Física Fotovoltaica: Cómo la Luz se Convierte en Electricidad en | ORBITECH

¿Qué es el efecto fotovoltaico?

El efecto fotovoltaico es la generación de electricidad en un material semiconductor al absorber luz.
Recuerda: la luz debe superar la banda prohibida del semiconductor
Se diferencia del efecto fotoeléctrico porque los electrones no salen del material, solo se mueven dentro.
En el fotovoltaico las cargas se separan por difusión, no por emisión
La energía de la luz debe ser mayor que la energía de la banda prohibida del semiconductor.
Ejemplo: el silicio tiene banda prohibida de 1.1 eV

E_{f o t \overset{´}{o} n} = h \cdot f

En 1839 Edmond Becquerel observó por primera vez el efecto usando una celda electroquímica.
¡El primer panel solar tenía 180 años!
En los años 1950 se desarrollaron las primeras celdas solares de silicio en Bell Labs (EE.UU.).
La carrera espacial impulsó su desarrollo
Hoy Chile tiene el desierto de Atacama, el lugar con mayor radiación solar del planeta.
¡Ideal para proyectos fotovoltaicos!

Una celda solar tiene una unión p-n que crea un campo eléctrico interno.
Es como un diodo que genera voltaje al recibir luz
Los fotones de la luz excitan electrones en el semiconductor, creando pares electrón-hueco.
El hueco es la ausencia de electrón que se mueve como carga positiva
El campo eléctrico de la unión p-n separa las cargas y genera una corriente eléctrica.
Por eso las celdas tienen polaridad positiva y negativa

P = V \cdot I

Parque Solar El Romero (Atacama) genera 777 MW, suficiente para 245 000 hogares.
Cada MW cuesta unos 1 200 millones de CLP
En Antofagasta la radiación solar supera 2 500 kWh/m² al año, la más alta del mundo.
¡Es como tener 2 500 horas de sol intenso anuales!
Proyectos como Cerro Dominador usan sales fundidas para almacenar energía 17 horas.
Permite generar electricidad de noche

η = \frac{P_{s a l i d a}}{P_{e n t r a d a}}

Un panel de 400 W en Antofagasta genera unos 2 kWh al día (5 horas de sol pico).
Usa la fórmula E = 400 W × 5 h = 2 000 Wh = 2 kWh
El rendimiento típico de una celda de silicio es 15-22%.
El resto se pierde como calor o reflexión
Para calcular la potencia: P = V × I, donde V es voltaje y I la corriente. $P = V \cdot I$
En paneles solares V ≈ 30-40 V, I ≈ 10 A

E = P \cdot t

Confundir efecto fotovoltaico con efecto fotoeléctrico: recuerda que en el primero las cargas no salen del material.
El fotoeléctrico es el de los paneles en el espacio, el fotovoltaico es el de tus calculadoras
Olvidar que la energía del fotón debe superar la banda prohibida del semiconductor.
Si la luz es roja (baja energía) no genera electricidad en silicio
Calcular mal la energía: recuerda que 1 kWh = 1 000 Wh = 3 600 000 J.
Convierte siempre a las mismas unidades

1839: Edmond Becquerel descubre el efecto fotovoltaico: Usó una celda electroquímica y observó corriente al exponerla a la luz
Desierto de Atacama: mayor radiación solar del mundo: Supera 2 500 kWh/m² al año, ideal para energía solar
Parque Solar El Romero (Atacama): 777 MW de capacidad: Uno de los proyectos solares más grandes de Latinoamérica
Rendimiento típico de paneles solares: 15-22%: Depende del material: silicio policristalino (15-18%), monocristalino (20-22%)