Célula fotovoltaica - Historial de revisiones

Luisa en 03:59 17 dic 2021

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	La [[eficiencia]] es una preocupación de diseño para las células fotovoltaicas, ya que hay muchos factores que limitan su eficiencia. El principal factor es que 1/4 de la [[energía solar para la Tierra\|energía solar que llega a la Tierra]] no puede ser convertida en electricidad por un semiconductor de silicio. La física de los semiconductores exige una energía mínima de los [[fotón\|foton]]es para sacar un [[electrón]] de una estructura cristalina, lo que se conoce como '''energía de la brecha de banda'''. Si un fotón tiene menos energía que la banda prohibida, el fotón es absorbido como [[energía térmica]]. En el caso del [[silicio]], la energía de la banda prohibida es de 1,12 [[electronvoltio]]s.<ref name=Wolfson>R. Wolfson, "Photovoltaic Solar Energy" in ''Energy, Environment, and Climate'', 2nd ed., New York, NY: W.W. Norton & Company, 2012, ch. 9, sec. 5, pp. 244-252</ref> Como la energía de los fotones procedentes del [[Sol]] cubre una amplia gama de energías, parte de la energía entrante del sol no tiene suficiente energía para eliminar un electrón en una célula fotovoltaica de silicio. Incluso de la luz que ''puede'' ser absorbida, sigue habiendo un problema. Toda la energía que ''supere'' la energía de la banda prohibida se transformará en [[calor]]. Esto también reduce la eficiencia porque esa energía térmica no se utiliza para ninguna tarea útil.<ref name=Wolfson/> De los electrones disponibles, no todos llegarán al contacto metálico y generarán electricidad. ~~Esto se debe a que algunos~~ de ellos no serán suficientemente acelerados por el voltaje dentro del semiconductor. ~~Por las razones mencionadas, la~~ eficiencia teórica de las células fotovoltaicas de silicio es de aproximadamente el '''33%'''.<ref name=Wolfson/>		La [[eficiencia]] es una preocupación de diseño para las células fotovoltaicas, ya que hay muchos factores que limitan su eficiencia. El principal factor es que 1/4 de la [[energía solar para la Tierra\|energía solar que llega a la Tierra]] no puede ser convertida en electricidad por un semiconductor de silicio. La física de los semiconductores exige una energía mínima de los [[fotón\|foton]]es para sacar un [[electrón]] de una estructura cristalina, lo que se conoce como '''energía de la brecha de banda'''. Si un fotón tiene menos energía que la banda prohibida, el fotón es absorbido como [[energía térmica]]. En el caso del [[silicio]], la energía de la banda prohibida es de 1,12 [[electronvoltio]]s.<ref name=Wolfson>R. Wolfson, "Photovoltaic Solar Energy" in ''Energy, Environment, and Climate'', 2nd ed., New York, NY: W.W. Norton & Company, 2012, ch. 9, sec. 5, pp. 244-252</ref> Como la energía de los fotones procedentes del [[Sol]] cubre una amplia gama de energías, parte de la energía entrante del sol no tiene suficiente energía para eliminar un electrón en una célula fotovoltaica de silicio. Incluso de la luz que ''puede'' ser absorbida, sigue habiendo un problema. Toda la energía que ''supere'' la energía de la banda prohibida se transformará en [[calor]]. Esto también reduce la eficiencia porque esa energía térmica no se utiliza para ninguna tarea útil.<ref name=Wolfson/> De los electrones disponibles, no todos llegarán al contacto metálico y generarán electricidad. Algunos de ellos no serán suficientemente acelerados por el voltaje dentro del semiconductor. Estos efectos se combinan para crear una eficiencia teórica de las células fotovoltaicas de silicio es de aproximadamente el '''33%'''.<ref name=Wolfson/>

