Tanto si quiere reducir tu huella de carbono como si quieres ahorrar dinero en tu factura eléctrica, el uso de la energía solar es una gran opción. Las células solares convierten la luz y otras formas de radiación electromagnética en electricidad. ¿Pero qué pasa cuando se pone el sol? ¿Puede una fuente de luz artificial cargar una célula solar?
¿Pueden los paneles solares cargarse sin luz solar?
Puede resultar sorprendente, pero técnicamente sí. Los paneles solares pueden cargarse con otras formas de luz visible además de la luz solar. Las luces artificiales pueden usarse para cargar las células solares, siempre que la luz sea lo suficientemente intensa.
La luz que puede convertirse en energía solar viene dictada por una determinada gama de longitudes de onda de la luz, que están presentes tanto en la luz solar directa como en la luz artificial. Por lo tanto, sí, es técnicamente posible cargar las células solares sin luz solar.
SIN EMBARGO, y creo que sospechabas que esto iba a ocurrir, la tecnología actual de células solares no puede convertir eficazmente la luz artificial en una cantidad útil de electricidad. Para explicar por qué no, veamos cómo captan la luz los paneles solares.
Los paneles solares están diseñados específicamente para captar la luz solar.
Cuando la luz incide sobre una célula fotovoltaica, o célula solar, esa luz puede reflejarse, absorberse o atravesar la célula.
La célula fotovoltaica está compuesta por material semiconductor. Cuando el semiconductor se expone a la luz, absorbe la energía de la luz y la transfiere a las partículas con carga negativa del material, llamadas electrones.
Esta energía adicional permite que los electrones fluyan a través del material en forma de corriente eléctrica. Esta corriente se extrae a través de contactos metálicos conductores, las líneas en forma de rejilla de una célula solar, y puede usarse para suministrar energía a su hogar.
La eficiencia de una célula solar viene determinada por la cantidad de energía que puede extraer de la fuente de luz. Esto depende en gran medida de las características de la luz, como su intensidad y longitudes de onda. Las longitudes de onda más largas tienen menos energía y las más cortas, más.
La «brecha de banda» de un semiconductor fotovoltaico es una característica clave que determina qué longitudes de onda de la luz puede absorber y convertir en energía. Esto se traduce en un rango limitado de longitudes de onda, y la célula ignora las más largas y las más cortas. Si la brecha de banda del semiconductor coincide con las longitudes de onda de la luz que incide sobre la célula fotovoltaica, ésta puede aprovechar eficazmente la energía disponible.
Las células solares han sido diseñadas específicamente para absorber la luz solar. Una célula solar de silicio estándar responde a la mayor parte de las partes visibles del espectro luminoso del sol, aproximadamente a la mitad de la luz infrarroja y a una parte de la luz ultravioleta (pero no mucho, lo que hace que las luces ultravioletas sean algunas de las menos eficientes para cargar una luz solar).
Las células solares y el espectro luminoso.
Las células solares funcionan recogiendo las longitudes de onda de la luz y convirtiéndolas en electricidad mediante tecnología de semiconductores colocados detrás de una capa de vidrio recubierta con materiales antirreflectantes. Esto permite que la luz solar llegue a los semiconductores de las células solares de forma más eficiente.
Dentro de la célula solar existen dos capas de semiconductores, que consisten en dos tipos de materiales:
- Material de tipo N (tipo negativo): Este material forma la primera capa de un semiconductor de célula solar y suele estar compuesto de silicio mezclado con trazas de fósforo. Esto hace que el silicio tenga una carga negativa.
- Material de tipo P (tipo positivo): La segunda capa de material semiconductor de la célula solar está cargada positivamente y suele estar formada por silicio mezclado con trazas del elemento boro.
En la parte posterior del panel solar, la célula solar contiene un electrodo debajo del semiconductor de tipo P que funciona en paralelo a la red metálica de la célula solar para crear una corriente eléctrica. A continuación, se coloca otra capa reflectante detrás.
