Celdas solares: ¿Qué son y cómo funcionan?
Una celda solar, también conocida como célula fotovoltaica, es una placa sólida fabricada con diversas capas de silicio y otros elementos conductores que transforman la luz solar en energía eléctrica.
Actualmente estas celdas son uno de los dispositivos más importantes para la producción de energía renovable, ya que son la base para construir paneles solares y poseen un rol cada vez más relevante en el desarrollo tecnológico a nivel mundial.
¿Para qué sirve una celda solar?
Las celdas fotovoltaicas sirven para producir energía eléctrica a partir de la energía solar que reciben, sin residuos ni desperdicios que sean dañinos para el medio ambiente. Esta es una de las fuentes renovables más confiables y difundidas por todo el mundo.
Cuando se colocan juntas, estas celdas se utilizan como componentes principales para módulos y paneles solares, los cuales generan un flujo eléctrico que puede ser utilizado a nivel doméstico, comercial o industrial.
Adicionalmente, estas celdas ayudan a dar energía a numerosas tecnologías con distintas aplicaciones: desde el alumbrado de calles y la carga de aparatos electrónicos hasta usos a nivel espacial.
¿De qué está hecha una celda solar?
Una celda solar está hecha principalmente de silicio, pero también puede contener otros materiales conductores como:
- Teluro de cadmio
- Indio
- Arseniuro de galio
- Selenio
El componente más importante de estas celdas es su placa hecha de silicio, ya que es el material que posee la mejor conductividad y, además, facilita el movimiento de los electrones, lo cual es la base para la producción de electricidad.
Sin embargo, una celda solar no está compuesta por un único elemento conductor, sino que se constituye por una superposición de capas hechas con los materiales antes mencionados.
La proporción de dichos materiales depende del tipo de celda, la marca y capacidad de la célula solar, así como el tipo de tecnología con la cual esté fabricada, ya que la combinación de estas capas determinará el modo en que absorben la energía contenida en los rayos solares para convertirlas en electricidad.
Características de las celdas solares
Las características de las celdas solares pueden variar de acuerdo a diversos factores como su composición o la tecnología con la que están diseñadas. Sin embargo, las hay algunas características comunes para todas las células solares:
- Su producción depende del nivel de irradiación solar, es decir, a mayor exposición a la luz solar, más energía podrá generar
- En la medida que las celdas son mejores tendrán una mayor eficiencia durante la generación de energía. A esto se le conoce como factor de forma
- Con el paso de los años, el nivel de producción de una celda solar disminuye por efecto del deterioro, lo que se conoce como degradación por potencial inducido
- Las células fotovoltaicas de mayor calidad tienen un rango menor de degradación y pueden mantener su nivel de producción por más tiempo
- La potencia pico y el porcentaje de eficiencia de una celda depende de su tecnología, la incidencia y tiempo de exposición a los rayos solares en las placas
- Las celdas de mayor capacidad pueden producir individualmente, una potencia máxima aproximada de 3.6 vatios
- La combinación de celdas en un panel solar de alta eficiencia puede tener una capacidad de 550W en condiciones óptimas
- El porcentaje de eficiencia de las células para convertir la luz solar puede estar entre el 15% y el 20%, de acuerdo a la calidad de sus materiales y la tecnología que utilice
- Están fabricadas por capas de material superpuestas una sobre la otra
- Son resistentes a altas temperaturas
- La generación de electricidad se realiza de manera uniforme en toda la célula.
- La combinación de placas hechas con distintos materiales es lo que permite el movimiento de átomos para la producción de electricidad
Tipos de celdas solares
Existen varios tipos de celdas fotovoltaicas, se dividen de acuerdo a dos características: el grado de pureza de sus materiales y el tipo de tecnología que utilizan para absorber la luz solar.
Según la pureza de sus materiales
Esta característica implica el grado de pureza que contiene el silicio en su interior. Mientras más procesos de filtrado para remover impurezas, mayor es la calidad del material. De acuerdo a esto, existen tres tipos de celdas:
- Monocristalinas: están fabricadas con un cristal de silicio uniforme que ha sido procesado para darle el mayor grado de pureza. Absorben más energía que los demás modelos, pero también tienden a ser más costosas.
- Policristalinas: el silicio en estas células es menos procesado y está colocado en forma de cristales delgados, no de manera uniforme. Son muy efectivas para absorber energía, pero su capacidad es menor a las monocristalinas.
- Amorfas: contienen una capa de silicio sin procesar mezclada con otros materiales. Se caracterizan por ser flexibles y muy resistentes, sin embargo, tienen la menor capacidad de producción de todas las celdas solares.
