La eficiencia de conversión es la proporción entre la potencia eléctrica generada por un dispositivo fotovoltaico y la potencia de la luz solar incidente sobre él. En términos más sencillos, se puede definir como la cantidad de energía solar incidente que un sistema fotovoltaico convierte en electricidad.
Los investigadores han creado células fotovoltaicas con eficiencias cercanas al 50%, a pesar de que la mayoría de los paneles comerciales tienen eficiencias del 15 al 20 por ciento.
¿Cuáles son los factores que afectan la eficiencia de conversión?
Las células fotovoltaicas no siempre convierten el 100 % de la luz solar en energía. De hecho, la mayor parte se pierde. La capacidad de una célula solar para convertir la luz solar que recibe está limitada por diversos elementos de diseño. Se puede lograr una mayor eficiencia diseñando teniendo en cuenta estos aspectos.
1. longitud de onda
Los fotones, o paquetes de energía, son los componentes básicos de la luz y presentan una amplia gama de energías y longitudes de onda. Las longitudes de onda de la luz solar que llega a la superficie del planeta abarcan desde el ultravioleta hasta el infrarrojo. Algunos fotones se reflejan al incidir la luz sobre la superficie de una célula solar, mientras que otros la atraviesan directamente. La energía de algunos de los fotones absorbidos se convierte en calor. Los restantes poseen la energía suficiente para liberar electrones de sus enlaces atómicos , generando portadores de carga y corriente eléctrica.
2. Temperaturas
Las bajas temperaturas suelen ser las óptimas para las células solares. Se produce un ligero aumento de la corriente, pero una disminución mucho mayor del voltaje es consecuencia de la alteración de las características del semiconductor provocada por las altas temperaturas. Los aumentos extremos de temperatura también pueden dañar los materiales de la célula y otros módulos, reduciendo su vida útil. Dado que la mayor parte de la luz solar que incide sobre las células se convierte en calor, una gestión térmica eficaz aumenta la eficiencia y la vida útil.
3. Reflexión
Al reducir la cantidad de luz reflejada por la superficie de una celda , se puede mejorar su eficiencia. Por ejemplo, el silicio sin tratar refleja más del 30 % de la luz que incide sobre él. La reflexión se reduce mediante recubrimientos antirreflectantes y superficies texturizadas. Un color azul oscuro o negro indicará una celda de alta eficiencia.
¿Cómo se determina la eficiencia de conversión?
Para estimar la cantidad de energía que producirá una celda, los investigadores evalúan el rendimiento de un dispositivo fotovoltaico (FV). La corriente y el voltaje, en conjunto, generan energía eléctrica. La relación entre la corriente y el voltaje permite determinar las características eléctricas de un dispositivo FV. La corriente y el voltaje generados por una celda o módulo varían según la ley de Ohm si se conecta una resistencia de carga específica a los dos terminales del dispositivo (la corriente que circula por un conductor entre dos puntos es directamente proporcional a la diferencia de potencial entre ellos). La eficiencia se determina midiendo la corriente y el voltaje generados para diferentes resistencias de carga, mientras se somete la celda a un nivel de luz constante y se mantiene una temperatura uniforme.
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