¿Como se obtiene la energía solar?

La energía solar es un tipo de energía renovable que se obtiene del sol, con ella se puede generar tanto calor como electricidad. Existen básicamente tres tipos de formas de obtener energía del sol:

FOTOVOLTAICA, transforma la energía solar directamente en energía eléctrica a través de células fotovoltaicas solares.
TERMOELÉCTRICA, transforma la energía solar en energía eléctrica en forma indirecta.
FOTOTÉRMICA, transforma la energía solar en calor, mediante el uso de paneles colectores solares.

En esta nota hablaremos solamente de la energía eléctrica obtenida de las células fotovoltáicas. Estás células transforman la energía luminosa del sol (fotones) en energía eléctrica.
Las células fotovoltáicas son un dispositivo electrónico que están compuestas por un semiconductor, en la mayoría de los casos de silicio.

Para comprender el tema, necesitamos saber como están constituidos los semiconductores. Sabemos que en los materiales conductores los átomos tienen electrones que poseen poca atracción al núcleo y por lo tanto son fáciles de desprenderlos y moverlos. También conocemos los aislantes, materiales que tienen a los electrones muy ligados al núcleo y para los cuales necesitaríamos mucha energía para moverlos. En el caso de los semiconductores, los electrones están más atraídos por el núcleo que para los conductores, pero solo necesitaremos una pequeña cantidad de energía para moverlos. A su vez tienen en sus orbitas huecos (faltantes de electrones). Por ejemplo el silicio posee en su última orbita cuatro electrones y cuatro huecos. Hemos visto también que una vez que se «arranca» a un electrón de su átomo, queda un hueco, y que el átomo intentará completarlo con otro electrón de un átomo cercano. Al movimiento de electrones, desde un átomo a otro y con una misma dirección la llamamos intensidad de corriente eléctrica y es lo que nos permite, por ejemplo, encender una lámpara.

A cierta temperatura los electrones tienen suficiente energía para desprenderse de su átomo, si calentamos un material se produce un traspaso de electrones de un átomo a otro, pero siempre dentro del mismo material. Entonces para poder genera una corriente electrica, necesitamos dos semiconductores, uno del tipo «p» y otro del tipo «n». Estas regiones de semiconductor se lográn introduciendoles impurezas. A la región del tipo «p» se le introduce fósforo, está región muestra una afinidad con los electrones mayor que el silicio puro. A la otro región, «n», se le introduce boro, está región tendrá una afinidad con los electrones, menor que la del silicio puro.

De esta forma, uniendo los materiales del tipo «p» y del tipo «n», se logra una diferencia de potencial. Haciendo que los electrones se muevan hacia la región «n» y queden los huecos en la región «p» La luz llega a la célula en forma de fotones, estos impactan sobre su superficie generando el movimiento de electrones, en otras palabras rompen los enlaces y forman pares electrón-hueco.

Si este movimiento se produce a una distancia de la unión menor que la denominada «longitud de fusión», estos pares son separados por el fuerte campo magnético que existe en esa unión, moviendosé hacia la región «n» y el hueco hacia la región «p». De esta forma se genera una corriente eléctrica entre la región «n» y la región «p». Estás células, necesitan unas mallas de metal frontales para poder suministrar la energía al exterior. Los electrones que se mueven son recolectados por esta malla, obteniendo así una corriente eléctrica.

De todas formas no todos los fotones, que inciden sobre la célula producen energía eléctrica en algunos casos. Por ejemplo: podrían tener poca energía, no pudiendo romper el enlace o pudieran tener demasiada energía, haciendo que se disipe en forma de calor.
Aunque cada célula no tiene la capacidad de generar demasiada energía, estás pueden ser conectadas entre sí logrando diferentes niveles de tensión y corriente. Existen diferentes tipos de paneles fotovoltáicos: Silicio monocristalino, silicio policritalino, silicio amorfo, sulfuro de cadmio y sulfuto de cobre, etc.

Instalaciones eléctricas con energía solar: Para poder lograr una instalación eléctrica, utilizando la energía solar necesitaremos, además de los paneles otros dispositivos que nos permitan regular, acumular y convertirla en corriente alterna: