facilidades financieras, la energía solar fotovoltaica ha tenido un gran impulso.  

En esta nota el Ing. MBA Diego Rojas nos cuenta acerca de las técnicas de fabricación de células FV y sobre los Módulos fotovoltaicos (FV) 

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La célula FV 

Según la teoría cuántica de la luz, ésta, en la fase de emisión, transporte y absorción, se comporta como un flujo de paquetes llamados fotones que tienen almacenada una cantidad de energía proporcional a la frecuencia de la onda luminosa a la que pertenecen. Es decir, que una luz ultravioleta tiene más energía que una infrarroja que transporta la misma cantidad de fotones. 

La misma teoría explica que los fotones interaccionan con los electrones contenidos en la materia en el generando un efecto fotoeléctrico. Desde un punto de vista cualitativo se puede explicar este efecto mencionando el hecho de que los fotones que chocan con los electrones ceden, a estos últimos, su energía. 

La conversión fotovoltaica, definida como el proceso mediante el cual se convierte directamente la radiación solar en electricidad a través de células fotovoltaicas, se basa en este fenómeno de interacción sobre la estructura de un material semiconductor como, por ejemplo, el silicio. 

Técnicas de fabricación de células FV 

Una primera clasificación de las diferentes tipologías de células fotovoltaicas puede ser según el material semiconductor con el que está fabricada. Actualmente la mayoría de las células FV están basadas en el silicio. Esta elección tiene relación con diferentes factores de naturaleza técnico-económica y de practicidad. 

El silicio es un material muy conocido en la producción industrial del sector electrónico. Esto hace que su producción y operación sea tecnológicamente más fácil y económica. Por último, el silicio es un elemento semiconductor muy abundante en nuestro planeta. 

Como ya se ha introducido, la producción de células está basada, mayoritariamente, en el silicio (> 90%). Entre las células de silicio se puede hacer una ulterior clasificación basada en la técnica de fabricación y, en particular, se distinguen tres tipologías fundamentales: 

¿Sabías que las células monocristalinas se reconocen fácilmente porque no son de forma cuadrada, sino que tienen las esquinas cortadas? Esto es debido a que están producidas a partir de cilindros de material monocristalino. 

Puedes consultar el documento IEA-ETSAP & IRENA (2013). «Solar Photovoltaics.  Technology Brief», en el enlace: http://www.irena.org/Publications, dentro de «IRENA-IEA-ETSAP Technology Briefs». 

Células de material alternativo 

Las alternativas al silicio son fundamentalmente las siguientes: 

Módulos fotovoltaicos (FV) 

El módulo FV consiste en la conexión eléctrica de células FV en serie (o paralelo) hasta obtener unos valores de tensión y corriente deseados. 

Conectar eléctricamente en serie significa que la salida eléctrica (polo negativo) de una célula está conectado a la entrada eléctrica (polo positivo) de la célula siguiente. De este modo el voltaje total resultante se obtiene sumando el voltaje de cada célula. 

Además, sólo en pocas aplicaciones los módulos están empleados de manera individual y directamente para un consumo de energía. La excepción más importante es la carga de pequeñas baterías de 12 V para alimentar luces o pequeños equipos en zonas remotas. Ésta es la razón por la que hoy en día muchos módulos comerciales tienen un número de células de 36 para obtener una tensión de salida útil para cargar estas pequeñas baterías. 

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