Parece magia, pero es ciencia. Te contamos cómo funcionan las placas solares y cómo esos paneles que tan a menudo vemos en los tejados transforman la luz del sol en electricidad.

Las placas solares a simple vista

A simple vista, todos reconocemos las placas solares cuando las vemos. Son unos módulos fotovoltaicos que se colocan en los tejados o zonas expuestas al sol. Aunque son cada vez más discretas y elegantes, se reconocen fácilmente por su forma rectangular, su superficie lisa y su color oscuro o negro.

Estas placas tienen una cubierta de vidrio, tratada para que no haga reflejos y no deslumbre, y en su interior se encuentran las células o celdas solares, esos rectángulos más pequeños que forman la placa solar. Y ahí es donde se produce la magia que comentábamos.

Cuando les da la luz del sol, estas celdas generan electricidad. No obstante, la energía que se produce en las placas aún no es apta para el funcionamiento de tu hogar, ya que con ellas obtendrás un flujo de corriente continua que necesitarás transformar para poder usarla. Para ello se utiliza un inversor solar, que es el encargado de convertir la corriente continua en alterna.

La corriente alterna es la que utilizamos para encender la luz o hacer funcionar los electrodomésticos. Es la corriente que se usa en las casas desde que la famosa “guerra de las corrientes” enfrentó a Tesla y Edison hace más de un siglo. Este proceso de transformación es esencial para que la electricidad generada por las placas solares sea compatible con los sistemas eléctricos estándar de las viviendas modernas.

A diferencia de las placas en los tejados, el inversor solar no está a la vista. Se suele instalar dentro de la vivienda. Esto garantiza un rendimiento óptimo y protección contra los elementos ambientales. La ubicación estratégica del inversor permite una conversión eficiente de la energía solar en electricidad utilizable. Por consiguiente, maximiza el rendimiento del sistema solar en general.

Cómo funcionan las placas solares

¿Qué es lo que ocurre dentro de las placas solares para que la luz del sol se transforme en electricidad? Básicamente, lo que se produce es el efecto fotoeléctrico.

En primer lugar, la cubierta transparente de las placas deja pasar la luz (el espectro visible y el infrarrojo próximo). En este punto es cuando interviene el efecto fotoeléctrico. Es el responsable de que la luz solar, al impactar contra la superficie de la célula, desprenda un flujo de electrones libres (energía eléctrica).

¿Y de dónde salen estos electrones? Esta magia también tiene una explicación científica. La luz que nos llega en forma de radiación solar viene cargada de fotones. Según la frecuencia de onda de la luz tendremos mayor o menor energía lumínica (fotones). A menor longitud de onda, mayor energía tendrán los fotones. Cuando la luz traspasa la cubierta de las placas solares, las células fotovoltaicas absorben la energía de los fotones. Si la energía del fotón es suficiente, expulsará un electrón.

No es bullying, es física, aunque es verdad que el fotón parece un malote que echa del grupo al electrón.

Este fenómeno, conocido como efecto fotoeléctrico, es crucial para la generación de electricidad mediante placas solares. La interacción entre los fotones y las células fotovoltaicas permite la conversión directa de la energía lumínica del sol en energía eléctrica utilizable. Este proceso es esencial para la producción de energía renovable y sostenible, ya que no implica emisiones de gases de efecto invernadero ni agotamiento de recursos naturales no renovables.

La física detrás de este fenómeno demuestra cómo la ciencia y la tecnología pueden trabajar en armonía con la naturaleza.

El efecto fotoeléctrico y el efecto fotovoltaico

Para entender cómo funcionan las placas solares es necesario hablar de estos dos efectos. Hemos visto que mediante el efecto fotoeléctrico se absorben fotones para emitir electrones. Y esto que ocurre a nivel atómico es la base del efecto fotovoltaico, descubierto en 1838 por el joven Alexandre Edmond Becquerel.

Si mediante el efecto fotoeléctrico se liberan electrones, el efecto fotovoltaico utiliza estos electrones para generar electricidad. Y para ello, se necesita un material semiconductor.

Como hemos visto, las placas solares son un conjunto de células fotovoltaicas unidas entre sí. Estas células son como pequeños bocatas formados por dos capas de material semiconductor, como suele ser el silicio.

Para poder convertir la radiación solar en energía, las células tienen que poder separar las cargas eléctricas opuestas. Es decir, por un lado los electrodos negativos y por otro los electrodos positivos. Por eso, los fabricantes alteran la composición de cada una de las dos capas que forman las células. A la capa superior le añaden fósforo para que se cargue con electrodos negativos. En cambio, a la capa inferior le añaden boro para que tenga una carga de electrodos positivos.

Entonces, cuando un fotón (la radiación solar) golpea la placa fotovoltaica, encuentra un electrón libre y lo empuja fuera de las capas de silicio hacia las placas conductoras metálicas que envuelven las células. De allí pasa a los cables que van conectados a la placa y se convierte en electricidad.

Este proceso, que ha ido evolucionando con los años, es el origen de la energía solar fotovoltaica y de las placas que conocemos. La que se considera la primera placa solar de la historia, inventada en 1883 por Charles Fritts, utilizó una capa de selenio y otra de oro para producir el efecto fotovoltaico.

La radiación solar

Por si te lo estabas preguntando, cuando el sol pica con ganas no quiere decir que los fotones vengan cargados con más energía. Ten en cuenta que la energía solar se obtiene a partir de la luz del sol. No del calor (como la energía solar térmica). Por tanto, las placas solares no rinden más cuanto más calor hace. Rinden según la radiación solar que incida en la placa.

De hecho, si la temperatura es muy elevada puede ser incluso contraproducente, ya que el calor intenso puede afectar al rendimiento de las placas solares. No obstante, el verano sigue siendo el momento en que habitualmente generamos más energía porque es cuando tenemos más horas de sol.

¿Y qué pasa con el rendimiento de las placas solares en invierno? Pues que no disminuye. Es más, un día fresco y soleado puede llegar a ser óptimo. Lo que ocurre es que los días se acortan y, por tanto, tenemos menos tiempo de producción.

Además de la radiación solar directa, las placas solares también pueden aprovechar la radiación difusa. Se trata de la luz dispersada que hay por la atmósfera en días nublados o con neblina. Esto significa que incluso en condiciones de luz menos intensa, las placas solares pueden seguir generando electricidad.

¿A que ahora ya tienes una idea de cómo funcionan las placas solares? Eso sí, aunque hayamos resuelto el misterio, ten en cuenta que este es el funcionamiento básico de las placas solares, pero no todas rinden y duran igual. Las placas Rec y Canadian Solar que utiliza Engel Energy tienen el coeficiente de temperatura líder en el mercado (generan más energía en altas temperaturas) y más densidad de potencia (más energía en superficies pequeñas).