La guía definitiva de las células solares con Jackery

Ya sea que la fuente sea la luz solar o artificial, las células solares se conocen como fotovoltaicas. Sirven como dispositivos fotodetectores, como los detectores infrarrojos, que pueden detectar luz u otra radiación electromagnética cercana al rango visible o medir la intensidad de la luz. Las células solares se agrupan con frecuencia para crear módulos solares, que luego se conectan a paneles solares, que son unidades aún más grandes.

Algunos dispositivos alimentados por energía solar ni siquiera tienen un botón de apagado y nunca requieren baterías. Funcionan indefinidamente siempre que haya suficiente luz solar. Pero, ¿cómo se usa la energía solar? Por supuesto, la célula solar juega un papel. En esta publicación descubrirá qué es una célula solar, cómo funciona, cómo se desarrolló y cómo elegir el mejor panel solar con Jackery.

¿Qué es una célula solar?

La célula solar es un componente crucial de la conversión de energía fotovoltaica, que transforma la energía luminosa en energía eléctrica. Los semiconductores se utilizan normalmente como material para las células solares. La conversión de energía implica la separación de portadores de carga y la producción de pares electrón-hueco en un semiconductor a partir de la absorción de energía fotónica de la luz.

El científico francés Edmond Becquerel demostró inicialmente el fenómeno fotovoltaico en 1839. Basado en los métodos de fabricación, la tecnología solar o fotovoltaica se puede dividir en tres generaciones. Las células solares de primera generación se construyen utilizando silicio, que es eficiente y rentable. La generación original de células solares basadas en silicio todavía representa el 80% de la producción actual de células solares. La primera generación consiste en células solares de silicio monocristalino, policristalino, amorfo e híbrido.

¿Qué es una célula fotovoltaica solar?

Una célula fotovoltaica (PV), también conocida como célula solar, puede reflejar, absorber o atravesar la luz que la incide. El material semiconductor que compone la célula PV puede conducir la electricidad de manera más efectiva que un aislante, pero es menos efectivo que un buen conductor como un metal. En las células fotovoltaicas se emplean una variedad de materiales semiconductores.

Cuando un semiconductor se expone a la luz, la energía de la luz se absorbe y se transfiere a los electrones cargados negativamente del semiconductor. La energía adicional permite que los electrones conduzcan una corriente eléctrica a través del material. Esta corriente se puede usar para alimentar su hogar y el resto de la red eléctrica extrayéndola a través de contactos metálicos conductores, que son las líneas en forma de rejilla en las células solares.

¿Cómo está el mercado de las células solares hoy en día?

La eficiencia de las células solares ha aumentado drásticamente en los últimos años, pasando de informes de aproximadamente el 3% en 2009 a más del 25% en la actualidad. Aunque las células solares han aumentado rápidamente su eficiencia, deben superarse varios obstáculos antes de que puedan considerarse una tecnología comercial viable.

Los PV de obleas y los PV de células de película delgada son las dos divisiones principales de las tecnologías fotovoltaicas. Los PV de obleas incluyen células convencionales de silicio cristalino y células de arseniuro de galio, con las células de c-Si controlando actualmente el mercado de PV con una cuota de mercado de aproximadamente el 90% y el GaAs con la mayor eficiencia.

De qué están hechas las células solares

Una célula solar se forma interponiendo una capa de silicio tipo p entre una capa de silicio tipo n. Hay demasiados electrones en la capa de tipo n y demasiados huecos cargados positivamente en la capa de tipo p. Los electrones de un lado de la unión (capa de tipo n) migran a los huecos del lado opuesto, que está cerca de la intersección de las dos capas (capa de tipo p). Como resultado, se forma una región conocida como zona de agotamiento alrededor de la conexión, donde los electrones llenan los huecos.

El lado tipo p de la zona de agotamiento ahora contiene iones cargados negativamente, y el lado tipo n de la zona de agotamiento ahora incluye iones cargados positivamente cuando todos los huecos en la zona de agotamiento se han llenado con electrones. Las cargas opuestas de estos iones proporcionan un campo eléctrico interno que inhibe que los electrones de la capa de tipo n llenen los huecos de la capa de tipo p.

1. Purificar el silicio: Se coloca dióxido de silicio en un horno de arco eléctrico, donde se libera oxígeno usando un arco de carbono. Quedan dióxido de carbono y silicio fundido, pero incluso esto no es lo suficientemente puro para ser utilizado en células solares. Este silicio producirá uno con solo 1% de impurezas.

2. Crear silicio monocristalino: El método Czochralski, en el que se sumerge un cristal de silicio semilla en silicio policristalino fundido, es la técnica más utilizada para producir silicio monocristalino.

3. Cortar las obleas: Se utiliza una sierra circular para cortar el lingote de segunda etapa en obleas de silicio. La mejor materia prima para esta tarea es el diamante, que produce láminas de silicio que luego se pueden cortar para crear cuadrados o hexágonos que son más fáciles de encajar en la superficie de una célula solar.