	Hay formas de mejorar la eficiencia de las células fotovoltaicas, todas ellas con un mayor coste. Algunos de estos métodos son el aumento de la pureza del semiconductor, el uso de un material semiconductor más eficiente, como el arseniuro de galio, la adición de capas adicionales o uniones p-n a la célula, o la concentración de la energía solar mediante la [[fotovoltaica concentrada]]. Por otro lado, las células fotovoltaicas también se degradan, produciendo menos energía con el tiempo, debido a una serie de factores como la exposición a los rayos UV y los ciclos climáticos. Un informe exhaustivo del Laboratorio Nacional de Energías Renovables (NREL) afirma que la tasa media de degradación es del 0,5% anual.<ref>Dirk C. Jordan and Sarah R. Kurtz. ''Photovoltaic Degradation Rates — An Analytical Review'', National Renewable Energy Laboratory, USA, 2012. Accessed April 24, 2018. [Online] Available at https://www.nrel.gov/docs/fy12osti/51664.pdf</ref>		Hay formas de mejorar la eficiencia de las células fotovoltaicas, todas ellas con un mayor coste. Algunos de estos métodos son el aumento de la pureza del semiconductor, el uso de un material semiconductor más eficiente, como el arseniuro de galio, la adición de capas adicionales o uniones p-n a la célula, o la concentración de la energía solar mediante la [[fotovoltaica concentrada]]. Por otro lado, las células fotovoltaicas también se degradan, produciendo menos energía con el tiempo, debido a una serie de factores como la exposición a los rayos UV y los ciclos climáticos. Un informe exhaustivo del Laboratorio Nacional de Energías Renovables (NREL) afirma que la tasa media de degradación es del 0,5% anual.<ref>Dirk C. Jordan and Sarah R. Kurtz. ''Photovoltaic Degradation Rates — An Analytical Review'', National Renewable Energy Laboratory, USA, 2012. Accessed April 24, 2018. [Online] Available at https://www.nrel.gov/docs/fy12osti/51664.pdf</ref>

Luisa en 03:52 17 dic 2021

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	~~'''Luisa - no encuentro los cambios que hizo Jason en "ver historial" y me pregunto si los podrías hacer tú en la página en español. Mil gracias. '''~~

	[[File:pvcell.jpg\|300px\|thumb\|Fig. 1. Un panel solar, formado por muchas células fotovoltaicas.<ref>"20110504-RD-LSC-0621 - Flickr - USDAgov" by U.S. Department of Agriculture. Licensed under CC BY 2.0 via Wikimedia Commons - http://commons.wikimedia.org/wiki/File:20110504-RD-LSC-0621_-_Flickr_-_USDAgov.jpg#/media/File:20110504-RD-LSC-0621_-_Flickr_-_USDAgov.jpg</ref>]]		[[File:pvcell.jpg\|300px\|thumb\|Fig. 1. Un panel solar, formado por muchas células fotovoltaicas.<ref>"20110504-RD-LSC-0621 - Flickr - USDAgov" by U.S. Department of Agriculture. Licensed under CC BY 2.0 via Wikimedia Commons - http://commons.wikimedia.org/wiki/File:20110504-RD-LSC-0621_-_Flickr_-_USDAgov.jpg#/media/File:20110504-RD-LSC-0621_-_Flickr_-_USDAgov.jpg</ref>]]

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[[fr:Cellule photovoltaïque]]
'''Luisa - no encuentro los cambios que hizo Jason en "ver historial" y me pregunto si los podrías hacer tú en la página en español. Mil gracias. '''

[[File:pvcell.jpg|300px|thumb|Fig. 1. Un panel solar, formado por muchas células fotovoltaicas.<ref>"20110504-RD-LSC-0621 - Flickr - USDAgov" by U.S. Department of Agriculture. Licensed under CC BY 2.0 via Wikimedia Commons - http://commons.wikimedia.org/wiki/File:20110504-RD-LSC-0621_-_Flickr_-_USDAgov.jpg#/media/File:20110504-RD-LSC-0621_-_Flickr_-_USDAgov.jpg</ref>]]

<onlyinclude>Una '''célula fotovoltaica''' es una [[tecnología]] de captación de [[energía]] que convierte la [[energía solar]] en [[electricidad]] útil mediante un proceso denominado [[efecto fotovoltaico]]. Existen varios [[tipos de células fotovoltaica]]s que utilizan [[semiconductor]]es para interactuar con los [[fotón|foton]]es del Sol y generar una [[corriente]] eléctrica.</onlyinclude>

