Les cèl·lules solars són dispositius no mecànics que utilitzen semiconductors per convertir directament la llum solar en electricitat mitjançant l'efecte fotovoltaic. Intuïtivament, la gent podria pensar que les cèl·lules solars prosperen sota la llum solar intensa, però és realment així?
La humanitat ha utilitzat l'energia solar durant molt de temps, amb tres maneres principals de convertir-la: conversió fotovoltaica, conversió fototèrmica i conversió fotoquímica. La generació d'energia fotovoltaica (FV), que converteix la llum solar en electricitat, és un dels usos més eficients de l'energia solar.
L'efecte fotovoltaic va ser observat per primera vegada el 1839 pel científic francès Edmond Becquerel, i es refereix a la generació d'un potencial elèctric quan la llum incideix sobre un semiconductor. Més tard, Einstein va explicar aquest efecte utilitzant la teoria quàntica de la llum, que li va valer el Premi Nobel de Física el 1921.
A diferència de l'efecte fotoelèctric, que es produeix quan la llum incideix sobre un sol conductor, l'efecte fotovoltaic es produeix al límit entre dues plaques semiconductores. Quan es connecten mitjançant un cable, aquest límit crea un camp elèctric que permet que el corrent flueixi.
Aleshores, com converteixen les cèl·lules solars la llum solar en electricitat? La llum solar és un ampli espectre de radiació electromagnètica. Quan incideix en una cèl·lula solar, la radiació es pot reflectir, absorbir o deixar passar. Només la radiació absorbida es converteix en energia elèctrica.
Per als semiconductors basats en silici, es necessita una energia d'1,11 electronvolts (eV) per desprendre un electró del seu àtom. Només els fotons amb una energia superior a aquest llindar poden generar electricitat. Tanmateix, l'excés d'energia dels fotons d'energia superior es perd en forma de calor, cosa que contribueix a l'escalfament del panell solar, que pot augmentar la seva temperatura per sobre de l'aire ambient.
Contràriament a la creença popular, les cèl·lules solars basades en silici prefereixen ambients més frescos, tot i que encara necessiten llum solar. A mesura que augmenten les temperatures, els panells solars produeixen menys energia, tot i rebre la mateixa quantitat de llum solar.
Les temperatures altes redueixen principalment la tensió de circuit obert (la tensió quan no hi ha corrent), tot i que el corrent de curtcircuit (el corrent quan la cel·la està en curtcircuit) es manté relativament estable. Això significa que les temperatures més altes comporten una menor eficiència i una potència de sortida reduïda.
Les cèl·lules solars es proven normalment a una temperatura estàndard de 25 °C (77 °F). Quan la temperatura del panell arriba als 60 °C (140 °F) o superior, la seva potència de sortida disminueix significativament. Per cada grau d'augment de temperatura, el corrent de curtcircuit augmenta només un 0,04%, mentre que la tensió de circuit obert disminueix un 0,4%.
Tot i que l'eficiència disminueix a l'estiu, l'abundància de llum solar durant aquesta temporada encara es tradueix en una producció d'energia global més alta en comparació amb altres temporades.
Com refredar els panells solars
Igual que altres dispositius electrònics, els panells solars funcionen millor a temperatures més fredes. Com que depenen de la llum solar en lloc de la calor per obtenir energia, funcionen millor en condicions de llum brillant però fresca.
Per refredar els panells solars durant l'estiu, hauríem de posar una ombra? Per descomptat que no! Bloquejar la llum solar anul·laria la funció d'un panell solar. I què passa amb l'aplicació de protector solar? No, l'aplicació de barreres físiques reduiria l'absorció de la llum i els mètodes químics no ajudarien a baixar la temperatura.
Per als panells solars de la teulada, la ventilació natural és una manera eficaç i econòmica de refredar-los. La instal·lació dels panells amb un espai entre ells i la teulada permet que l'aire circuli i els refredi. Tanmateix, és important mantenir les fulles i les deixalles fora de l'espai per mantenir el flux d'aire i evitar el sobreescalfament.
Els investigadors també han estudiat diversos mètodes de refrigeració per millorar l'eficiència dels panells solars. A més de la ventilació natural, s'ha explorat la refrigeració per aire forçat i la refrigeració fotovoltaica-tèrmica (PVT), que ofereixen informació valuosa per reduir la temperatura dels panells i augmentar la producció d'energia.
A mesura que les cèl·lules solars, les emissaries de l'energia neta, continuen integrant-se a les nostres vides, porten amb elles una nova onada de solucions baixes en carboni i respectuoses amb el medi ambient.