Según la tecnología de las celdas
La tecnología implica las características que poseen para aumentar su capacidad de producción, indistintamente al grado de pureza que tengan sus materiales. Existen varios tipos de celdas con múltiples aplicaciones, pero solo dos son utilizados en paneles solares:
- PERC: es un acrónimo de Passivated Emitter Rear Cell y se traduce como célula trasera de emisor pasivado. Están diseñadas con una capa extra en el reverso de la celda que permite aprovechar el reflejo de la luz para producir más energía.
- Half cut Cell: el material de la celda es cortado a la mitad para dividir el flujo de la energía producida y optimizar el funcionamiento de las placas internas. Además, de este modo la producción eléctrica se ve menos afectada por obstrucciones en la luz.
¿Cómo funciona una celda solar?
Una celda solar funciona absorbiendo los fotones que se encuentran presentes en la luz solar a través de sus placas de silicio. Esto ocasiona que se liberen electrones y se muevan dentro de las placas para generar un flujo de corriente eléctrica.
Todo el proceso funciona de la siguiente manera:
- En primer lugar, la luz solar irradia sobre la célula y comienza el proceso de transformación
- La radiación ultravioleta, contenida en los rayos solares, libera miles de fotones de manera uniforme sobre la celda
- Los fotones atraviesan las diferentes capas de material que componen la estructura de la célula solar
- Luego llegan a la placa interior, en la cual se liberan electrones al entrar en contacto con el silicio de la celda
- El movimiento de los electrones dentro de los materiales conductores de la fotocélula genera una pequeña carga eléctrica
- Cuando existen suficientes celdas conectadas y trabajando juntas, se genera la cantidad de energía suficiente para poder aprovecharla
- Las celdas que componen un panel solar generan un flujo de corriente directa que es transportada hacia un inversor para ser transformada en corriente alterna
- Finalmente, la corriente alterna resultante puede ser aprovechada en el hogar, el comercio o la industrial, de acuerdo al uso que necesites darle.
Beneficios de las celdas solares
El uso de las celdas solares en paneles y módulos fotovoltaicos representan una serie de beneficios importantes, no solo para ti como usuario, también para el medio ambiente. Esta tecnología se ha popularizado mucho gracias a que:
- Producen energía limpia y renovable
- Te permiten ahorrar dinero en electricidad
- Su producción es silenciosa
- Son resistentes a altas temperaturas
- Tienen una larga vida útil
- Requieren poco mantenimiento
- Producen energía continuamente por años
- Son reparables o reemplazables si se dañan
- Pueden generar energía incluso con poca luz
La mayor ventaja de este tipo de tecnología es su versatilidad más allá del ámbito doméstico. Las celdas solares tienen grandes aplicaciones industriales y para la construcción de todo tipo de artefactos tecnológicos.
Esta es una manera estupenda de disminuir la dependencia de los combustibles fósiles, y aprovechar las ventajas que la energía renovable puede aportar.
¿Cuánto cuesta una celda solar?
Las celdas solares se pueden conseguir individualmente y su precio varía de acuerdo a la marca y al tipo de célula. El costo de una celda monocristalina puede alcanzar los $2,381.45 MXN en Amazon México.
Sin embargo, es poco frecuente adquirir celdas fotovoltaicas por separado, ya que, generalmente puedes conseguirlas en forma de paneles o módulos solares listos para instalar, de diferentes tamaños y con distintas aplicaciones.
Existen muchos módulos solares de uso doméstico, ya sea para lámparas de jardín, cargar electrodomésticos o incluso para dar energía a una casa. Estos últimos pueden llegar costar alrededor de los $9,000 MXN + IVA, dependiendo de la empresa que elijas como proveedora.
Un gran aporte al medio ambiente y a tu economía
Actualmente, el costo a nivel económico, social y ambiental de producir electricidad con base en combustibles fósiles es muy elevado. Sin embargo, el uso particular y cada vez más frecuente de energías alternativas renovables, ya sea a nivel doméstico, comercial o industrial, están generando cambios importantes.
Estos permiten disminuir la huella de carbono en el medio ambiente, pero también ayudan a motivar el cambio más importante de todos: un cambio de consciencia en las personas que los impulse a preocuparse más por el mundo en que vivimos y que desean legar a las siguientes generaciones.
Si decides ser parte de la solución, el uso de celdas solares para cubrir la mayor parte de tus necesidades de consumo eléctrico es una gran decisión. Esta representa tu grano de arena para mejorar las condiciones de vida de todos y, adicionalmente, te permitirá ahorrar muchísimo dinero en tu factura de luz.
