Cargando, por favor espere...

Energía solar y efecto fotoeléctrico
El mundo generó más electricidad a partir de combustibles fósiles en 2020 que en 2015, año en que 190 países firmaron el Acuerdo de París y se comprometieron a reducir la emisión de gases de efecto invernadero.
Cargando...

¿Cómo es el panorama mundial respecto a la generación de energía? ¿Cuál ha sido el impacto que han tenido en ello la pandemia de Covid-19 y las medidas adoptadas por los países en torno al calentamiento global? ¿Cuáles son los principios físicos que sirven como base a la generación de energía eléctrica? ¿Qué es el efecto fotoeléctrico y qué relación tiene con el funcionamiento de los paneles solares?

En el año 2020, según Ember Global Electricity Review 2021, la generación mediante energía eólica y solar subió un 15 por ciento; esto representó el 9.4 por ciento de la energía total generada en el mundo; mientras tanto, el uso de carbón para dichos fines decreció en un cuatro por ciento. A pesar de lo anterior, estos hechos “no van al ritmo de los objetivos climáticos”: el mundo generó más electricidad a partir de combustibles fósiles en 2020 que en 2015, año en que 190 países firmaron el Acuerdo de París y se comprometieron a reducir la emisión de gases de efecto invernadero. Si bien a raíz de la pandemia la demanda de energía eléctrica decreció en 0.1 por ciento, la tendencia se ha revertido de 2021 a la fecha.

¿Cómo es que se genera la energía eléctrica? En las centrales eléctricas convencionales (termoeléctricas, nucleoeléctricas, hidroeléctricas, etc.) el procedimiento de generación de energía consiste en hacer girar una turbina mediante la acción de un fluido y transferir dicho movimiento al imán del generador. Al moverse este imán al interior de una bobina se está haciendo variar el campo magnético y esto induce una corriente eléctrica. Se trata de una aplicación directa del Principio de Inducción de Faraday.

Pero para el funcionamiento de los paneles solares, el principio físico que opera es el efecto fotovoltaico, un caso particular del efecto fotoeléctrico. ¿En qué consisten ambos?

El efecto fotoeléctrico (también llamado fotoemisión) es un fenómeno que consiste en que, al hacer incidir luz sobre una placa metálica, los electrones pueden ser expulsados de la superficie del metal (con ese movimiento de electrones se genera electricidad). A los electrones expulsados por la acción de la luz se les llama fotoelectrones.

En el Siglo XIX se realizaron numerosos experimentos para tratar de explicarlo, pero los resultados obtenidos parecían contradecir la concepción clásica de la luz como onda. En 1905, Albert Einstein propuso un modelo nuevo en el que la luz puede comportarse como partículas (denominadas fotones) y su energía depende de la frecuencia del rayo incidente (ecuación de Planck). Las ideas de Einstein y de Planck sirvieron como base para el desarrollo de una nueva teoría de la física: la mecánica cuántica.

En el efecto fotovoltaico ocurre un paso adicional: se produce una diferencia de potencial o voltaje entre dos puntos del material que funciona como una “bomba” que empuja electrones a través de un circuito cerrado.

Las células fotovoltaicas están formadas por dos placas hechas a base de silicio, que es un semiconductor. A estas redes cristalinas de silicio se les agregan impurezas (átomos de otros elementos) para conseguir que a la placa de arriba le “sobren” electrones (adquiera carga negativa) mientras que a la de abajo le “falten” (adquiera carga positiva). Debido a estas diferencias en la región de unión se forma un equilibrio de cargas (parte neutra) y es aquí donde entra el efecto fotovoltaico: los rayos (fotones) inciden en la región neutra y el movimiento de electrones que se produce rompe el equilibrio de cargas: al aumentar el número de electrones libres en la placa de arriba se genera entre ambas placas la diferencia de potencial buscada, la que empuja a los electrones a través del circuito: ¡se ha generado la corriente eléctrica!

Los avances de la física y sus aplicaciones en la industria de la energía son innegables, como también lo son los gravísimos problemas de carácter ambiental que amenazan a la humanidad. Estos últimos tienen sus raíces (a veces ocultas, como los fotones) en el injusto sistema económico mundial.


Escrito por Daniel Lara

Licenciado en Física por la UNAM y Maestro en Administración de Negocios. Docente de Física y Matemáticas en la UDEG y en la UPA. Actualmente se desempeña en la Dirección General de Estadísticas Económicas del Inegi.


Notas relacionadas

El Eclipse total de Sol tendrá una duración de 4 minutos y 28 segundos

La ANEPPMAC realizó en la UAG un evento deportivo, cultural y científico en el que alumnos de la Escuela Antonio Caso Zapopan consiguieron primeros lugares por sus proyectos.

El dispositivo promete transformar la vida de personas con capacidades diferentes.

Para mejorar el rendimiento de los atletas, debemos contemplar en nuestro trabajo deportivo el desarrollo de los conceptos y habilidades que explico en este artículo.

Sirvan estos dos ejemplos para que los estudiantes mexicanos despierten su interés por el desarrollo histórico de las fórmulas matemáticas.

Las matemáticas dieron orden al caos. Dan certeza en el momento que se vive y ayudan a comprender y medir los fenómenos que rodean a las personas.

El gran pensador griego demuestra que el continuo no puede estar hecho de un conjunto de indivisibles (átomos) o de puntos (“aquello indivisible en partes”), como lo habían planteado Leucipo, Demócrito y Euclides.

Svante Pääbo logró secuenciar el ADN de los neandertales, la especie de homínido más emparentada con los seres humanos actuales, y que se extinguió hace 30 mil años.

Con una longitud de 11 kilómetros de largo y siete metros de alto, China tiene la autopista submarina más larga del mundo, denominada Taihu.

Esta herramienta prescinde de las cuerdas vocales y restaura el habla ofreciendo esperanza para pacientes con trastornos de la voz.

Arquímedes se había adelantado a los matemáticos de mediados y último tercio del Siglo XVII como Cavalieri, Pascal, Newton y Bernoulli.

Serán visibles en todo el hemisferio norte y sus meteoros podrán superar los 50 kilómetros por segundo.

La variedad de ratones transgénicos es muy amplia y, dependiendo de las necesidades de investigación que se requieran, será el tipo de ratón que se utilice.

La variante ómicron del coronavirus ya se ha detectado en más de 40 países desde que fuera identificada por primera vez en Sudáfrica a finales de noviembre pasado.

Crowdstrike sufrió una interrupción global que afectó a aeropuertos, bancos y otras empresas a nivel mundial.