Las placas solares a simple vista
A simple vista, todos reconocemos las placas solares cuando las vemos. Son unos módulos fotovoltaicos que se colocan en los tejados o zonas expuestas al sol y, aunque son cada vez más discretas y elegantes, se reconocen fácilmente por su forma rectangular, su superficie lisa y su color oscuro o negro.
Estas placas tienen una cubierta de vidrio, tratada para que no haga reflejos. y en su interior se encuentran las células o celdas solares, esos rectángulos más pequeños que forman la placa solar. Y ahí es donde se produce la magia que comentábamos.
Cuando les da la luz del sol, estas celdas generan electricidad. No obstante, la energía que se produce en las placas aún no es apta para el funcionamiento de tu hogar, ya que con ellas obtendrás un flujo de corriente continua que necesitarás transformar para poder usarla. Para ello se utiliza un Inversor solar, que es el encargado de convertir la corriente continua en alterna.
La corriente alterna es la que utilizamos para encender la luz o hacer funcionar los electrodomésticos. Es la corriente que se usa en las casas.
A diferencia de las placas en los tejados, el inversor solar no está a la vista, sino que es un aparato que se suele instalar dentro de la vivienda.
Cómo funcionan las placas solares
¿Qué es lo que ocurre dentro de las placas solares para que la luz del sol se transforme en electricidad? Básicamente, lo que se produce es el efecto fotoeléctrico.
En primer lugar, la cubierta transparente de las placas deja pasar la luz (el espectro visible y el infrarrojo próximo). En este punto es cuando interviene el efecto fotoeléctrico que comentábamos. Este efecto, descubierto por Heinrich Hertz, es el responsable de que la luz solar, al impactar contra la superficie de la célula, desprenda un flujo de electrones libres (energía eléctrica).
¿Y de dónde salen estos electrones? Esta magia también tiene una explicación científica. La luz que nos llega en forma de radiación solar viene cargada de fotones. Según la frecuencia de onda de la luz tendremos mayor o menor energía lumínica (fotones). A menor longitud de onda, mayor energía tendrán los fotones. Cuando la luz traspasa la cubierta de las placas solares, las células fotovoltaicas absorben la energía de los fotones. Si la energía del fotón es suficiente, expulsará un electrón.
Cómo funcionan las placas solares
El efecto fotoeléctrico y el efecto fotovoltaico
En el año 1839, el célebre físico francés Edmond Becquerel, hijo del fundador de la electroquímica Antoine-César Becquerel, describió por primera vez el efecto fotovoltaico, que es el proceso de transformación de la energía lumínica en energía eléctrica. De hecho, creó una primitiva celda solar con electrodos de platino recubiertos de cloruro de plata capaz de generar voltaje al exponerse a la luz del Sol.
El efecto fotoeléctrico es un fenómeno que se produce cuando las partículas de luz (fotones, portadores de radiación electromagnética) impactan sobre un material y movilizan sus electrones. En otras palabras: la luz se comporta como una onda cuando viaja, pero, al colisionar con un electrón, los fotones ceden toda su energía e impulsan estas partículas hacia otros átomos, produciendo así una corriente eléctrica.
Los antecedentes del efecto fotoeléctrico
En el año 1839, el célebre físico francés Edmond Becquerel, hijo del fundador de la electroquímica Antoine-César Becquerel, describió por primera vez el efecto fotovoltaico, que es el proceso de transformación de la energía lumínica en energía eléctrica. De hecho, creó una primitiva celda solar con electrodos de platino recubiertos de cloruro de plata capaz de generar voltaje al exponerse a la luz del Sol.
Apenas una década después, en 1884, el inventor neoyorquino Charles Fritts creó el primer panel solar de la historia. Extendió una capa de selenio sobre una plancha de metal y la recubrió con una fina película de pan de oro. Aunque este panel alcanzaba una eficiencia de entre el 1 y el 2%, un rendimiento muy inferior al de los modernos, le permitió concluir que su invento produjo “una corriente continua, constante y de una fuerza considerable”
Sin embargo, aunque la historia del efecto fotoeléctrico se remonta hasta la primera mitad del siglo XIX, a comienzos del XX se conocían tres hechos empíricos (demostrados a través de experimentos) sobre este fenómeno que contradecía la física conocida, pero se carecía de un marco teórico. Es entonces cuando entra en escena, en 1905, una de las mentes más brillantes de la historia: Albert Einstein.
Einstein explicó el efecto fotoeléctrico a través de su teoría cuántica de la luz, que interpretaba los fenómenos de interacción entre la radiación y la materia electrodinámica que sus predecesores no habían podido esclarecer. De acuerdo con el físico alemán, la luz está compuesta por pequeñas partículas con diferente energía según la frecuencia de la radiación.
Conclusión
La energía de los fotones viene dada por la frecuencia de la luz. Si un electrón absorbe la energía de un fotón y este tiene más energía que la función de trabajo, el electrón sale disparado. Al aumentar la intensidad del haz de luz no cambia la energía de los fotones, solo su número. Así que la energía de los electrones emitidos no depende de la intensidad, sino de la energía de los fotones. En cambio, si la energía del fotón es demasiado baja como para impulsar al electrón, esta energía es reemitida y los electrones no obtendrán suficiente energía como para salir de la superficie metálica
La radiación solar
Por si te lo estabas preguntando, cuando el sol pica con ganas no quiere decir que los fotones vengan cargados con más energía. Ten en cuenta que la energía solar se obtiene a partir de la luz del sol, y no del calor (como la energía solar térmica )Por tanto, las placas solares no rinden más cuanto más calor hace, sino según la radiación solar que incida en la placa.
De hecho, si la temperatura es muy elevada puede ser incluso contraproducente, ya que el calor intenso puede afectar al rendimiento de las placas solares. No obstante, el verano sigue siendo el momento en que habitualmente generamos más energía porque es cuando tenemos más horas de sol.
¿Y qué pasa con el rendimiento de las placas solares en invierno? Pues que no disminuye, incluso un día fresco y soleado puede llegar a ser óptimo. Lo que ocurre es que los días se acortan y, por tanto, tenemos menos tiempo de producción.