Panel Fotovoltaico

Sencillamente un panel fotoélectrico o fotovoltaico, es un dispositivo capaz de absorber la energía del sol y transformala en energía eléctrica.

¿Como se produce la energía en el panel fotovoltaico?
Como se ve en el apartado de fundamentos, un panel fotovoltaico funciona de acuerdo al efecto fotoelectrico. Pero, veamos más a fondo que ocurre.


Como sabemos, el proceso por el cual se liberan electrones de un material por la acción de la radiación se denomina efecto fotoeléctrico. Esto tiene dos "reglas" importantes:

• Para cada sustancia hay una frecuencia mínima o umbral de la radiación electromagnética por debajo de la cual no se producen fotoelectrones por más intensa que sea la radiación.

• La emisión electrónica aumenta cuando se incrementa la intensidad de la radiación que incide sobre la superficie del metal, ya que hay más energía disponible para liberar electrones.

En los metales hay electrones que se mueven más o menos libremente a través de la red cristalina, estos electrones no escapan del metal a temperaturas normales porque no tienen energía suficiente. Calentar el metal es una forma de aumentar la energía y desprender electrones (termo electrones), sin embargo mediante la absorción de energía del metal a través de una radiación electromagnética (luz), también se desprenden electrones (fotoelectrones).

Para  explicar este fenómeno se requiere conocer y asumir ciertas cosas previas:

•  La luz tiene una naturaleza "extraña" que en ocasiones se comporta como una onda (cumple muchas leyes de las ondas), en otras, como un flujo de partículas (es capaz de producir empuje cuando choca con un cuerpo opaco). Es decir, Dualidad onda-partícula
•  La energía de los fotones es independiente de la intensidad de la luz.
• La partícula subatómica que nos interesa es el electrón, portador de carga negativa con una masa casi despreciable. Estos electrones tienen la particularidad de agruparse en cantidades fijas en los alrededores del núcleo atómico a ciertas distancias preestablecidas (niveles y sub-niveles de energía) y que cuando uno de ellos recibe energía adicional por el choque de otra partícula nunca aumenta su masa si no que se traslada a una de estas órbitas más lejanas del núcleo. Si la energía recibida es suficiente puede incluso abandonar el átomo y convertirlo en un ión. 
• Sólo cuando el último nivel o sub-nivel de energía (nivel de valencia) del átomo está incompleto de electrones, los allí presentes pueden saltar de un átomo al vecino para producir lo que conocemos como corriente eléctrica. El resto de los electrones de los niveles y sub-niveles precedentes están completos y son fuertemente retenidos por el núcleo y no se comparten a átomos vecinos. 

Es decir:

En un átomo de cualquier metal

Al hacerse incidir un haz de luz con la frecuencia requerida.

Es capaz de excitar a los electrones provocando que estos salten al siguiente nivel o subnivel de energía, sin embargo los electrones que se encuentran solo en el último nivel de energía salen del átomo hacía un átomo vecino generando electricidad.

Como se muestra en la figura el fotón incide en el átomo, con la frecuencia necesaria (recordemos que la intensidad no afecta en lo absoluto), golpeando al electrón forzándolo a salir del átomo y generar electricidad.

Proceso básico de fabricación:

1- En una lámina de material semiconductor puro se introducen elementos químicos llamados dopantes que hacen que esta tenga un exceso de electrones y aunque no exista en realidad desequilibrio eléctrico (existirá el mismo número de electrones que de neutrones en el total de la plancha del semiconductor) convencionalmente se entiende que esta plancha tiene una carga negativa y se la denomina N

2- Por otro lado en otra lámina de material semiconductor se hace el mismo proceso pero en esta ocasión con otra sustancia dopante que provoca que haya una falta de electrones. Por esta razón se entiende convencionalmente que la plancha tiene una carga positiva y se le denomina P

3- Es en este punto donde se procede a realizar la unión P-N en la cual el exceso de electrones de N pasa al otro cristal y ocupa los espacios libres en P. Con este proceso la zona inmediata a la unión queda cargada positivamente en N y negativamente en P creándose un campo eléctrico cuya barrera de potencial impide que continúe el proceso de trasvase de electrones de una plancha a la otra.

4.- Cuando el conjunto queda expuesto a la radiación solar, los fotones contenidos en la luz transmiten su energía a los electrones de los materiales semiconductores que pueden entonces romper la barrera de potencial de la unión P-N y salir del semiconductor a través de un circuito exterior, produciéndose así corriente eléctrica.

El modulo más pequeño de material semiconductor con unión P-N y por lo tanto con capacidad de producir electricidad, es denominado célula fotovoltaica. Estas células fotovoltaicas se combinan de determinadas maneras para lograr la potencia y el voltaje deseados. Este conjunto de células sobre el soporte adecuado  y con los recubrimientos que le protejan convenientemente de agentes atmosféricos es lo que se denomina panel fotovoltaico.