Claves para entender cómo funcionan las placas solares fotovoltaicas

Albert Einstein no recibió el Nobel de Física por su famosa teoría de la relatividad si no por su trabajo sobre el efecto fotoeléctrico, siendo el primero en ofrecer una explicación teórica.

El efecto fotoeléctrico se descubrió, como en muchas ocasiones ha ocurrido en la historia, por casualidad. A finales del siglo XIX, Heinrich Hertz se percató que el arco eléctrico entre dos electrodos de alta tensión conseguía mayores distancias al iluminarse con luz UV que a oscuras. Décadas después Albert Einstein publicó una teoría matemática de explicación de este fenómeno que le valió el premio Nobel de Física.

El efecto fotoeléctrico es el que se produce en ciertos materiales que al recibir luz

Gracias al descubrimiento de Hertz y al trabajo de Einstein, se ha podido desarrollar la energía solar fotovoltaica como la conocemos hoy en día, permitiendo la transformación de la luz proveniente del sol en energía eléctrica utilizable.

El elemento básico de esta transformación es la paneles solares. Fabricadas generalmente de Silicio, aunque se pueden utilizar otros materiales, las células solares pueden ser obleas (fabricadas por finos cortes sobre un bloque sólido de silicio) o capas de imprimación, aplicadas por deposición del material sobre un sustrato. Las primeras, basadas en silicio cristalino, proporcionan alta eficiencia a un relativo mayor coste, mientras que las segundas, denominadas tecnologías de Capa Fina o “Thin Film”, proporcionan una alternativa más económica pero con menor eficiencia.

Gracias al efecto fotoeléctrico, la incidencia de la luz solar en ciertos materiales semiconductores adecuadamente tratados, como el Silicio u otros materiales, produce una diferencia de potencial (un polo positivo y otro negativo) que provoca una intensidad de corriente continua.

Las células solares se encapsulan en diferentes capas de materiales, a modo de “sándwich”, para formar los módulos (o paneles) fotovoltaicos, una unidad más manejable, interconectable y protegida de las inclemencias meteorológicas.

El Módulo Solar fotovoltaico es elemento principal de la generación eléctrica a partir de la luz solar. Está formado por:

• Las células fotovoltaicas, interconectadas y encapsuladas en distintos materiales a modo de “sándwich”, según se ha indicado previamente con mayor detalle.
• Encapsulante y Cristal protector. Por una parte, las distintas capas encapsulantes protegen de los agentes atmosféricos y aíslan eléctricamente, y el cristal permite el paso de la luz a la vez que protege las células contra impactos (granizo, golpes, suciedad, etc.). Es de vital importancia para la durabilidad del módulo.
• El marco metálico, cuyo cometido es dar rigidez al conjunto y facilitar el montaje del módulo a una estructura. No siempre está presente.
• Caja posterior de conexiones. Facilita la impermeabilidad del conjunto de conexiones de las células hasta llegar a los cables finales positivo y negativo, y aloja los diodos bypass; elementos que desconectan las ramas de células para evitar problemas eléctricos al sombrearse parcialmente un módulo.
• Cables de conexión. Normalmente con conectores para el positivo y el negativo, facilitando la interconexión entre ellos a la hora de formar strings (cadenas de módulos interconectados entre sí).

Se distinguen dos tipos principales de módulos según la tecnología de célula que se utilice (aunque existen otras tecnologías: CPV, células orgánicas y poliméricas, etc.):

• Módulos fotovoltaicos cristalinos: ya sea en su versión monocristalina o policristalina; si se utiliza silicio cristalino como material base de su fabricación. Esta es la tecnología más utilizada, entre el 80 y el 90% de los módulos fabricados a nivel mundial utilizan silicio. En el caso monocristalino, las células que forman el módulo están constituidas por un único cristal de silicio, mientras que en el policristalino las células están formadas por múltiples cristales en diferentes orientaciones. El proceso de obtención de células monocristalinas es más largo y complejo, por lo que resultan más caras, aunque a cambio, se obtienen mayores eficiencias de producción de energía eléctrica.
•  Módulos fotovoltaicos amorfos: comprenden diversas tecnologías con utilización de otros materiales como a-SI, CdTe, CIGis, CIS, etc. Son menos utilizadas por su inferior eficiencia, que implica mayor superficie para la misma potencia instalada, en comparación con la necesaria en la tecnología monocristalina y policristalina; es por ello que siempre se utilizan con estructura fija. Pierden menos rendimiento a alta temperatura, por lo que son utilizados en zonas de alta irradiancia.