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La célula fotoeléctrica: qué es y cómo funciona

Con la llegada de la electricidad en el siglo XIX, se han buscado diversas maneras de obtenerla de un modo rápido, sencillo y económico. Los combustibles fósiles y la energía nuclear han sido la opción más empleada. Pero la llegada de las células fotoeléctricas, capaces de transformar la luz solar en electricidad, ha revolucionado la forma de obtener la tan necesaria electricidad.

Características y funcionamiento

Una célula fotoeléctrica, fotocélula o celda fotovoltaica, es un pequeño mecanismo electrónico que convierte la energía luminosa (fotones) en energía eléctrica (electrones) mediante el denominado efecto fotovoltaico. A nivel microscópico, se trata de un ánodo y un cátodo revestido de un material fotosensible. Su objetivo final es producir electricidad a través de la energía lumínica; por ello las células fotovoltaicas se utilizan asociadas en paneles solares fotovoltaicos. La emisión fotoeléctrica o efecto fotoeléctrico es un proceso en el que la luz es recibida sobre un dispositivo semiconductor de dos capas produciendo una diferencia del voltaje o del potencial entre ellas. Este voltaje es capaz de trasladar una corriente a través de un circuito externo produciendo trabajo o energía útil. Su funcionamiento es el siguiente:
Primero, los fotones emitidos por la luz solar inciden sobre la celda solar y son absorbidos por un material semiconductor, que suele ser el silicio o el germanio. A continuación, los electrones (carga negativa) salen despedidos de sus átomos, buscando una carga positiva con la que juntarse; recorriendo, así, el semiconductor y produciendo electricidad. Y al final, una agrupación numerosa de células solares, convierte la energía solar en corriente eléctrica continua (llamada DC por sus siglas en inglés direct current), lista para ser utilizada. Para obtener una mayor sensibilidad y un mejor rendimiento, las células fotoeléctricas pueden estar vacías o llenas de un gas inerte (normalmente nitrógeno o argón) a baja presión. Es posible aumentar su rango de utilización almacenando la electricidad producida en condensadores o pilas, colocando un diodo en serie para evitar una descarga nocturna del sistema.

Aplicaciones

La energía eléctrica obtenida con estas células está presente en diversos elementos de la vida cotidiana en aparatos como la lavadora, secadora, calculadoras o relojes, reemplazando a la baterías convencionales, más caras y con menos salida ambiental. Se emplean, también, en la grabación de sonido, televisión, así como en satélites espaciales, en alarmas antirrobo, semáforos de tráfico y puertas automáticas. Una célula fotoeléctrica y un rayo emisor de luz (normalmente infrarrojo e invisible al ojo humano) forman una parte esencial de este tipo de circuito eléctrico. Para finalizar, un ejemplo del funcionamiento de los sensores de las alarmas antirrobo o las puertas de los ascensores: la luz producida por un foco luminoso en un extremo del circuito cae sobre la célula, situada a cierta distancia. El circuito salta al cortarse el rayo de luz, lo que provoca el cierre de un relé y activa el sistema antirrobo o que la puerta del ascensor permanezca abierta.

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