Fundamentos. |
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El efecto fotovoltaico es un
fenómeno físico consistente en la conversión de la energía luminosa (o radiaciones
ópticas) en energía eléctrica. Esto se consigue por la separación mediante un campo
eléctrico interno, creado generalmente por una estructura heterogénea del material, de
las cargas eléctricas de distinto signo (electrones y huecos), generadas por la
ionización de los átomos al ser absorbidos los fotones de la radiación óptica
por los electrones de su capa externa (fig. 1).
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| Para que se produzca el efecto fotovoltaico deben darse, por tanto, las siguientes condiciones: a) Existencia de una estructura heterogénea que produzca un campo eléctrico interno. b) Que la radiación luminosa sea capaz de generar cargas libres al absorberse por el material. Es decir, que la energía necesaria para romper un enlace entre átomos y librar un electrón sea igual o inferior a la de los fotones de la radiación luminosa.
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  Fig.1. El efecto
fotovoltaico |
| La célula solar, basada en una estructura p-n sobre un material semiconductor, cumple con los dos requisitos anteriormente citados, y es el dispositivo más importante hoy día para aprovechar el efecto fotovoltaico. El primer dispositivo más importante capaz de convertir con eficiencia (casi un 6%) la energía solar en energía eléctrica, fue desarrollado en 1.954 por D.M. Chapin, C.S.Fueller, G.L.Pearson de los Bell Telephon Laboratories en New Jersey [2]; desde entonces células similares a aquella se vienen empleando para suministro de energía eléctrica en una serie de aplicaciones cada día creciente (fig.2). |
Fig.2. Células fotovoltaicas. |
| En el Instituto de Energía Solar de la Universidad Politécnica de Madrid se pusieron a punto los procesos tecnológicos, y se fabricaron, ya a finales de los años setenta, células con un 15 por ciento de eficacia [3] . |
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La principal barrera que se opone a una utilización masiva de
este dispositivo es su elevado coste en relación a su rendimiento. Aunque son varios los
caminos que se siguen para conseguir reducir el coste de obtención de este tipo de
energía (reducir coste de célula, concentración, PV en edificios: con un
aprovechamiento eficiente de la energía generada, eliminando elementos innecesarios,
creando aplicaciones más competitivas y desarrollando el mercado) es claro que el
rendimiento de las células debe mejorarse(fig.3) [4][5].
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| En la tabla II se resumen los datos de células y distintas tecnologías con los mejores resultados de eficiencia hasta 1995 [6]. |
| Tabla II | Eficiencia de células terrestres bajo condiciones de radiación global AM1.5 | ||||||
| TECNOLOGIA | EFIC.% | A(CM) | Vcc (V) | Jsc (mAcm-2) | FF(%) | DENOMINACIÓN | |
| Si (monocristalino) | 24.0 |
4.00 |
0.709 |
40.9 |
82.7 |
UNSW PERL | |
| Si (área moderada) | 21.6 |
37.50 |
0.698 |
39.5 |
78.4 |
Stanford point contact | |
| Si (policristalino) | 17.7 |
1.00 |
0.623 |
35.6 |
71.2 |
Georgia Tech | |
| Si (película delgada) | 14.9 |
1.02 |
0.600 |
31.4 |
79.2 |
Astro Power (Si-film) | |
| GaAs (monocristalino) | 25.1 |
3.91 |
1.022 |
28.2 |
87.1 |
Kopin, AlGaAs window | |
| InP (monocristalino) | 21.9 |
4.02 |
0.878 |
29.3 |
85.4 |
Spire, epitaxial | |
| a-Si (película delgada) | 11.5 |
1.08 |
0.879 |
18.8 |
70.1 |
Solarex | |
| GaInP/GaAs | 29.5 |
0.25 |
2.385 |
14.0 |
88.5 |
NREL monolitic | |
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Aplicaciones
fotovoltaicas en edificios.Lección Inaugural
