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Algunos proyectos de investigación han desarrollado células solares flexibles y ligeras que pueden formar parte de la ropa o de una mochila utilizada por personas como excursionistas y trabajadores del campo. Otros consisten en desarrollar ventanas y tejados que puedan actuar como paneles solares.
De hecho, ni siquiera las células solares de silicio son todas iguales. Hay varios tipos diferentes y los investigadores desarrollan continuamente nuevas tecnologías para mejorar su eficiencia energética.
Sin embargo, lo que tienen en común es que el material que libera electrones cuando la luz incide sobre él está hecho en su mayoría del elemento silicio. Éste es un elemento muy abundante en la Tierra. La arena, por ejemplo, está hecha de silicio.
Las dos capas de silicio que se ven en la célula de la figura 5 están hechas de silicio altamente purificado. De estas dos capas, la superior es la que está expuesta a la luz. Está formada por un material que libera electrones cuando absorbe la energía de la luz.
En la capa superior de silicio, mostrada en la figura 5, se han insertado algunos átomos de fósforo entre los átomos de silicio, en un proceso llamado «dopaje». Los átomos de fósforo tienen un electrón más en su superficie que los de silicio. Este electrón adicional se mantiene bastante suelto, por lo que un átomo de fósforo libera un electrón cuando absorbe energía de un fotón de luz.
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Parece magia: capturar la energía del sol y convertirla en electricidad para hacer funcionar tu tostadora. Pero es ciencia, no magia. Los paneles solares utilizan una curiosa ciencia llamada efecto fotovoltaico para convertir una forma de energía en otra. Así es como los paneles solares recogen la luz y la convierten en electricidad.Ciencia del solEl sol es una fuente de energía intensa, que produce alrededor de 10 decilones (es un 1 seguido de 34 ceros) de energía al año. Eso es mucho. Todo el planeta está bañado por esta lluvia de energía, y es una de las cosas que hacen de éste un lugar tan agradable para vivir. Impulsa el clima, calienta la atmósfera y hace posible la vida. Así que, ¿no sería útil poder convertir parte de esta energía en una forma que pudiéramos utilizar? Eso es lo que hacen las plantas mediante la fotosíntesis, utilizando la luz para combinar el carbono de la atmósfera en azúcares que metabolizan para crecer. Y los paneles solares que se ven en un número cada vez mayor de tejados hacen algo parecido, convirtiendo la luz en electricidad. Pueden hacerlo gracias a algo llamado efecto fotovoltaico, que convierte la energía solar en energía eléctrica.Ampliar la imagenVea cómo los paneles solares utilizan la energía del sol para alimentar los electrodomésticos y otros dispositivos electrónicos de su casa.
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Una célula fotovoltaica está hecha de material semiconductor. Cuando los fotones inciden en una célula fotovoltaica, pueden reflejarse en ella, atravesarla o ser absorbidos por el material semiconductor. Sólo los fotones absorbidos proporcionan energía para generar electricidad. Cuando el material semiconductor absorbe suficiente luz solar (energía solar), los electrones se desprenden de los átomos del material. Un tratamiento especial de la superficie del material durante la fabricación hace que la superficie frontal de la célula sea más receptiva a los electrones desalojados, o libres, de modo que los electrones migran de forma natural a la superficie de la célula.
El movimiento de los electrones, cada uno de los cuales lleva una carga negativa, hacia la superficie frontal de la célula crea un desequilibrio de carga eléctrica entre las superficies frontal y posterior de la célula. Este desequilibrio, a su vez, crea un potencial de tensión como los terminales negativo y positivo de una batería. Los conductores eléctricos de la célula absorben los electrones. Cuando los conductores se conectan en un circuito eléctrico a una carga externa, como una batería, la electricidad fluye en el circuito.
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Hay tres formas principales de aprovechar la energía solar: la fotovoltaica, la calefacción y refrigeración solar y la energía solar de concentración. La energía fotovoltaica genera electricidad directamente a partir de la luz solar mediante un proceso electrónico y puede utilizarse para alimentar desde pequeños aparatos electrónicos, como calculadoras y señales de tráfico, hasta hogares y grandes empresas comerciales. Las aplicaciones de calefacción y refrigeración solar (SHC) y de energía solar de concentración (CSP) utilizan el calor generado por el sol para calentar espacios o agua, en el caso de los sistemas SHC, o para hacer funcionar turbinas tradicionales de generación de electricidad, en el caso de las centrales CSP.
La energía solar es una tecnología energética muy flexible: puede construirse como generación distribuida (ubicada en el punto de uso o cerca de él) o como una central de energía solar a escala de servicio público (similar a las centrales eléctricas tradicionales). Ambos métodos también pueden almacenar la energía que producen para distribuirla después de la puesta de sol, utilizando tecnologías de vanguardia de energía solar + almacenamiento. La energía solar forma parte de un sistema eléctrico complejo e interrelacionado en Estados Unidos, y trabaja junto a otras tecnologías, como la eólica, en la transición de Estados Unidos a una economía de energía limpia.