Aunque los paneles solares pueden variar ligeramente en la composición de los materiales y la disposición del diseño, esta configuración fundamental es la que utilizan todos los paneles solares para conducir la luz solar y generar electricidad.
Cómo conduce una célula solar la luz artificial.
Siempre que la luz artificial en cuestión emita los mismos tipos de longitudes de onda de luz presentes en la luz solar, la célula solar será capaz de recoger electricidad de esa luz exactamente de la misma manera que lo haría en la luz solar directa.
Cuando la luz artificial incide sobre las células solares, esta luz puede reflejarse, ser absorbida por la célula o pasar directamente a través de ella.
Para generar toda la energía posible, las células solares tratan de reducir la cantidad de luz que pasa a través de las células solares o que rebota en ellas. Por este motivo, las células solares se diseñan con unas características particulares:
- Las células solares son de color oscuro y opacas para aumentar la cantidad de luz absorbida por la célula y disminuir la cantidad de luz que la atraviesa.
- Las células solares cuentan con un revestimiento antirreflectante que ayuda a evitar que la luz rebote en la célula solar y favorece la absorción de la luz en ella.
Aunque hasta ahora es tecnológicamente imposible recrear una red de energía solar que absorba el 100% de la luz que incide sobre ella, los científicos especializados en energía se acercan cada vez más a este nivel de eficiencia con la creación de nuevos materiales de construcción y nuevos diseños de ingeniería.
Cuanta más luz absorban estas células solares y menos luz se desperdicie en el esfuerzo, más electricidad podrá generarse potencialmente a partir de cada panel solar, acercando cada vez más los costes de consumo energético a cero menos la inversión inicial en equipos.
La luz artificial es una mala opción para cargar las células solares.
Como las fuentes de luz artificial, como las bombillas incandescentes y fluorescentes, imitan el espectro del sol, pueden cargar las células solares hasta cierto punto e incluso alimentar pequeños dispositivos como calculadoras y relojes. Sin embargo, las luces artificiales nunca pueden cargar una célula solar con la misma eficacia que la luz solar directa. Esto se debe a una serie de factores:
- Conversión de pérdidas: Una luz artificial debe convertir primero la electricidad en luz para que las células solares la absorban y la conviertan de nuevo en electricidad. Durante este proceso de conversión, se pierde un porcentaje de la energía. Esto significa que la cantidad de energía generada por este método siempre será menor que la cantidad original de energía usada.
- Intensidad espectral: La radiación espectral del sol es extremadamente fuerte y constante, cubriendo una amplia variedad de longitudes de onda de la luz, lo que permite la máxima eficiencia de absorción de la luz en las células solares. Las luces artificiales no sólo tienen una irradiación espectral más débil que la luz solar, sino que también experimentan fuertes fluctuaciones en la irradiación espectral que reducen su absorción total de energía.
- Barreras a la luz: Las luces artificiales suelen contener barreras, como bombillas y balastos, que atenúan su intensidad y hacen que parte de la luz que emiten sea absorbida por el vidrio o se difunda en la habitación.
Cargar las células solares con luz artificial es un desperdicio de energía.
En resumen, no hay ninguna razón eficiente o lógica para intentar alimentar las células solares con luz artificial.
Ninguna luz artificial puede imitar la fuerza y el resplandor de los verdaderos rayos del sol, y desde luego no al nivel necesario para funcionar con eficiencia. Al igual que no te molestarías en usar una vela para cocinar tu comida (a menos que estés a dieta de fondue), estarías perdiendo tu tiempo y energía literalmente tratando de cargar tus paneles solares con luz artificial.
Si buscas formas de maximizar la generación y el consumo de energía solar cuando la luz del sol es limitada o inexistente, merece la pena considerar la posibilidad de instalar paneles solares de alta eficiencia y una batería solar para almacenar la electricidad generada por la energía solar para utilizarla por la noche o en días nublados.
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