4. Dopaje: Esta técnica, también conocida como dopaje, a menudo implica disparar iones de fósforo en el lingote usando un acelerador de partículas.

5. Agregar contactos eléctricos: Los contactos eléctricos sirven como conducto para la corriente generada por las células solares y las conectan. Estas conexiones, hechas de metales como paladio o cobre, son delgadas para no impedir que la luz solar llegue a la célula.

6. Agregar recubrimiento antirreflectante: Para disminuir la cantidad de luz solar perdida por la reflexión, se aplica un recubrimiento antirreflectante sobre el silicio.

7. Encapsular la célula: Para completar el proceso, las células solares se sellan en caucho de silicona o etileno-acetato de vinilo y se montan en un marco de aluminio con una cubierta de vidrio o plástico para mayor protección y una lámina posterior.

Cómo funciona una célula solar

La célula solar es una innovación tecnológica que convierte directamente la energía luminosa en electricidad a través del efecto fotovoltaico, creando cargas eléctricas libres para viajar a través de los semiconductores. Todas las células solares comparten un diseño fundamental similar. Un recubrimiento óptico o capa antirreflectante que reduce la cantidad de luz perdida por reflexión permite que la luz ingrese al sistema. Como resultado, la luz queda atrapada y es más probable que llegue a las capas inferiores que realizan la conversión de energía. La deposición por centrifugación o la deposición al vacío crean esta capa antirreflectante superior, comúnmente un óxido de silicio, tantalio o titanio.

Debajo de la capa antirreflectante superior hay tres capas de conversión de energía. Estas son la capa de unión superior, la capa absorbente y la capa de unión posterior. Dos capas de contacto eléctrico adicionales transportan la corriente eléctrica a una carga externa y luego de vuelta a la célula para completar el circuito eléctrico. Una célula solar es un sándwich de silicio tipo n y silicio tipo p. Genera electricidad utilizando la luz solar para hacer que los electrones salten a través de la unión entre los diferentes tipos de silicio:

1. Fotones (partículas de luz) bombardean la superficie superior de la célula cuando la luz solar brilla.
2. Los fotones (manchas amarillas) transportan energía a través de la célula en un ángulo descendente.
3. En la capa inferior de tipo p, los fotones transfieren su energía a los electrones (manchas verdes).
4. Con la ayuda de esta energía, los electrones pueden penetrar la barrera en la capa superior de tipo n y salir al circuito.
5. A medida que los electrones se mueven a través del circuito, la lámpara comienza a brillar.

Fuente: Sistemas avanzados de energía renovable

Los tipos de células solares

Las tres categorías principales de células solares son las basadas en silicio cristalino, las células solares de película delgada y una innovación más reciente que combina las otras dos. El silicio de tipo p y el silicio de tipo n son dos tipos de semiconductores utilizados para fabricar células solares. Se añaden átomos con un electrón menos en su nivel de energía exterior que el silicio, como el boro o el galio, para crear silicio de tipo p.

Células de silicio cristalino

Las obleas de silicio cristalino (c-Si), cortadas de lingotes masivos fabricados en laboratorios, componen aproximadamente el 90% de las células solares. Estos lingotes pueden desarrollarse en cristales individuales o múltiples y pueden tardar hasta un mes en crecer. Los paneles solares monocristalinos se fabrican a partir de un solo cristal, mientras que los policristalinos se fabrican a partir de múltiples cristales.

Células solares de película delgada

Aunque las células solares de película delgada, también conocidas como fotovoltaicos de película delgada, son aproximadamente 100 veces más delgadas que las células de silicio cristalino, todavía se producen a partir de obleas que tienen solo una pequeña fracción de milímetro de profundidad (aproximadamente 200 micrómetros, o 200 m). El silicio amorfo (a-Si), en el que los átomos se organizan aleatoriamente en lugar de en una estructura cristalina ordenada, es el material utilizado para crear estos paneles y células solares de película delgada. Estas películas también se pueden producir utilizando materiales fotovoltaicos orgánicos (PV), diseleniuro de cobre, indio y galio (CIGS) y telururo de cadmio (Cd-Te).

Tercera generación de células solares

Las tecnologías de células solares más recientes combinan los mejores aspectos de las células solares de película delgada y de silicio cristalino para ofrecer alta eficiencia y mayor facilidad de uso. Frecuentemente tienen varias uniones compuestas por capas de diferentes materiales semiconductores. Además, suelen estar hechas de silicio amorfo, polímeros orgánicos o cristales de perovskita.

Desarrollo de células solares

La energía solar ya ofrece a los consumidores muchas ventajas, al tiempo que reduce los efectos ambientales nocivos de la generación de energía con combustibles fósiles. Cambiar a la energía solar tiene beneficios a nivel más local y reduce la contaminación del aire y las emisiones de dióxido de carbono porque localiza la generación de energía en el punto de uso.

