La energía solar
es el origen de la mayoría de fuentes de energía renovables, tanto de la
energía eólica, la hidroeléctrica, la biomasa, y la de las olas y corrientes
marinas, como de la energía solar propiamente dicha.
El efecto fotoeléctrico
El efecto fotoeléctrico es
un fenómeno en el cual electrones son emitidos de un metal,
luego de la absorción de radiación electromagnética como los rayos-X y la luz
visible.
Diagrama ilustrando la emisión de los
electrones de una placa metálica,
requiriendo
de la energía que es absorbida de un fotón.
La
radiación electromagnética está compuesta por paquetes de energía o fotones.
Cada fotón transporta una energía. Cuando un fotón incide sobre el metal, transfiere toda
su energía a alguno de los electrones. Si esta energía es suficiente para
romper la ligadura del electrón con el metal, entonces el electrón se desprende.
Si el fotón transporta más energía de la necesaria, este exceso se transforma
en energía cinética del electrón.
El efecto fotoeléctrico
tiene sus características esenciales:
- Cada sustancia tiene una frecuencia mínima o umbral por debajo de la cual no se produce la emisión de electrones por mas intensa que sea la radiación.
- La emisión de electrones es mayor cuando se aumenta la intensidad de la radiación que incide sobre el metal, ya que hay mas energía disponible para liberar electrones.
- La energía de los electrones liberados no depende de la intensidad de la radiación con que se ilumina.
Albert Einstein incorporó las ideas de Planck en la explicación del efecto fotoeléctrico.
Propuso que las observaciones experimentales podrían explicarse combinando la ecuación de Planck (E=hv) con un nuevo concepto: describiendo la luz no solo con propiedades ondulatorias, sino, con propiedades de la partícula. Asumió que las partículas sin masa, que actualmente se llaman fotones, son paquetes de energía, la cual en cada fotón es proporcional a la frecuencia de la radiación, como indica la relación de Planck.
Visita el siguiente link para ir a un simulador:
Existen muchas aplicaciones tecnológicas del efecto fotoeléctrico.
Las células fotoeléctricas se utilizan como aparatos de control, cuando se
modifica la información de una fotocélula se produce una variación en la
corriente fotoeléctrica y cambia el voltaje a través de una resistencia en
serie con la célula, esto provoca una señal eléctrica que es amplificada y
transmitida a un dispositivo de alerta. También se utilizan como medidores de
intensidad luminosa, dispositivos contra robos e incendios, contadores de
personas u objetos, puertas
automáticas en tiendas y elevadores, entre otros.
Pero una de las aplicaciones
más interesantes del efecto fotoeléctrico es para la producción de energía
solar utilizando células solares o fotovoltaicas.
A menudo, se considera que la
energía solar es gratuita porque podría decirse que está en casi todas partes y
sin que tengamos que realizar esfuerzo alguno. A muchos nos ha extrañado porque
no se ha utilizado esta enorme fuente de energía desde hace ya tiempo para
satisfacer nuestras necesidades energéticas. Pero existen gran cantidad de
fuentes en el medio esperando ser tomadas, pero todo esto implica un valor
económico, y actualmente trabajar con energía solar es más costoso que utilizar
otras.
Hasta el momento la energía
solar transformada en energía eléctrica por medio del efecto fotoeléctrico no
ha alcanzado el nivel de las tendencias o fuentes energéticas predecesoras,
puesto que presenta ciertos inconvenientes conocidos en su medio; entre ellos:
- Intensidad
y variabilidad de la energía solar
- Materia
prima
- Almacenamiento
- Tipo
de corriente generada
La energía solar a
pesar de encontrarse fácilmente, también está sujeta a los fenómenos naturales,
clima y otros factores, que limitan los periodos para su obtención. Hay que
tener en cuenta que gracias a diversas investigaciones se ha concluido que
existen materiales en su mayoría semiconductores más eficientes,
que permiten obtener mejores resultados, pero actualmente a un costo elevado en
comparación con otras fuentes generadores de electricidad.
Uno de los más grandes
obstáculos para la energía solar transformada en energía eléctrica, es, tal vez,
la cantidad de energía transformada y el tipo de corriente de la misma, pues
las necesidades energéticas superan de forma apreciable la cantidad de energía
transformada o que podría transformarse.
Por ejemplo, la mayoría de electrodomésticos y equipos eléctricos,
trabajan con corriente alterna y la corriente que se obtiene por medio del
efecto fotoeléctrico es corriente continua, lo que obliga a aplicar en algunos casos un sistema inversor para
trabajar con este tipo de corriente.
La obtención de energía por medio del efecto fotoeléctrico,
puede ser una solución completa a la demanda energética; es solo cuestión de tiempo, pues existen procesos en los cuales ya interviene. Aun más
importante, continúa siendo estudiado y es susceptible a cambios y mejoras.
Las ventajas de esta fuente
de energía serian enormes, y su aplicación ayudaría enormemente a combatir la
problemática ambiental mundial, que en el caso de otras soluciones energéticas
como la energía nuclear, podría terminar contribuyendo al problema, y no ser
parte de una solución.
BIBLIOGRAFIA
Quantum Vol 1 Nº 1,
Diciembre de 2008
http://www.dialogica.com.ar/astrolabio/archivos/ecologia/index.php
http://www.climasa.net/solar.htm
http://ayudasenergia.blogspot.com/2006/01/energia-solar-fotovoltaica-para.html
http://www.portalplanetasedna.com.ar/fotoelectrico.htm
http://www.educaplus.org/play-112-Efecto-fotoel%C3%A9ctrico.html