Paneles Solares Fotovoltaicos. Cómo Funcionan, Eficiencia Y Beneficios

Todos sabemos lo que ha subido el precio de la energía eléctrica en nuestro país. Es algo que nos ha afectado a todos, y que nos tiene buscando alternativas. Los paneles solares fotovoltaicos parecen ser una muy buena opción, y aquí veremos más detalle de ellos.

En países donde la generación de energía no proviene de fuentes hidroeléctricas si no del empleo de combustibles fósiles, los costos de la electricidad suelen ser elevados.

La tecnología fotovoltaica se ha desarrollado como alternativa real al servicio eléctrico convencional. Sigue con nosotros para descubrir en qué consiste.

Qué Son Los Paneles Solares Fotovoltaicos
Qué Son Los Paneles Solares Fotovoltaicos

¿Qué Son Los Paneles Solares Fotovoltaicos?

Los paneles solares fotovoltaicos son módulos individuales que captan la energía solar convirtiéndola en energía eléctrica mediante tecnología basada en el fenómeno fotovoltaico.

Están formados por un conjunto de celdas solares que agrupan a su vez dispositivos fotovoltaicos individuales hechos de materiales semiconductores que convierten los fotones de la luz en electrones, es decir, energía eléctrica.

En un panel solar, las células se comportan como un conjunto de baterías cuando sobre éstas incide la luz del sol. Esta separa los electrones formando capas separadas de energía positiva y negativa dentro de la célula solar.

Esta diferencia de potencial es la que termina generando la corriente eléctrica.

¿Cómo Funcionan Los Paneles Solares Fotovoltaicos?

Un sistema fotovoltaico convierte la energía luminosa del sol en energía eléctrica, y consta de cierta cantidad de paneles solares fotovoltaicos

Dentro de este sistema su unidad más pequeña es la celda solar. La celda solar genera electricidad de la siguiente manera:

  1. Las capas de semiconductores colocadas de manera diferente se juntan en una celda solar: una positiva y otra negativa.
  2. En la unión entre estas dos capas o unión PN, se crea un campo eléctrico que separa las dos capas y evita que las cargas se igualen. 
  3. Cuando la luz golpea la celda solar, los electrones se vuelven móviles y se elevan hacia la capa límite, la llamada banda de conducción. 
  4. Allí permanecen hasta que se cierra el circuito conectando un consumidor de electricidad, por ejemplo, un electrodoméstico, y comienzan a fluir como electricidad.

Conexión de las celdas solares

En realidad, nunca se emplean celdas solares de manera individual, generalmente están interconectadas eléctricamente entre sí. Esa interconexión de celdas solares se realiza de distintas maneras:

  • Conexión en serie: Es el método más común. Para ello, las celdas solares individuales se conectan en serie de modo que la corriente eléctrica generada fluya a través de todas las células solares una tras otra. 

Su voltaje individual se suma a un voltaje más alto. Un ejemplo: 72 celdas solares con un voltaje individual de 0,5 voltios llegan a un voltaje de salida de 36 voltios. 

La conexión en serie es particularmente ventajosa para sistemas fotovoltaicos más pequeños.

Como desventaja las células solares se influyen entre sí. Si hay sombreado, disminuye el rendimiento de todas las celdas conectadas.

  • Conexión en paralelo: Por un lado, el voltaje también se suma, por otro lado, todas las celdas funcionan sin verse afectadas. En caso de sombra, la disminución del rendimiento se compensa con el pleno rendimiento de las otras células solares. 

Su ventaja es que su rendimiento medio es mayor, y como desventaja su instalación implica costos mayores por el esfuerzo que requiere.

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Sin importar sí están conectados en serie o en paralelo en el panel solar, los polos positivo y negativo de las celdas solares se conectan entre sí y se crean filas o hilos, más conocidos como strings

Lo mismo se aplica a la conexión de varios paneles solares en serie. 

Ambos métodos a menudo se combinan para conectar varios paneles en serie para formar una cadena, y varias cadenas de este tipo en paralelo. Todo este sistema fotovoltaico se le denomina generador solar. 

¿Quién Inventó Los Paneles Solares Fotovoltaicos? 

De alguna manera varios físicos contribuyeron a la invención de la celda solar. A Becquerel se le atribuye dar inicio al desarrollo potencial del efecto fotovoltaico y a Fritz se le atribuye el hecho de la creación de la antecesora de todas las celdas solares.

El potencial energético del sol no ha pasado desapercibido a lo largo de la historia, pues los primeros registros escritos sobre el uso de la energía solar se remontan a romanos y griegos, quienes ya lo utilizaban para encender fuego mediante espejos o lentes reflejantes.

El físico francés Alexandre Becquerel descubrió en 1839 el efecto fotovoltaico al estar experimentando con una celda hecha de electrodos metálicos en una solución conductora. Esto abrió las puertas hacia el desarrollo de la energía solar

Observó que la celda producía más electricidad cuando quedaba expuesta a la luz que cuando estaba en la oscuridad. Años después, en 1873, Willoughby Smith descubrió que el selenio es un buen fotoconductor.

Esto lo descubrió mientras experimentaba en la construcción de cables telegráficos submarinos.

En 1876, Richard Evans Day y William Grylls Adams aplicaron el principio que descubrió Becquerel, pero esta vez al selenio. Ellos registraron que efectivamente el selenio generaba electricidad al estar expuesto a la luz.

El inventor estadounidense Charles Fritz en 1883 creó la primera celda solar de selenio funcional, materializando el efecto fotovoltaico con un artilugio que se convirtió en el origen de los actuales paneles solares fotovoltaicos.

Si bien actualmente se utiliza silicio en las celdas de paneles solares fotovoltaicos modernos, esta celda solar de selenio fue la principal precursora de toda esta tecnología.