==Capas de una célula fotovoltaica==
Una célula fotovoltaica se compone de muchas capas de materiales, cada una de ellas con una finalidad específica. La capa más importante de una célula fotovoltaica es la capa [[semiconductor|semiconductora]] especialmente tratada. Se compone de dos capas distintas ([[Unión p-n|tipo-p]] y [[Unión p-n|tipo-n]] - véase la fig. 3), y es la que realmente convierte la [[Energía solar para la Tierra|energía del Sol]] en [[electricidad]] útil a través de un proceso llamado [[efecto fotovoltaico]] (véase más adelante). A ambos lados del semiconductor hay una capa de [[conductor|material conductor]] que "recoge" la electricidad producida. Hay que tener en cuenta que la cara posterior o sombreada de la célula puede permitirse el lujo de estar completamente cubierta por el conductor, mientras que la cara frontal o iluminada debe utilizar los conductores con moderación para no bloquear demasiado la [[espectro solar|radiación solar]] que llega al semiconductor. La última capa, que se aplica sólo al lado iluminado de la célula, es el revestimiento antirreflectante. Dado que todos los semiconductores son naturalmente reflectantes, las pérdidas por reflexión pueden ser importantes. La solución es utilizar una o varias capas de un revestimiento antirreflectante (similar a los que se utilizan para las gafas y las cámaras) para reducir la cantidad de radiación solar que se refleja en la superficie de la célula.<ref>C. Julian Chen. ''Physics of Solar Energy'', 1st ed. Hoboken, NJ, USA: John Wiley & Sons Inc., 2011.</ref>

[[File:pvcellop_es.png|thumbnail|center|800px|Fig. 2. El funcionamiento básico de una célula fotovoltaica.<ref>Wikimedia Commons [Online], Available: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/7d/Operation_of_a_basic_photovoltaic_cell.gif</ref>]]

==Efecto fotovoltaico==
:: [[efecto fotovoltaico|''artículo principal'']]
[[File:photovoltaiceffect_es.png|400px|thumb|Fig. 3. Un diagrama que muestra el efecto fotovoltaico.<ref>''Creado internamente por un miembro del equipo de Energy Education. Adapted from: Ecogreen Electrical. (August 14, 2015). ''Solar PV Systems'' [Online]. Available: http://www.ecogreenelectrical.com/solar.htm''</ref>]]

El '''[[efecto fotovoltaico]]''' es un proceso que genera [[voltaje]] o [[corriente]] eléctrica en una '''célula fotovoltaica''' cuando se expone a la [[luz solar]]. Estas células solares están compuestas por dos tipos diferentes de [[semiconductor|semiconductor]]es -de tipo p y de tipo n- que se unen para crear una '''unión p-n'''. Al unir estos dos tipos de semiconductores, se forma un [[campo eléctrico]] en la región de la unión, ya que los [[electrón|electron]]es se mueven hacia el lado positivo p y los [[hueco del electrón|hueco]]s se mueven hacia el lado negativo n. Este campo hace que las partículas cargadas negativamente se muevan en una dirección y las cargadas positivamente en la otra.<ref name=boyle>G. Boyle. ''Renewable Energy: Power for a Sustainable Future'', 2nd ed. Oxford, UK: Oxford University Press, 2004.</ref> La [[luz]] está compuesta por [[fotón|foton]]es, que no son más que pequeños paquetes de [[radiación electromagnética]] o [[energía]]. Cuando la luz de una [[longitud de onda]] adecuada incide sobre estas células, la energía del fotón se transfiere a un electrón del material semiconductor, haciéndolo saltar a un estado de mayor energía conocido como [[banda de conducción]]. En su estado de excitación en la banda de conducción, estos electrones son libres de moverse por el material, y es este movimiento del electrón el que crea una corriente eléctrica en la célula.

