Energía Fotovoltaica.
En que consiste
La energía solar fotovoltaica es una fuente de energía que produce electricidad obtenida directamente a partir de la radiación solar mediante un placas a base de Silicio Semiconductor Mono-cristalino o Poli-cristalino denominado célula fotovoltaica.
Como Funciona?
Cuando un semiconductor dopado se expone a radiación electromagnética, se desprende del mismo un Fotón, que golpea a un Electrón y lo arranca, creando un hueco en el átomo. Normalmente, el Electrón encuentra rápidamente otro hueco para volver a llenarlo, y la energía proporcionada por el Fotón, por tanto, se disipa en forma de calor.
El principio de una célula fotovoltaica es obligar a los electrones y a los huecos a avanzar hacia el lado opuesto del material en lugar de simplemente recombinarse en él y así, se producirá una diferencia de potencial y por tanto tensión entre las dos partes del material, como ocurre con una pila.
Para ello, se crea un campo eléctrico permanente, a través de una unión PN, entre dos capas dopadas respectivamente, P y N. En las células de silicio, que son mayoritariamente utilizadas, se encuentran por tanto:
La capa superior de la celda, que se compone de silicio dopado de tipo N. En esta capa, hay un número de electrones libres mayor que en una capa de silicio puro, de ahí el nombre del dopaje N, negativo.
El material permanece eléctricamente neutro, ya que tanto los átomos de silicio como los del material dopante son neutros: pero la red cristalina tiene globalmente una mayor presencia de electrones que en una red de silicio puro.
La capa inferior de la celda, que se compone de silicio dopado de tipo P.
Esta capa tiene por lo tanto una cantidad media de electrones libres menor que una capa de silicio puro. Los electrones están ligados a la red cristalina que, en consecuencia, es eléctricamente neutra pero presenta huecos, positivos (P). La conducción eléctrica está asegurada por estos portadores de carga, que se desplazan por todo el material.
En el momento de la creación de la unión PN, los electrones libres de la capa n entran instantáneamente en la capa P y se recombinan con los huecos en la región P.
Existirá así durante toda la vida de la unión, una carga positiva en la región N a lo largo de la unión (porque faltan electrones) y una carga negativa en la región en P a lo largo de la unión (porque los huecos han desaparecido); el conjunto forma la «Zona de Carga de Espacio» (ZCE) y existe un campo eléctrico entre las dos, de N hacia P.
Este campo eléctrico hace de la ZCE un diodo, que sólo permite el flujo de corriente en una dirección, los electrones pueden moverse de la región P a la N, pero no en la dirección opuesta y por el contrario los huecos no pasan más que de N hacia P.
En funcionamiento, cuando un fotón arranca un electrón a la matriz, creando un electrón libre y un hueco, bajo el efecto de este campo eléctrico cada uno va en dirección opuesta: los electrones se acumulan en la región N (para convertirse en polo negativo), mientras que los huecos se acumulan en la región dopada P (que se convierte en el polo positivo).
Este fenómeno es más eficaz en la ZCE, donde casi no hay portadores de carga (electrones/huecos), ya que son anulados, o en la cercanía inmediata a la ZCE: cuando un Fotón crea un par electrón-hueco, se separaron y es improbable que encuentren a su opuesto, pero si la creación tiene lugar en un sitio más alejado de la unión, el electrón (convertido en hueco) mantiene una gran oportunidad para recombinarse antes de llegar a la zona n. Pero la ZCE es necesariamente muy delgada, así que no es útil dar un gran espesor a la célula.
Efectivamente, el grosor de la capa N es muy pequeña, ya que esta capa sólo se necesita básicamente para crear la ZCE que hace funcionar la célula. En cambio, el grosor de la capa P es mayor: depende de un compromiso entre la necesidad de minimizar las recombinaciones electrón-hueco, y por el contrario permitir la captación del mayor número de fotones posible, para lo que se requiere cierto mínimo espesor.
En resumen, una célula fotovoltaica es el equivalente de un generador de energía a la que se ha añadido un diodo.
Para lograr una célula solar práctica, además es preciso añadir contactos eléctricos (que permitan extraer la energía generada), una capa que proteja la célula pero deje pasar la luz, una capa anti-reflectante para garantizar la correcta absorción de los fotones, y otros elementos que aumenten la eficiencia del misma.
Componentes necesarios
Básicamente necesitamos de Placas Solares, Regulador de Carga o Programador con tiempos de carga y uso, Baterías o grupos de Baterías en paralelo para tener un almacenamiento de energía, Inversor DC-AC si vamos a usar esta energía en el hogar para transformar la corriente continua en corriente alterna a 220v (red eléctrica)