Paneles Solares Fotovoltaicos
Paneles Solares Fotovoltaicos

Primer prototipo de panel solar fotovoltaico

Charles Fritts (1850 – 1903) vivía en Nueva York, dando rienda suelta a su ingenio. Sus inventos iban desde accesorios para cortinas, elementos mecánicos para optimizar el ensamblaje de vagones de tren y mecanismos para relojes.

Fritts inventó un dispositivo conformado por una caja de vidrio con una lámina de selenio entre dos capas metálicas, una superior hecha de oro muy delgado, y la inferior de latón.

Bajo la incidencia de la luz, los electrones se movían a través del selenio produciendo una corriente que salía por un cable situado en uno de los extremos de la caja.

Envió un prototipo a Werner von Siemens, ingeniero alemán que impresionado ante tal invento lo presentó ante la Real Academia de Ciencias de Prusia.

Así se declaraba oficialmente que los módulos solares evidenciaron por primera vez la conversión directa de la luz en electricidad.

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En aquel momento se estaba iniciando la revolución de la electricidad comercial en New York donde Thomas Edison activaba la primera central termoeléctrica a carbón de la historia en 1882.

Fritts sentía optimismo sobre el potencial de su invento y pensaba que podría competir con la central de Edison. Pero la celda que inventó sólo aprovechaba el 1% de la luz solar y no estaba en capacidad de satisfacer las necesidades de consumo de entonces.

Pero con el tiempo su invento sería optimizado por la industria gracias al desarrollo de nuevas tecnologías.

Eficiencia De Los Paneles Solares Fotovoltaicos

La eficiencia de una celda solar indica la cantidad de energía disponible que la celda fotovoltaica, el panel o el sistema, convierten en energía solar. 

La eficiencia de las diversas células solares varía mucho. Incluso también dependerá del tipo de panel seleccionado. La eficiencia de todo el sistema incluye también las pérdidas provocadas por el cableado y los inversores.

Factores que determinan la eficiencia

La eficiencia de los paneles solares fotovoltaicos tiene un impacto significativo en la eficiencia de todo el sistema fotovoltaico en conjunto, pero el inversor también tiene una influencia importante. 

La conversión de corriente continua en corriente alterna siempre implica pérdidas. Aunque esta pérdida es solo un pequeño porcentaje, ocurre durante toda la vida útil del sistema y resulta en pérdidas significativas. 

Por otra parte, las pérdidas que se producen en las líneas eléctricas son relativamente bajas. Sin embargo, esto solo se aplica si se observan dos reglas básicas importantes. 

En primer lugar, las dimensiones del sistema fotovoltaico. Las secciones transversales de cable especificadas no se deben cambiar o rebajar, ya que los cables que son demasiado delgados causan grandes pérdidas. 

En segundo lugar, el inversor debe estar cerca del punto de alimentación, porque las pérdidas de línea en el lado de Corriente Alterna (CA), son significativamente mayores que en el lado de Corriente Continua (CC).

Los Paneles Solares Fotovoltaicos
Los Paneles Solares Fotovoltaicos

Cálculo de la eficiencia de un panel solar fotovoltaico

La eficiencia de una celda solar se determina dividiendo la energía radiante por la energía emitida. Este cociente, representado con el carácter griego eta (η), indica la eficiencia en porcentaje. 

En la tecnología fotovoltaica, constantemente se establecen nuevos récords para la eficiencia de las células solares, pero estos son en su mayoría valores alcanzados en el laboratorio. 

En el caso de las celdas solares producidas en serie, las eficiencias son menores. La eficiencia siempre se determina bajo condiciones estándar de prueba.

Beneficios De Los Paneles Solares Fotovoltaicos

El ahorro de electricidad puede considerarse en ocasiones como algo engorroso porque hay que hacer cambios de electrodomésticos, sistema de iluminación y más.

Sin embargo, ahora existe la posibilidad de emplear paneles solares fotovoltaicos para lograrlo. Sus beneficios los podemos enumerar así:

  1. Los paneles solares fotovoltaicos suministran energía ecológica y limpia, sin emisiones de gases de efecto invernadero.
  2. La energía solar proviene de la naturaleza, libre e inagotable. Se considera una energía renovable.
  3. La energía solar está disponible en cualquier lugar.
  4. Es una energía apropiada para redes inteligentes con generación de energía distribuida.
  5. Los paneles solares fotovoltaicos son cada vez menos costosos y se espera que siga esta tendencia.
  6. Producen energía eléctrica de forma directa a través del fenómeno fotoeléctrico.
  7. Los costes de mantenimiento y funcionamiento son bajos en comparación con otras tecnologías de energías renovables.
  8. Son totalmente silenciosos, no generan ruidos, por lo que son muy adecuados para zonas residenciales urbanas.
  9. Proporcionan una solución eficaz a los picos de demanda de energía eléctrica.
  10. No poseen partes móviles a excepción de cuando se necesitan mecanismos de orientación de los paneles en dirección del sol.
  11. Se pueden instalar tanto en el techo como en el suelo de un hogar sin interferir con el estilo de vida de sus habitantes.

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Conclusión: La Importancia De Los Paneles Solares Fotovoltaicos En Nuestra Actualidad

El uso de paneles solares fotovoltaicos está irrumpiendo con fuerza en la industria energética. Cada vez es más común ver su utilización por parte de consumidores que buscan fuentes de energía amigables con el ambiente.

Lo cierto es que es una opción bastante válida que además logra reducir los gastos en energía eléctrica para abastecer hogares y negocios y que resulta atractiva a largo plazo.

Conocer los detalles de esta tecnología nos puede ayudar en un futuro si se considera tomar esta opción para generar tu propia electricidad para el hogar.

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