La célula solar: tipos, función y eficiencia

Los sistemas fotovoltaicos son ya habituales en muchos edificios y propiedades. Son una parte importante de la transición energética. Las células solares son un componente esencial de los sistemas solares. En el siguiente artículo aprenderás cómo funcionan, qué tipos hay y cuál es su eficacia.

¿Cómo se construyen las células solares?

Las células solares de silicio están formadas por tres capas. Los componentes principales son las dos capas de silicio dopadas de forma diferente: la capa dopada con n y la capa dopada con p. El fósforo se mezcla en la capa dopada con n, lo que la hace negativa (tiene electrones libres). El boro se mezcla en la capa dopada con p, lo que la hace positiva (carece de electrones). Entre las dos capas hay una capa límite a través de la cual las cargas liberadas sólo pueden pasar con la ayuda de la luz solar. En este núcleo de la célula solar se crea un campo eléctrico por el movimiento de los electrones, también conocido como unión p-n.

¿Cómo funcionan las células solares?

El silicio semiconductor utilizado en las células solares reacciona a los rayos solares, que contienen fotones, liberando electrones. Los agujeros cargados positivamente permanecen allí. En función de su carga, los electrones se desplazan hacia el electrodo negativo o positivo. Mientras que los electrones se mueven hacia la parte superior del silicio, los agujeros se mueven hacia la parte inferior. Las cargas fluyen hacia arriba a través de las capas metálicas conductoras y llegan así al consumidor que necesita la energía: pueden ser iluminadores, ordenadores o redes eléctricas. A continuación, el circuito se cierra mediante el movimiento de los electrones de vuelta a la capa con los electrones perdidos.

Los contactos metálicos de la parte delantera y trasera, que se conectan entre sí a través de un cable, garantizan que la electricidad también sea utilizable por los consumidores. Una capa de contacto holística en la parte posterior conduce los electrones y los hace fluir a través de un cable. Esto crea un circuito eléctrico. En la parte delantera, los contactos se aplican en forma de una fina rejilla para que la luz pueda caer sobre la superficie.

¿Qué tipos de células solares existen?

Las células solares son uno de los componentes más importantes de un sistema fotovoltaico, ya que desempeñan un papel decisivo a la hora de determinar el coste inicial del sistema PV y la cantidad de electricidad que puede generar. Actualmente hay tres tipos diferentes de células solares que interesan a los usuarios privados: Células solares monocristalinas, células solares policristalinas y células de capa fina.

• Células solares monocristalinas

  Las células solares monocristalinas están formadas por silicio monocristalino. Este tipo de célula tiene un contenido muy alto de silicio y, con una eficiencia de alrededor del 20%, es la célula solar más eficaz para la radiación solar directa. Sin embargo, debido a su compleja producción, los módulos monocristalinos son comparativamente caros.

• Células solares policristalinas

  Las células solares policristalinas también están hechas de silicio, aunque el silicio de este tipo no es tan puro. Dado que la producción de módulos es menos costosa y se producen pocos residuos debido a la forma cuadrada de la célula, las células solares policristalinas son más baratas y también mejores para el equilibrio medioambiental del sistema fotovoltaico. A menudo se consideran las células solares con la mejor relación precio-rendimiento. Sin embargo, la eficiencia de alrededor del 15% es menor porque se utiliza menos silicio puro.

• Células de película fina

  Las células de capa fina pertenecen a las células solares amorfas, es decir, no cristalinas. También se fabrican con silicio, que se mezcla con otros materiales y se deposita por vapor en una capa muy fina sobre un sustrato, como el vidrio. La eficiencia es sólo del cinco al siete por ciento, por lo que debe compensarse con una mayor superficie de los módulos. Dependiendo del material de soporte, las células de película fina son muy flexibles y pueden incluso enrollarse y plegarse. El proceso de producción es relativamente sencillo, lo que hace que estas células sean más baratas que las cristalinas (células de capa gruesa).

¿Cuál es la eficiencia de las células solares?

La eficiencia (representada por la letra griega η) indica la eficacia con la que funciona la célula solar. Se calcula a partir de la relación entre la energía eléctrica emitida y la energía luminosa incidente. Cuanto más se acerque este valor al máximo de 1 (100%), mayor será la eficiencia de la célula solar. La eficiencia describe el grado de aprovechamiento de la energía disponible en forma de luz por parte de la célula solar. Un factor importante para la eficiencia de las células solares es el material utilizado. En la actualidad, casi todos los módulos solares están hechos de silicio.

Además de las pérdidas de corriente, la temperatura de los módulos y las frecuencias procesadas del espectro luminoso también son factores que influyen en la eficiencia de las células solares. Estos últimos determinan el límite de eficiencia físicamente posible del silicio monocristalino. En teoría, el 33% es posible, pero en la práctica no se consigue. Una célula solar siempre tiene una mayor eficiencia que un sistema fotovoltaico porque las pérdidas de todos los componentes de un sistema se incluyen en la eficiencia total. En el inversor, la corriente continua se convierte en corriente alterna, lo que también conlleva pérdidas. Además, la longitud y las secciones de los cables de conexión, así como los cables largos para la corriente alterna, reducen la eficiencia.

La suma de las pérdidas de un sistema puede alcanzar el cuatro por ciento y más, lo que afecta al rendimiento total. Por lo tanto, a la hora de construir un sistema solar, además de elegir las células/módulos solares adecuados, también es importante la selección de los demás componentes. La eficiencia por sí sola no es decisiva para la elección del tipo de célula solar para un sistema fotovoltaico. Debe tener en cuenta todas las condiciones límite y utilizar las células solares que le prometan el mayor rendimiento global.