La energía solar es una de las energías renovables con más desarrollo y reconocimiento en el mundo. Su capacidad de transformar la luz del Sol en energía eléctrica o calor la han hecho famosa como una alternativa ecológica y práctica. Además, sus avances crecen cada vez más, lo que la ha convertido también en una opción accesible para personas o empresas. Sin embargo, a pesar de esta popularidad, todavía hay mucho desconocimiento sobre cómo funcionan los paneles solares.

El panel solar es el instrumento que permite transformar la luz del Sol en algún tipo de energía. Según el proceso que se quiera realizar, se distinguen tres tipos de paneles solares, siendo el tercero una hibridación de los dos primeros. Y la mecánica detrás de la placa solar depende de su tipo. En Futuro Eléctrico te contamos cómo funcionan los paneles solares según su tipo.

¿Qué es un panel solar?

Antes de abordar cómo funcionan los paneles solares es importante aclarar algunos conceptos básicos. Para comenzar, un panel solar o módulo solar es un dispositivo que capta la energía del Sol para su posterior aprovechamiento. Estas placas pueden transformar la radiación en energía térmica o fotovoltaica.

El surgimiento de las placas solares ocurrió a mediados del siglo XX para aprovechar la energía que llegaba a los satélites puestos en órbita alrededor de la Tierra. También se pensó para mejorar la calidad de vida de poblaciones alejadas de toda forma de cableado.

Los primeros diseños de estos dispositivos fueron realizados por el físico Alexandre-Edmunde Becquerel en 1989, quien hizo unos primitivos diseños fotovoltaicos. La primera célula solar se construyó en 1883 por Charles Fritts. En 1946, Russel Oghl patentó la primera célula solar moderna.

En 1954 se descubrió que los semiconductores de silicio eran sensibles a la luz, lo que permitió el desarrollo de la primera célula solar comercial y, posteriormente, el lanzamiento de los primeros satélites soviético y estadounidense en 1957 y 1958.

Para poder funcionar, los paneles solares se componen de un material semiconductor y deben recibir de manera directa la luz del Sol. Cuanto mayor sea el panel, más energía recibirá y más electricidad generará.

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Tipos de paneles solares

Las placas solares pueden transformar la energía del Sol en otros dos tipos de energía: calor o electricidad. Para producir calor, se requerirán de paneles solares térmicos. Por su parte, si se busca generar electricidad se requieren de paneles solares fotovoltaicos. Además, dentro de los tipos de placas solares también encontramos una híbrida, que permite generar calor y electricidad por medio de un sistema que une los dos anteriores.

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Entre la energía solar térmica y fotovoltaica existen algunas diferencias que es importante resaltar. Para comenzar, y como ya se mencionó, generan energías distintas, lo que implica que tienen aplicaciones distintas. La energía termosolar se usa para el precalentamiento de agua sanitaria, climatización de piscinas y calefacción. La fotovoltaica se usa para generar electricidad. Asimismo, la eficiencia entre ambas es distinta. La energía fotovoltaica suele tener una eficiencia del 20 %, mientras que la termosolar ronda el 80 % y 90 %.

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¿Cómo funcionan los paneles solares fotovoltaicos?

La energía solar fotovoltaica funciona por medio de una serie de materiales que tienen la capacidad de absorber los fotones, las partículas lumínicas que emite el Sol, y liberar electrones. Por medio de ese proceso se genera la corriente eléctrica. Los materiales que permiten que se realice este proceso son células fotovoltaicas de silicio monocristalino, policristalino o amorfo.

De esta forma, los paneles solares toman la luz del Sol para generar corriente directa. Esta corriente pasa a través de un inversor que convierte la corriente directa generada por las placas en corriente alterna. Posteriormente, esta electricidad se envía a un tablero eléctrico que permite accionar las luces y aparatos con energía solar. Finalmente, la energía para a través de un medidor que la cuantifica. Mide el consumo de energía y revisa los excesos de energía.