Dispositivos más pequeños como relojes y calculadoras ahora pueden funcionar sin baterías, y las señales de mantenimiento de carreteras y trenes ahora pueden ser alimentadas por el sol para que puedan usarse incluso en las regiones más remotas. En algunos países, la energía solar se utiliza para alimentar cabinas telefónicas, bombas de agua e incluso sistemas de refrigeración en instalaciones médicas. A medida que disminuye el suministro de combustibles fósiles, habrá una mayor necesidad de recurrir a fuentes de energía renovables, como la solar.

Los mejores paneles solares portátiles con Jackery

Los paneles solares portátiles Jackery se pueden plegar y sujetar para facilitar su transporte y uso. Una de las tasas de eficiencia más altas de la industria permite maximizar la energía del sol y transformarla en energía limpia. Use energía solar y las estaciones de energía portátiles recargables Jackery para mantener su equipo cargado. Para una mejor energía de respaldo, es el avanzado sistema de generación solar fuera de la red.

Con células solares monocristalinas y soportes ajustables, los paneles solares portátiles Jackery tienen una eficiencia de carga de hasta el 25%. Aproveche al máximo el potencial de la energía solar. El panel solar se puede conectar fácilmente a su fuente de alimentación. Conecte la entrada DCDC de su fuente de alimentación portátil a la interfaz DCDC.

Panel solar Jackery SolarSaga de 200W

Los paneles solares Jackery SolarSaga de 200W son su mejor opción si desea una solución que pueda alimentar toda su casa. Los paneles solares pueden generar más energía en circunstancias similares con una mayor tasa de conversión del 24,3%. Una estación de energía portátil Jackery Explorer 2000 Pro se puede cargar completamente en 2,5 horas usando 6 SolarSaga 200. Además, el panel solar portátil es compatible con varias estaciones de energía Jackery.

Panel solar Jackery SolarSaga de 100W

El panel solar Jackery SolarSaga de 100W es la mejor opción para interrupciones de energía imprevistas. También es ideal para los entusiastas del aire libre debido a su diseño plegable, ligero y asa fácil de transportar. Las células solares monocristalinas y la tecnología de células multicapa permiten una mayor eficiencia de conversión del 24,3% de los paneles solares, lo que mejora el rendimiento. La estación de energía Jackery Explorer 300/500/1000/1500 es compatible con este panel solar, lo que lo convierte en la opción perfecta para acampar fuera de la red e interrupciones de energía imprevistas.

Panel solar Jackery SolarSaga de 80W

Ambos lados de los paneles Jackery SolarSaga de 80W de doble cara pueden producir electricidad. El vidrio extra blanco del panel trasero aumenta las tasas de conversión. Puede sobrevivir en condiciones difíciles porque está certificado como a prueba de polvo e impermeable según el estándar IP68.

Preguntas frecuentes sobre las celdas solares

Las siguientes son algunas preguntas frecuentes sobre las celdas solares:     

1. ¿Son las celdas fotovoltaicas y los paneles solares lo mismo?

No son lo mismo. Los paneles solares convierten la radiación solar en calor, mientras que los paneles fotovoltaicos convierten la energía térmica en electricidad. Debido a esto, estas soluciones son independientes entre sí. En su lugar, podrían funcionar mejor juntas.

2. ¿Qué son la energía solar, las celdas solares y los paneles solares?

Una celda solar, un componente eléctrico, produce electricidad cuando se expone a fotones u otras partículas relacionadas con la luz. Un conjunto de celdas fotovoltaicas dispuestas en una estructura para su instalación constituye un panel solar. Pero desde el comienzo de la civilización, la gente ha podido utilizar la luz radiante y el calor del sol aprovechándolos a través de diversas tecnologías en constante mejora. Sus relaciones se muestran a continuación.

3. ¿Cuál es la potencia nominal de una sola celda fotovoltaica?

No importa su tamaño, una sola celda solar fotovoltaica puede generar un "voltaje de circuito abierto" (VOC) de entre 0,5 y 0,6 voltios a 25°C (normalmente alrededor de 0,58V). Este voltaje de la celda se mantiene razonablemente constante siempre que haya suficiente luz de irradiancia, desde la luz tenue hasta la luz solar brillante.

Consideraciones finales

Las celdas solares utilizan la luz del sol para generar electricidad. Pasan por los mismos pasos de fabricación y procesamiento que los chips de memoria de las computadoras. El componente principal de las celdas solares es el silicio, que absorbe los fotones que emiten los rayos del sol. Jackery se dedica a producir paneles solares de la más alta calidad a medida que se desarrolla la industria de las celdas solares. Aprovechar al máximo el sol y convertirlo en energía limpia es posible gracias a una de las tasas de eficiencia del 25% más altas del sector.