Cómo funcionan los paneles solares?

Ya sea en una calculadora de energía solar o una estación espacial internacional, los paneles solares generan electricidad a partir de los mismos principios de la electrónica como las baterías químicas o tomas de corriente estándar. Con los paneles solares, nos referimos a la circulación de electrones a través de un circuito.


Para entender cómo funcionan los paneles solares generan energía eléctrica, haremos un rápido viaje de vuelta a la clase de química en la escuela. El elemento básico de los paneles solares es el mismo elemento que ayudó a crear la revolución de la computadora, el silicio puro. Cuando el silicio es despojado de todas las impurezas, se hace una plataforma ideal para la transmisión de electrones. El silicio también tiene algunas propiedades a nivel atómico que lo hacen aún más atractivo para la construcción de paneles solares.

Los átomos de silicio tienen espacio para ocho electrones en sus bandas exteriores, pero sólo llevan cuatro en su estado natural. Esto significa que hay espacio para cuatro electrones más. Si un átomo de silicio hace contacto con otro átomo de silicio, cada uno recibe del otro átomo de cuatro electrones. Esto crea un fuerte vínculo, pero no hay una carga positiva o negativa, porque los ocho electrones satisfacen las necesidades de los átomos. Los átomos de silicio se pueden combinar en los próximos años como el resultado de un gran trozo de silicio puro. Este material se utiliza para formar las placas de los paneles solares.

Aquí es donde la ciencia entra en escena. Dos placas de silicio puro no generan electricidad en los paneles solares, porque no tienen carga positiva o negativa. Los paneles solares se crean mediante la combinación del silicio con otros elementos que tienen cargas positivas o negativas.

El fósforo, por ejemplo, tiene cinco electrones que ofrecer a otros átomos. Si el silicio y el fósforo se combinan químicamente, el resultado son ocho electrones con un electrón libre adicional para el paseo.
Con el fin de que fluya la electricidad, también se debe crear una carga positiva. Esto se logra en los paneles solares mediante la combinación de silicio con un elemento como el boro, que sólo tiene tres electrones para ofrecer. Una de silicio por una placa de boro sigue teniendo el lugar dejado por otro electrón. Esto significa que la placa tiene una carga positiva. Las dos placas se intercalan en los paneles solares, con los alambres conductores que corren entre ellos.

Con las dos placas en su lugar, es hora de traer luz solar en los paneles solares. La luz solar emite muchas partículas de energía diferentes, pero las que nos interesan son aquellas llamadas fotón. Un fotón actúa esencialmente como un martillo en movimiento. Cuando las placas de células solares negativas se señalan en un ángulo adecuado para el sol, los fotones bombardean el silicio y los átomos de fósforo.

Finalmente, el noveno electrón, que quiere ser libre de todos modos, se cae en el anillo exterior. Este electrón no se queda libre por mucho tiempo, ya que el silicio se adentra en su propia banda exterior. Como de los fotones del sol se desprenden más electrones, estos generan la electricidad. La electricidad generada por una célula solar no es muy impresionante, pero cuando todos los alambres conductores dibujan los electrones libres de distancia de las placas, no hay suficiente electricidad para alimentar motores de bajo amperaje y otros aparatos electrónicos. Lo que los electrones no usan o se pierde en el aire se devuelve a la placa negativa y todo el proceso comienza de nuevo.

Uno de los principales problemas con el uso de paneles solares es la pequeña cantidad de electricidad que generan en comparación con su tamaño. Una calculadora sólo puede exigir una sola célula solar, pero un coche alimentado por energía solar requeriría miles. Si el ángulo de los paneles solares se cambia aunque sea ligeramente, la eficiencia puede caer un 50%.

Algunos de los paneles solares pueden ser almacenados en baterías químicas, pero generalmente no hay mucho poder. La misma luz solar que proporcionan fotones ultravioleta también proporcionan destructivas ondas infrarrojas, que eventualmente causan que los paneles solares se degraden físicamente. Un panel solar casero debe estar expuesto a elementos meteorológicos destructivos, que también pueden afectar gravemente su eficiencia.

Muchas fuentes que se refieren también a los paneles solares, hablan de las células fotovoltaicas, las cuales hacen referencia a la importancia de la luz en la generación de tensión eléctrica. El reto para los científicos del futuro será la creación de paneles solares más eficientes lo suficientemente pequeños para aplicaciones prácticas y lo suficientemente potentes como para crear el exceso de energía necesaria para cuando la luz del sol no esté disponible.