Dr. Oscar Hilario Salinas Avilés / Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Usted necesita tener Javascript activado para poder verla..
División académica de TIC (DATIC) de la Universidad Tecnológica Emiliano Zapata del Estado de Morelos (UTEZ).
M.T.I Martha Elena Luna Ortiz / Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Usted necesita tener Javascript activado para poder verla..
DATIC de la UTEZ.
M.T.I Ángel Estrada Arteaga / Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Usted necesita tener Javascript activado para poder verla..
DATIC de la UTEZ.
Archivo: Energía limpia con celdas solares

Es muy interesante descubrir al leer textos u observar documentales científicos cómo a través de la observación del comportamiento de la naturaleza, la humanidad ha aprendido a vivir en el mundo que la hospeda, aprovechando los recursos que la tierra le regala.
Galileo Galilei y Nikola Tesla fueron muy enfáticos en decir que en el comportamiento de los sistemas naturales están las respuestas a muchas preguntas, y asimismo la fuente de información para inventar y diseñar elementos que hagan que se viva en armonía con la Tierra que nos abraza. Fue así como en 1839 Alexandre Edmond Becquerel (Rappaport,1959), descubre que en algunos materiales, la capacidad de conducir corriente eléctrica puede ser modificada cuando la luz incide en ellos. Debido a este descubrimiento a Becquerel se le considere el descubridor del efecto fotovoltaico. Lo interesante del descubrimiento radica en el conocimiento de que existe relación y dependencia entre dos formas de energía: la electromagnética (la luz) y la eléctrica. Lo que comúnmente se conoce como luz, es la parte visible del espectro electromagnético, Figura 1. Como se observa en la figura 1, no toda la energía electromagnética (EM) es luz, pero sí toda la luz es energía EM. 

En la Tierra se cuenta con una fuente de energía EM que se puede considerar inagotable, esta es la estrella más cercana al planeta y se conoce como el Sol (Tonatiuh).

Las celdas solares son dispositivos creados con el fin de aprovechar la energía EM que viene del sol, lo cual las hace una súper invención de la especie humana que trabaja con principios físicos básicos relacionados con la interacción entre la energía y la materia.
Las celdas solares transforman la energía EM en energía eléctrica, generando un potencial eléctrico (voltaje) entre sus terminales. Este proceso de conversión de energía está basado en el efecto fotovoltaico (Rappaport, 1959), por esta razón a las celdas solares también se les conoce como dispositivos fotovoltaicos. Albert Einstein en 1905 y Walter H. Schottky en 1930 dieron una comprensión profunda de los principios científicos de la interacción de la luz con los materiales y de la física de los dispositivos semiconductores, respectivamente.
De acuerdo con la Real Academia Española (RAE 2012) un transductor se define como un “dispositivo que transforma el efecto de una causa física, como la presión, la temperatura, la dilatación, la humedad, etc., en otro tipo de señal, normalmente eléctrica”. Por lo tanto al igual que el oído humano, un altavoz, un micrófono o una turbina, las celdas solares son transductores, la cual es una de sus características principales. En la figura 2, se muestran los procesos básicos que se llevan a cabo en la celda solar para generar energía eléctrica a partir de la absorción de la energía EM. Es importante señalar que no toda la energía EM que incide en el material se absorbe, por lo tanto no toda puede ser convertida en energía eléctrica, además de esto existen otros factores internos en la celda que impiden que el 100% de la energía EM incidente se convierta en energía EM. La capacidad de conversión de energía es un parámetro importante de la celda, se conoce como eficiencia de conversión de potencia (Power Conversion Efficiency, PCE), (Sze, 1969).

Esta eficiencia depende del o de los materiales con que se construye la celda y del tipo de dispositivo electrónico que se diseñe. En aplicaciones terrestres las celdas solares hechas con base en silicio mono cristalino son de las más utilizadas y tienen una PCE de 24.7%, mientras que para aplicaciones espaciales se utilizan las de Arsenuro de Galio (GaAs), que tienen una eficiencia de 35%, es importante señalar que tienen mayor PCE pero son más costosas.

          Las celdas solares forman parte de lo que actualmente se conocen como energía limpias, debido a que en el proceso de transformación de energía no dañan el medio ambiente. Sin embargo el proceso de fabricación de las mismas (las fabricadas con base en materiales inorgánicos como el silicio), no es tan amigable con el medio ambiente debido a que se necesitan procesos de altas temperaturas y con esto alto consumo de energía, productos químicos tóxicos y contaminantes, cuartos limpios con alto consumo de energía, entre otros. Estos procesos hacen que las celdas solares tengan un costo no accesible para todos los habitantes, impidiendo su extensa aplicación a nivel de casa habitación.
         Se ha trabajado ampliamente en la búsqueda de nuevos materiales para sustituir al silicio, una prometedora alternativa son los materiales orgánicos, específicamente los polímeros conductores. En la fabricación de celdas solares con polímeros conductores no se necesitan procesos de alto consumo de energía. Sin embargo las celdas fabricadas con polímeros conductores tienen una eficiencia de conversión muy baja comparada con la del silicio monocristalino.

Rappaport, P. (1959), RCA Rev.
Sze, S.M. (1969) Physics of Semiconductor Devices, New York: Wiley, 2nd ed., 1981.
http://lema.rae.es/drae/?val=transductor. Consulta noviembre 2012.
http://www.pv.unsw.edu.au/. Consulta noviembre 2012.


Semblanza


Oscar Hilario es doctor en ingeniería, área energía graduado en el CIE – UNAM. En la tesis de doctorado trabajó con celdas solares de heterounión con materiales inorgánicos y orgánicos. Actualmente una de sus líneas de investigación es el uso eficiente de energía, y celdas solares híbridas.


Semblanza


Martha Luna es Maestra en Ingeniería en Tecnologías de la Información, con especialidad en redes y telecomunicaciones. Una de sus líneas de investigación es transferencia del conocimiento y aplicación de redes convergentes y seguridad informática.


Semblanza


Ángel Estrada es Maestro en Ingeniería industrial con especialidad en ingeniería de software, jefe del Centro de Desarrollo de Software (CDS – UTEZ). Una de sus líneas de investigación es el desarrollo de Software de calidad.