Con una instalación fotovoltaica podemos generar electricidad para alimentar a nuestros electrodomésticos o elementos que necesiten corriente eléctrica. ¿Pero sabemos cómo se origina? ¿Qué hace que los rayos de Sol se conviertan en electricidad?
Una placa solar está formada por un conjunto de células fotovoltaicas conectadas entre sí. Estas células son las encargadas de convertir la energía procedente de la radiación solar en electricidad a través del efecto fotovoltaico. Este efecto puede conseguirse gracias a los materiales de los que están formadas las células fotovoltaicas, como por ejemplo el Silicio, que, además, es uno de los materiales más abundantes que se encuentra en la Tierra.
¿Cómo se forma la corriente eléctrica?
Como ya hemos dicho, el efecto fotovoltaico se produce en las células solares y éstas están formadas por distintos elementos. Para entender el proceso de generación de esta corriente eléctrica, primero realizaremos una pequeña introducción de los elementos y partes que se encuentran en una célula y entonces pasaremos a la explicación del proceso.
ELEMENTOS CÉLULA FOTOVOLTAICA
- Cristal
- Capa protectora
- Contactos metálicos
- Materiales semiconductores
- Caja protectora
Sección de una célula fotovoltaica y sus elementos
Del dibujo anterior, podríamos extraer que la luz procedente del Sol (fotones) incide en las células fotovoltaicas y ocurre algo dentro de sus capas, en este caso, y como ya hemos explicado antes, se produce un efecto fotovoltaico, el que hará que se genere una corriente eléctrica.
El efecto fotovoltaico
Una célula fotovoltaica, como ya se ha visto, está formada por 2 materiales semiconductores. Éstos, normalmente son de Silicio, pero no se trata de un Silicio puro, sino que lo han modificado un poco. Un átomo de Silicio, contiene 4 electrones en su capa más exterior, que son los que se encargan de formar los enlaces con los átomos de su alrededor.
Átomo de Silicio
Para que se produzca una corriente eléctrica, necesitamos tener una diferencia de potencia dentro de un circuito cerrado. Por eso, y tal como hemos visto en la sección de la célula fotovoltaica, y teniendo como base el Silicio, los dos materiales semiconductores tendrán que tener cargas diferentes para provocar esta diferencia de potencia:
- Semiconductor N. Este material será el primero que encontramos y necesitaremos que éste tenga un exceso de electrones (más adelante explicaremos el porqué). Para conseguirlo, se le añaden impurezas de elementos con por ejemplo 5 electrones en su capa exterior, como puede ser el antimonio (Sb). De esta forma, 4 de los electrones de este elemento pueden formar enlaces con los 4 del Silicio, pero siempre queda 1 libre. Dado que este semiconductor tiene un exceso de electrones, será de carga negativa y lo llamaremos N.
Enlaces de átomos de Silicio + átomo de antimonio
- Semiconductor P. En este caso, puesto que ya tenemos un elemento con carga negativa, para crear una diferencia de potencia, necesitaremos un elemento que el resultado final sea de carga positiva, por tanto, se añaden impurezas de un elemento por ejemplo con 3 electrones de valencia como lo es el Boro (B), que lo que hará es que 1 de los electrones del Silicio no se pueda enlazar con ninguno, quedando un "agujero" sin completar. Esta especie de "agujero" o "vacío" se comportará como una carga positiva, y como a diferencia del otro semiconductor, tendrá más "carga positiva", lo pasaremos a llamar Semiconductor P.
Enlaces de átomos de Silicio + átomo de boro
Por tanto, estos dos semiconductores de cargas diferentes, comienzan a interactuar entre ellos: como uno tiene electrones de más y el otro tiene cargas positivas de más (agujeros vacíos), se generará un movimiento de cargas produciendo una neutralización de cargas. Es decir, las cargas negativas y positivas se atraerán y colocarán en el punto de contacto de ambos elementos. Esto lo llamaremos unión PN
Si esta unión PN se expone a una radiación electromagnética (como son los fotones) por la zona del semiconductor N, la energía de los fotones es capaz de romper los enlaces covalentes (las parejas ya formadas) y hacer que queden libres aún más cantidad de electrones. Por tanto, esto hará que aumente mucho más, la carga negativa de la zona N, y, como te hemos explicado antes sabiendo que la diferencia de potencia en circuitos cerrados, hace que aparezca la corriente eléctrica(6), a más diferencia, más corriente se obtendrá.
Movimiento de cargas para generación de corriente eléctrica
La corriente eléctrica que se obtiene de las placas fotovoltaicas es corriente continua. Por tanto, para alimentar a nuestros electrodomésticos, necesitaremos un inversor que nos transforme esta corriente continua en corriente apta para el consumo, es decir, en corriente alterna.
