27/05/2023
¿Cuál es la eficiencia máxima de conversión de la radiación solar en electricidad en una celda fotovoltaica?
La eficiencia de una celda solar se refiere a la porción de energía en forma de luz solar incidente que ésta puede convertir en electricidad a través del efecto fotovoltaico.
El límite Shockley-Queisser o de eficiencia radiativa designa a la máxima eficiencia teórica de una celda fotovoltaica basada en una unión p-n. El cálculo fue desarrollado por William Shockley y Hans Queisser en Shockley Semiconductor en 1961. Se le considera uno de los fundamentos básicos de la energía solar fotovoltaica y uno de los principales avances en ese campo.
El límite sitúa la eficiencia máxima en el entorno de 33,7%, asumiendo una única unión p-n con una banda prohibida de 1,34 eV, y usando un espectro de AM 1,5. Es decir, de la energía solar incidente, típicamente de 1000 W/m², sólo 33,7% se podría convertir en electricidad (337 W/m²). El material más usado en celdas fotovoltaicas, el silicio, tiene una banda aún más desfavorable, de 1,1 eV, lo que rebaja el máximo para celdas comerciales al 29%. Sólo la radiación del espectro visible generará electricidad, mientras que el infrarrojo, las ondas de radio o las microondas no son aprovechables; este efecto descarta un 19% de la radiación incidente.
Tecnologías modernas como el silicio monocristalino han llegado a alcanzar eficiencias del 26%, separadas de este máximo sólo por consideraciones prácticas como la radiación reflejada en la superficie y sombras debidas a las conexiones de la unión.
Este límite sólo se aplica a las celdas solares convencionales con una única unión p-n; las de tecnologías con múltiples capas pueden superar este límite, al igual que la energía solar térmica y otros sistemas de energía solar.
Las celdas multiunión consisten en un apilamiento interno de varias celdas solares, cada una de las cuales aprovecha óptimamente algunos de los fotones, aumentando así de forma considerable el rendimiento.
En el límite extremo, para una celda solar multiunión con un número infinito de capas, el límite correspondiente es del 68,7% con luz solar normal, o del 86,8% con luz solar concentrada.
Fuente: Wikipedia