Las células solares fotovoltaicas son materiales semiconductores diseñados para convertir la luz solar en electricidad. Puede pensar en un semiconductor como un estante vacío encima de un contenedor lleno de pelotas que rebotan, donde las bolas son como electrones en un semiconductor. Las bolas en el contenedor de abajo no pueden moverse muy lejos, por lo que el material se conduce mal. Pero si una bola salta al estante, puede rodar con mucha facilidad, por lo que el material se convierte en un buen conductor. Cuando la luz solar entra en un semiconductor, puede sacar una bola del contenedor y colocarla en el estante. Uno pensaría que cuanta más luz solar, mejor: más bolas colocadas en el estante, más corriente de la celda solar. Pero más luz solar también puede significar temperaturas más altas, y las temperaturas más altas generalmente reducen la energía de una celda solar.
Semiconductores
Cuando la luz solar entra en una celda solar, agrega energía a los electrones, pero esos electrones energéticos no le hacen ningún bien a nadie en la celda solar, tienen que salir. Entonces, las células solares están diseñadas para que el estante esté en ángulo. Una bola en el estante rueda rápidamente hacia abajo. Si construye un tubo desde el borde inferior del estante que se enrolla hasta el contenedor de abajo, las bolas fluirán hacia abajo de la celda solar y regresarán. Eso es más o menos lo que sucede cuando los cables eléctricos se conectan a una celda solar: los electrones son captados por la luz solar y empujados hacia un circuito.
Energía de una celda solar
En términos eléctricos, la potencia es el voltaje multiplicado por la corriente. La corriente se refiere al número de electrones que se expulsan de la celda solar, y el voltaje se refiere al "empuje" que recibe cada electrón. Pensando en el contenedor y el estante, la corriente es la cantidad de bolas que se colocan en el estante cada segundo y el voltaje es la altura del estante.
Cuando el sol se pone más brillante. da energía a más electrones, levanta más bolas en el estante, pero el estante no sube más. Es decir, el voltaje que sale de una celda solar depende de cómo esté construida la celda solar, mientras que la corriente máxima depende de la cantidad de luz solar que absorbe. El voltaje y la corriente también dependen de otros factores. Uno de ellos es la temperatura.
Efectos de la temperatura
La temperatura mide cuánto se mueven las cosas. En el caso de un semiconductor, la temperatura mide cuánto se mueven los electrones y cuánto se mueven los soportes de esos electrones. De nuevo, pensando en el estante y el contenedor de bolas, cuando un semiconductor está más caliente, es como si las bolas se agitaran y rebotaran en el contenedor y el estante superior vibrara hacia arriba y hacia abajo.
En una celda solar caliente, las bolas ya están rebotando un poco, es más fácil que la luz del sol las recoja y las ponga en el estante. Debido a que el estante vibra hacia arriba y hacia abajo, también es más fácil que las bolas lleguen al estante, pero como no están tan altas, no ruedan tan rápido. Es decir, cuando una celda solar de silicio se calienta, genera más corriente pero menos voltaje. Desafortunadamente, es solo un poco más de corriente y mucho menos voltaje, por lo que el resultado es que la potencia disminuye.
Salida del panel solar
Los paneles solares se construyen a partir de un montón de células solares conectadas entre sí. Los diferentes fabricantes construyen sus paneles de manera diferente, por lo que es posible que encuentre un panel solar con 38 celdas y otro con 480 celdas. Incluso con diferencias en la fabricación de paneles solares de silicio, el material es más o menos el mismo, por lo que los efectos de la temperatura también son casi idénticos. Por lo general, la producción de energía de las células solares de silicio cae aproximadamente un 0,4 por ciento con cada grado Celsius (1,8 grados Fahrenheit).
La temperatura se refiere a la temperatura real del material y no a la temperatura del aire, por lo que en un día soleado no es tan inusual que un panel solar alcance los 45 grados C (113 grados F). Eso significa que un panel con una potencia nominal de 200 vatios a 20 grados C (68 grados F) solo producirá 180 vatios.
