El efecto fotovoltáico y el medio ambiente

¿Qué es el efecto fotovoltaico? ¿Qué son las células solares? En este artículo te damos algunas pistas de cómo se produce electricidad a partir del Sol.

Según escribió Maxwell en 1873, en su “Tratado de Electricidad y Magnetismo”, los fenómenos de electricidad y magnetismo están relacionados y pueden ser medidos. Desde un punto de vista matemático, al ser una cantidad medible, podemos extraer información.

Tratado de Maxwell, en 1873.

“Sus relaciones externas con la dinámica, por un lado, y con el calor, la luz, las acciones químicas y la constitución de los cuerpos, por otro, parecen indicar la importancia especial de la ciencia eléctrica para ayudar a interpretar la naturaleza” (James Clerk Maxwell, 1873).

Cuando todavía el Demonio de Maxwell (1867) no existía y el Gato de Schrödinger (1935) no había nacido, en una ciudad francesa, en 1839, el físico Alexandre-Edmond Becquerel observaba un efecto que hacía que un galvanómetro (instrumento empleado para determinar la intensidad y el sentido de una corriente eléctrica) se moviera cuando incidía luz solar en un compuesto: el efecto fotovoltaico.

Becquerel estudiaba fosforescencia y otros efectos que producen luz en los materiales. Observó que la luz puede ser producida por descargas eléctricas o energía eléctrica, esta última es la luz que ilumina las casas a la noche. Por otro lado, tiempo después, en “Mémoire sur les effets électriques produits sous l’influence des rayons solaires” describiría la forma de producir energía a partir de la luz solar.

Células solares

Hoy sabemos que cuando la luz incide en un material produce efectos que pueden, o no, ser visualizados. A veces los efectos aparecen en formas que el ojo humano no puede captar. Esto es debido a que el ojo funciona como un detector para algunas frecuencias que corresponden con la luz visible, pero, la luz tiene otras frecuencias que no son visibles; la luz ultravioleta y luz infrarroja. Estas frecuencias se emplean en objetos cotidianos como, por ejemplo, el infrarrojo para el control de la TV.

La frecuencia de la luz ultravioleta es la que permite que funcionen las células solares convencionales (de silicio y otras), aunque están siendo estudiados materiales que podrían producir energía al ser iluminados con luz visible que permitiría un aprovechamiento más amplio del espectro solar.

Pero, ¿qué son las células solares?

Son dispositivos formados principalmente de semiconductores que poseen características específicas. Estos, al juntarse en determinadas configuraciones, producen energía al ser expuestos a la luz solar mediante un proceso llamado efecto fotovoltaico, descubierto, como dijimos antes, por Alexandre Becquerel. Actualmente existen varios conjuntos comercializados que posibilitan usar las células solares para producir energía para las casas: son los paneles solares.

Las células solares, a veces, son confundidas con las células fotoeléctricas que abren y cierran circuitos, como por ejemplo el de los faroles de las calles. Éstos son dispositivos diferentes de nombre parecido. También, el efecto fotovoltaico es confundido con el efecto fotoeléctrico. Sin embargo, son efectos provenientes de procesos diferentes, con materiales y productos diferentes.

Producir electricidad a partir del Sol

Paneles solares.

Según el físico Richard Feynman, “energía” es un concepto que toma muchas formas y que obedece a una Ley de Conservación. También dice que la disponibilidad de energía es gobernada por las leyes de la termodinámica.

De las diferentes fuentes de energía conocidas, el Sol es una fuente que libera mucha energía y es la que nos interesa en este caso.

Lo que necesitamos es cambiar la forma de energía proveniente del Sol a una forma que sea útil en el cotidiano, es decir, convertirla en energía eléctrica. Precisamente, eso es lo que hacen las células fotovoltaicas, cambian la energía proveniente del Sol para producir energía eléctrica que puede ser aprovechada en los hogares. Existen otras fuentes de energía que pueden ser aprovechadas en forma de electricidad, pero de todas ellas la que proviene del Sol es la más limpia.

¿Qué significa que la energía sea “limpia”?

Las fuentes de energía son catalogadas de acuerdo con su impacto en el medio ambiente y aquellas de muy bajo impacto son llamadas energías “limpias”. Entre este tipo de energías renovables (utilizan los recursos inagotables de la naturaleza) encontramos la energía eólica, nuclear, hidráulica, geotérmica, mareomotriz y solar. Lo que interesa es poder usar la energía sin generar daños en los ecosistemas.

Hay una agenda para el desarrollo sostenible

La Organización de las Naciones Unidas para la Educación, la Ciencia y la Cultura (UNESCO) contribuyó activamente a diseñar la Agenda 2030 para el Desarrollo Sostenible. Esta agenda fue aprobada por la Asamblea General de las Naciones Unidas (ONU), en 2015.

La Agenda 2030 de las Naciones Unidas para el Desarrollo Sostenible, con sus 17 Objetivos de Desarrollo Sostenible, presenta un marco amplio para la cooperación en el desarrollo durante los próximos 15 años. Uno de sus objetivos consiste en mejorar el acceso a energías limpias mediante el desarrollo de sistemas de Ciencia,Tecnología e innovación que sean inclusivos. El objetivo obtener energías asequibles y no contaminantes.

Los países están adecuando el uso de fuentes de energía para producir otras formas de energía con el menor impacto posible al medio ambiente, pero queda aún mucho trabajo por hacer. Cada uno de nosotros podemos intentar hacer algo y una buena idea puede ser promover la educación ambiental.

Bibliografía y fuentes consultadas

-Becquerel M. Edmond, 1867, pg 12 La lumière, ses causes et ses effets, Volume 2.
-Becquerel, A. E. (1839). «Mémoire sur les effets électriques produits sous l’influence des rayons solaires E. Becquerel, Compt. rend. 9, 561 (1839)
energiasolar-microgr.com.br – visitado en 2019
Feynman–  visitado en 2019
-Maxwell, J. C., 1873, A Treatise on Electricity and Magnetism, Vol 1, Mc Millan and Co, London.
Telam, 2016

Autora: Diana Tuyarot
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Diana es doctora en Física, enseña en el IF SUDESTE MG – Campus Juiz de Fora, en Minas Gerais, Brasil. Trabaja en proyectos educativos de forma interdisciplinar e inclusiva. En el tiempo libre prefiere la lectura y viajar.

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