==Eficiencia de las células solares==
:: [[eficiencia de la célula solar|''artículo principal'']]
La [[eficiencia]] es una preocupación de diseño para las células fotovoltaicas, ya que hay muchos factores que limitan su eficiencia. El principal factor es que 1/4 de la [[energía solar para la Tierra|energía solar que llega a la Tierra]] no puede ser convertida en electricidad por un semiconductor de silicio. La física de los semiconductores exige una energía mínima de los [[fotón|foton]]es para sacar un [[electrón]] de una estructura cristalina, lo que se conoce como '''energía de la brecha de banda'''. Si un fotón tiene menos energía que la banda prohibida, el fotón es absorbido como [[energía térmica]]. En el caso del [[silicio]], la energía de la banda prohibida es de 1,12 [[electronvoltio]]s.<ref name=Wolfson>R. Wolfson, "Photovoltaic Solar Energy" in ''Energy, Environment, and Climate'', 2nd ed., New York, NY: W.W. Norton & Company, 2012, ch. 9, sec. 5, pp. 244-252</ref> Como la energía de los fotones procedentes del [[Sol]] cubre una amplia gama de energías, parte de la energía entrante del sol no tiene suficiente energía para eliminar un electrón en una célula fotovoltaica de silicio. Incluso de la luz que ''puede'' ser absorbida, sigue habiendo un problema. Toda la energía que ''supere'' la energía de la banda prohibida se transformará en [[calor]]. Esto también reduce la eficiencia porque esa energía térmica no se utiliza para ninguna tarea útil.<ref name=Wolfson/> De los electrones disponibles, no todos llegarán al contacto metálico y generarán electricidad. Esto se debe a que algunos de ellos no serán suficientemente acelerados por el voltaje dentro del semiconductor. Por las razones mencionadas, la eficiencia teórica de las células fotovoltaicas de silicio es de aproximadamente el '''33%'''.<ref name=Wolfson/>

Hay formas de mejorar la eficiencia de las células fotovoltaicas, todas ellas con un mayor coste. Algunos de estos métodos son el aumento de la pureza del semiconductor, el uso de un material semiconductor más eficiente, como el arseniuro de galio, la adición de capas adicionales o uniones p-n a la célula, o la concentración de la energía solar mediante la [[fotovoltaica concentrada]]. Por otro lado, las células fotovoltaicas también se degradan, produciendo menos energía con el tiempo, debido a una serie de factores como la exposición a los rayos UV y los ciclos climáticos. Un informe exhaustivo del Laboratorio Nacional de Energías Renovables (NREL) afirma que la tasa media de degradación es del 0,5% anual.<ref>Dirk C. Jordan and Sarah R. Kurtz. ''Photovoltaic Degradation Rates — An Analytical Review'', National Renewable Energy Laboratory, USA, 2012. Accessed April 24, 2018. [Online] Available at https://www.nrel.gov/docs/fy12osti/51664.pdf</ref>

==Tipos de células fotovoltaicas==
:: [[tipos de células fotovoltaicas|''artículo principal'']]
[[File:Comparison_solar_cell_poly-Si_vs_mono-Si.png|400px|thumb|right|Fig. 4. Una imagen que compara una célula de silicio policristalino (izquierda) y una célula de silicio monocristalino (derecha).<ref>Wikimedia Commons. (August 18, 2015). ''Comparison of Solar Cells'' [Online]. Available: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/71/Comparison_solar_cell_poly-Si_vs_mono-Si.png</ref>]]
Las células fotovoltaicas pueden fabricarse de diversas maneras y con muchos materiales diferentes. El material más común para la construcción de células solares comerciales es el [[silicio]] (Si), pero otros son el arseniuro de galio (GaAs), el teluro de cadmio (CdTe) y el seleniuro de cobre, indio y galio (CIGS). Las células solares pueden construirse a partir de estructuras cristalinas frágiles (Si, GaAs) o como células flexibles de película fina (Si, CdTe, CIGS). Las células solares cristalinas pueden clasificarse en dos categorías: ''monocristalinas'' y ''policristalinas'', como se muestra en la fig. 4. Como su nombre indica, las células fotovoltaicas monocristalinas están compuestas por una red cristalina uniforme o única, mientras que las policristalinas contienen estructuras cristalinas diferentes o variadas. Las células solares también pueden clasificarse por su número de capas o "uniones p-n". La mayoría de las células fotovoltaicas comerciales son de una sola unión, pero también se han desarrollado células fotovoltaicas de varias uniones que proporcionan mayores eficiencias a un mayor coste.

==Ver lecturas adicionales==
*[[Efecto fotovoltaico]]
*[[Semiconductor]]
*[[Unión P-n]]
*[[Fotón]]
*[[Tipos de células fotovoltaicas]]
*O explore una [[Special:Random|página al azar]]

==Referencias==
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