¿Cómo funcionan los paneles solares?
Ya sea en una calculadora con energía solar o en una estación espacial internacional, los paneles solares generan electricidad utilizando los mismos principios de electrónica que las baterías químicas o las salidas eléctricas estándar. Con los paneles solares, se trata del flujo libre de electrones a través de un circuito.
Para comprender cómo los paneles solares generan energía eléctrica, podría ayudar a llevar un viaje rápido a la clase de química de la escuela secundaria. El elemento básico de los paneles solares es el mismo elemento que ayudó a crear la revolución informática: el silicio puro. Cuando el silicio se quita todas las impurezas, es una plataforma neutral ideal para la transmisión de electrones. Silicon también tiene algunas propiedades de nivel atómico que lo hacen aún más atractivo para la creación de paneles solares.
Los átomos de silicio tienen espacio para ocho electrones en sus bandas exteriores, pero solo llevan cuatro en su estado natural. Esto significa que hay espacio para cuatro electrones más. Si un átomo de silicio contacta con otro átomo de silicio, cada uno recibe cada unoLos cuatro electrones del otro átomo. Esto crea un enlace fuerte, pero no hay carga positiva o negativa porque los ocho electrones satisfacen las necesidades de los átomos. Los átomos de silicio pueden combinarse durante años para dar como resultado una gran pieza de silicio puro. Este material se utiliza para formar las placas de paneles solares.
Aquí es donde la ciencia entra en la foto. Dos placas de silicio puro no generarían electricidad en paneles solares, porque no tienen carga positiva o negativa. Los paneles solares se crean combinando silicio con otros elementos que tienen cargas positivas o negativas.
fósforo, por ejemplo, tiene cinco electrones que ofrecer a otros átomos. Si el silicio y el fósforo se combinan químicamente, el resultado es un establo de ocho electrones con un electrón libre adicional a lo largo del viaje. No puede irse, porque está unido a los otros átomos de fósforo, pero no es necesario por el silicio. Por lo tanto, se considera que esta nueva placa de silicio/fósforo está cargada negativamente.
Para que la electricidad fluya, también se debe crear una carga positiva. Esto se logra en paneles solares combinando silicio con un elemento como Boron, que solo tiene tres electrones que ofrecer. Una placa de silicio/boro todavía le queda un lugar para otro electrón. Esto significa que la placa tiene una carga positiva. Las dos placas se intercambian juntas en paneles solares, con cables conductores que se ejecutan entre ellas.
Con las dos placas en su lugar, ahora es el momento de traer el aspecto 'solar' de los paneles solares. La luz solar natural envía muchas partículas diferentes de energía, pero la que más nos interesa se llama fotón. Un fotón esencialmente actúa como un martillo en movimiento. Cuando las placas negativas de las células solares apuntan a un ángulo adecuado al sol, los fotones bombardean los átomos de silicio/fósforo.
Eventualmente, el noveno electrón, que quiere ser libre de todos modos, es eliminado delanillo exterior. Este electrón no permanece libre por mucho tiempo, ya que la placa positiva de silicio/boro lo atrae al punto abierto en su propia banda externa. A medida que los fotones del sol rompen más electrones, se genera electricidad. La electricidad generada por una celda solar no es muy impresionante, pero cuando todos los cables conductores alejan los electrones libres de las placas, hay suficiente electricidad para alimentar motores de baja amperanza u otros electrónicos. Cualquier electrones no se usa o se pierde en el aire se devuelven a la placa negativa y todo el proceso comienza nuevamente.
Uno de los principales problemas con el uso de paneles solares es la pequeña cantidad de electricidad que generan en comparación con su tamaño. Una calculadora solo puede requerir una sola célula solar, pero un automóvil con energía solar requeriría varios miles. Si el ángulo de los paneles solares se cambia incluso ligeramente, la eficiencia puede caer un 50 por ciento.
Se puede almacenar cierta energía de los paneles solares en baterías químicas, pero allíPor lo general, no es mucho exceso de potencia en primer lugar. La misma luz solar que proporciona fotones también proporciona ondas ultravioletas e infrarrojas más destructivas, lo que eventualmente hace que los paneles se degraden físicamente. Los paneles también deben estar expuestos a elementos climáticos destructivos, lo que también puede afectar seriamente la eficiencia.
Muchas fuentes también se refieren a los paneles solares como células fotovoltaicas, lo que hace referencia a la importancia de la luz (fotos) en la generación de voltaje eléctrico. El desafío para los futuros científicos será crear paneles solares más eficientes es lo suficientemente pequeño para aplicaciones prácticas y lo suficientemente potente como para crear un exceso de energía para los momentos en que la luz solar no está disponible.
.