La eficiencia de un sistema fotovoltaico es la medida de la cantidad de energía solar disponible que una célula solar convierte en energía eléctrica. La mayoría de las células solares de silicio típicas tienen una eficiencia máxima de alrededor del 15 por ciento. Sin embargo, incluso un sistema solar con una eficiencia del 15 por ciento puede alimentar una casa promedio de manera rentable.
¿Dé dónde viene la energía?
La energía de la luz solar viene en paquetes llamados fotones. Estos fotones transportan una cantidad específica de energía en función de su longitud de onda. A medida que disminuye la longitud de onda, aumenta la energía de un fotón. Estos fotones excitan los electrones en la celda solar, lo que hace que fluyan a través de los circuitos, creando una corriente eléctrica. Para liberar un electrón en silicio, un fotón necesita al menos 1,1 electronvoltios de energía. Un electrón voltio es la cantidad de energía necesaria para mover un electrón a través de una diferencia de potencial de un voltio. Si un fotón tiene más de 1,1 electronvoltios, un electrón se moverá a través del circuito, pero el exceso de energía se liberará en forma de calor. Ésta es una de las razones por las que las células solares tienen una eficiencia tan baja; solo necesitan una cantidad muy específica de energía para funcionar.
¿Cuánta energía proporciona el sol?
El Sol proporciona una cantidad diferente de energía dependiendo de dónde se encuentre en la Tierra y en qué parte del cielo se encuentre. Los paneles solares generalmente se clasifican asumiendo condiciones estándar conocidas como AM1.5. Esto significa masa de aire 1.5, que es la condición de prueba aceptada para paneles solares. En AM1.5, el sol proporciona 1,000 vatios por metro cuadrado. Sin embargo, la energía solar real disponible varía según la ubicación, las condiciones climáticas y la hora del día.
¿Qué porcentaje de la energía solar pueden utilizar las células solares?
Para comprender el poder del sol, usamos un modelo de radiación llamado espectro de cuerpo negro. El espectro del cuerpo negro nos dice la distribución de energía de los objetos en diferentes longitudes de onda. Basado en un espectro de cuerpo negro, el 23 por ciento de la energía del sol tiene una longitud de onda demasiado larga para ser útil para los paneles solares. Esos fotones simplemente pasarán a través de la célula. Otras longitudes de onda tienen un exceso de energía. De hecho, otro 33 por ciento de la energía solar es un exceso de energía que también es inutilizable para las células solares de silicio. Por lo tanto, esto deja solo el 44 por ciento de la energía solar disponible para las células solares de silicio. Más de esta energía se pierde debido a la reflexión y otros procesos en la propia célula. Por lo tanto, aunque la eficiencia máxima teórica puede ser mayor, la eficiencia real de las células de silicio suele ser de alrededor del 15 por ciento.
¿Cómo aumentamos la eficiencia del panel?
Para aumentar la eficiencia de los paneles solares, podemos mejorar y diversificar los materiales que utilizamos para fabricarlos. Los diferentes materiales requieren una cantidad diferente de energía fotónica para producir corriente. Por lo tanto, los paneles híbridos pueden cubrir varios valores de electronvoltios diferentes para maximizar la energía capturada. Un problema con este enfoque es el costo de fabricación. El panel solar estándar está hecho de silicio, que está ampliamente disponible y es bien conocido. A medida que los materiales utilizados en los paneles solares se vuelven más raros y especializados, el costo de fabricación aumenta. Por lo tanto, un aumento en la eficiencia conlleva un aumento en el costo.