As células solares son dispositivos non mecánicos que empregan semicondutores para converter directamente a luz solar en electricidade mediante o efecto fotovoltaico. Intuitivamente, a xente podería pensar que as células solares prosperan baixo unha luz solar intensa, pero é realmente así?
A humanidade leva moito tempo utilizando a enerxía solar, con tres xeitos principais de convertela: a conversión fotovoltaica, a conversión fototérmica e a conversión fotoquímica. A xeración de enerxía fotovoltaica (FV), que converte a luz solar en electricidade, é un dos usos máis eficientes da enerxía solar.
O efecto fotovoltaico foi observado por primeira vez en 1839 polo científico francés Edmond Becquerel e refírese á xeración dun potencial eléctrico cando a luz incide sobre un semicondutor. Máis tarde, Einstein explicou este efecto empregando a teoría cuántica da luz, que lle valeu o Premio Nobel de Física en 1921.
A diferenza do efecto fotoeléctrico, que se produce cando a luz incide nun único condutor, o efecto fotovoltaico prodúcese no límite entre dúas placas semicondutoras. Cando se conectan mediante un cable, este límite crea un campo eléctrico que permite que a corrente flúa.
Entón, como converten as células solares a luz solar en electricidade? A luz solar é un amplo espectro de radiación electromagnética. Cando incide nunha célula solar, a radiación pode ser reflectida, absorbida ou atravesada. Só a radiación absorbida se converte en enerxía eléctrica.
Para os semicondutores baseados en silicio, necesítase unha enerxía de 1,11 electrónvoltios (eV) para liberar un electrón do seu átomo. Só os fotóns cunha enerxía superior a este limiar poden xerar electricidade. Non obstante, o exceso de enerxía dos fotóns de maior enerxía pérdese en forma de calor, o que contribúe ao quecemento do panel solar, que pode elevar a súa temperatura por riba do aire ambiente.
Ao contrario da crenza popular, as células solares baseadas en silicio prefiren ambientes máis fríos, aínda que aínda necesitan luz solar. A medida que as temperaturas aumentan, os paneis solares producen menos enerxía, a pesar de recibir a mesma cantidade de luz solar.
As altas temperaturas reducen principalmente a tensión de circuíto aberto (a tensión cando non circula corrente), aínda que a corrente de curtocircuíto (a corrente cando a cela está en curtocircuíto) permanece relativamente estable. Isto significa que as temperaturas máis altas provocan unha menor eficiencia e unha potencia de saída reducida.
As células solares adoitan probarse a unha temperatura estándar de 25 °C (77 °F). Cando a temperatura do panel alcanza os 60 °C (140 °F) ou superior, a súa potencia de saída diminúe significativamente. Por cada grao de aumento da temperatura, a corrente de curtocircuíto aumenta só un 0,04 %, mentres que a tensión de circuíto aberto diminúe un 0,4 %.
Aínda que a eficiencia diminúe no verán, a abundancia de luz solar durante esta estación segue a resultar nunha maior produción de enerxía global en comparación con outras estacións.
Como arrefriar os paneis solares
Do mesmo xeito que outros dispositivos electrónicos, os paneis solares funcionan mellor a temperaturas máis frías. Dado que dependen da luz solar en lugar da calor para obter enerxía, funcionan mellor en condicións de luz brillante pero fría.
Para arrefriar os paneis solares durante o verán, deberiamos colocar unha sombra? Por suposto que non! Bloquear a luz solar anularía a función dun panel solar. Que pasa coa aplicación de protector solar? Non, a aplicación de barreiras físicas reduciría a absorción da luz e os métodos químicos non axudarían a baixar a temperatura.
Para os paneis solares dos tellados, a ventilación natural é unha forma eficaz e económica de arrefrialos. Instalar os paneis cun espazo entre eles e o tellado permite que o aire circule e os arrefríe. Non obstante, é importante manter as follas e os residuos fóra do espazo para manter o fluxo de aire e evitar o sobrequecemento.
Os investigadores tamén estudaron varios métodos de refrixeración para mellorar a eficiencia dos paneis solares. Ademais da ventilación natural, exploráronse a refrixeración por aire forzado e a refrixeración térmica fotovoltaica (PVT), que ofrecen información valiosa para reducir a temperatura dos paneis e aumentar a produción de enerxía.
A medida que as células solares, emisarias da enerxía limpa, continúan integrándose nas nosas vidas, traen consigo unha nova onda de solucións baixas en carbono e respectuosas co medio ambiente.