Este proceso es sujeto a diferentes variables. De acuerdo al material con el que se fabrica la placa, se pueden tener rendimientos distintos. Los de silicio amorfo tienen una eficiencia entre un 8 % y un 9 %; los de silicio policristalino poseen una eficiencia media de entre el 16 % y el 17,5 %. Por su parte, los de silicio monocristalino alcanzan la máxima eficiencia, pero suele tener un costo más elevado que los anteriores.

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Además, la producción varía según la zona, el ángulo, las condiciones climáticas y más variables de la instalación fotovoltaica. Existen varios tipos: la flotante, en la pared, en el techo o en el suelo. También se han desarrollado en otro tipo de materiales como las tejas solares o vidrio fotovoltaico.

Para que la energía solar pueda ser realmente aprovechable se debe tomar en consideración el momento del día. En buenas condiciones la potencia que puede alcanzar es de aproximadamente 1000 W/m2 en la superficie terrestre.

¿Cómo funcionan los paneles solares térmicos?

Energía térmica solar ventajas

Los paneles solares térmicos aprovechan los rayos ultravioletas del Sol para generar calor. Para entender cómo funcionan los paneles solares térmicos debemos apuntar que en vez de silicio y otros componentes, utilizan un fluido caloportador. Cualquier sistema solar térmico tiene dos componentes esenciales: un colector y un tanque acumulador.

El colector transforma la energía solar en calor y calienta un fluido que se encuentra en su interior. Por su parte, el tanque acumulador almacena el fluido caliente para su uso. El calor se va distribuyendo según la demanda y se proporciona por medio de las bombas de circuito solar primario.

Además, los paneles solares térmicos cuentan con otros elementos: un circuito hidráulico que permite transportar el agua caliente; un intercambiador de calor, que cede al agua el calor; y bombas de circuito solar, que mueven el fluido necesario y vencen las pérdidas de carga.

Los rayos solares pasan por un vidrio transparente, allí un colector absorberá entre un 80 % a un 90 % los rayos del Sol. Con esta energía se calienta el fluido caloportador, que luego transfiere la energía a diferentes sistemas. Una vez el agua esté caliente, se transfiere a un tanque acumulador, que cuenta con un revestimiento aislante. En este dispositivo se almacena el agua caliente hasta que vaya a ser usada.

Los colectores pueden ser de alta, media y baja temperatura. En los hogares se usan los de baja temperatura, que necesitan un calor de 65 °C o menos. Sus aplicaciones son para el calentamiento de piscinas, calentamiento de agua para baño y actividades industriales como el lavado textil y la pasteurización.

En los sistemas de media temperatura, el calor está entre 100 °C y 300 °C. Trabajan solamente con el componente directo de la radiación solar y su utilización se usa en zonas de alta insolación.

Por su parte, los sistemas de alta temperatura requieren una temperatura superior a los 500 °C. Se usan para generar electricidad por medio de centrales térmicas, mediante la producción de vapor.  El vapor acciona una turbina que está conectada a un generador eléctrico.

Palabras finales

Ya hemos apuntado cómo funcionan los paneles solares o colectores solares y, en su esencia, tienen un funcionamiento similar. Poseen un mecanismo que permite absorber la radiación del Sol y, según su componente interno, generan una reacción. De esta forma, se permite transformar la energía del Sol en otro tipo de energía distinta, que posteriormente es transformada para poder aprovecharla directamente. Finalmente, es almacenada y liberada según las necesidades del sujeto o empresa.

Ambos sistemas contribuyen al propósito para el que fueron creados: producir energía limpia, sostenible y más ecológica. La energía fotovoltaica contribuye a reducir la dependencia de las fuentes de energía tradicionales, generando una alternativa de abastecimiento. Por su parte, la energía térmica contribuye a reducir el consumo de otras energías; lo que se traduce en ahorro económico y también energético.

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