Si una placa solar convierte la luz del sol en electricidad, la pregunta parece inevitable. ¿Por qué no puede aprovechar toda la energía que recibe? Con los últimos avances tecnológicos, que ya han permitido desarrollar paneles capaces de superar el 30 % de eficiencia, podría parecer que el 100 % está cada vez más cerca. Sin embargo, la realidad es muy diferente.
No importa lo avanzada que sea la tecnología ni el material utilizado. Existen límites físicos que impiden transformar toda la radiación solar en electricidad. De hecho, una parte de la energía siempre se pierde en forma de calor o atraviesa la célula sin llegar a convertirse en corriente eléctrica.
Comprender por qué ocurre esto permite valorar mejor los avances de la industria fotovoltaica, interpretar correctamente las cifras de eficiencia que anuncian los fabricantes y entender por qué alcanzar el 100 % sigue siendo imposible con las leyes de la física.
Las leyes de la física y el límite de Shockley Queisser
El motivo principal por el que una placa solar fotovoltaica no puede convertir toda la luz que recibe en energía eléctrica reside en la naturaleza del propio sol y de los materiales semiconductores. La luz solar está formada por fotones con diferentes niveles de energía dentro del espectro electromagnético.
Para liberar electrones y generar electricidad, el material de la placa solar necesita una cantidad de energía mínima denominada banda prohibida o gap energético. Cuando un fotón con poca energía choca contra la celda, atraviesa el material sin producir corriente. Por el contrario, cuando un fotón con demasiada energía impacta contra la celda, la energía sobrante no se convierte en electricidad, sino que se transforma en calor y se pierde en el ambiente.
En el año 1961, los físicos William Shockley y Hans Queisser calcularon el límite teórico para una celda de silicio tradicional. Determinaron que una sola capa de silicio solamente puede alcanzar un máximo del 33,7% de eficiencia.
Las pérdidas térmicas y la reemisión de energía
Aunque en el futuro se fabricaran paneles solares con muchas capas de materiales distintos para aprovechar prácticamente toda la luz del Sol, seguiría existiendo un límite que no puede superarse. La razón es muy sencilla. Todo objeto que absorbe energía también desprende parte de ella en forma de calor.
Esto significa que una parte de la energía solar siempre se pierde antes de convertirse en electricidad. Por ese motivo, incluso el panel solar más avanzado que pueda construirse tendría un límite teórico cercano al 86,8 % de eficiencia, muy lejos del 100 %.
Estas son las principales causas de esas pérdidas inevitables:
| 1 | Los fotones infrarrojos tienen muy poca energía y muchos de ellos no consiguen generar electricidad en la célula solar. |
| 2 | Los fotones con mucha energía, como parte de la radiación ultravioleta, liberan el exceso en forma de calor. |
| 3 | Algunos electrones vuelven a unirse antes de salir de la célula, por lo que la electricidad que podrían haber generado se pierde. |
| 4 | Una pequeña parte de la luz rebota sobre el cristal protector del panel y nunca llega a las células fotovoltaicas. |
Gracias a los avances en materiales y diseño, los fabricantes consiguen reducir cada vez más estas pérdidas. Sin embargo, eliminarlas por completo no es posible porque forman parte del propio funcionamiento de la física.
Qué rendimiento podemos esperar en una instalación real
Aunque el 100% de eficiencia resulte físicamente imposible, la tecnología fotovoltaica actual ofrece un rendimiento excelente para amortizar cualquier proyecto de autoconsumo. Los modelos convencionales de silicio monocristalino comercializados hoy en día rinden entre un 20 y un 23%.
Por su parte, las células de nueva generación tipo N con tecnología de contacto trasero o la combinación con perovskita están empujando estos valores por encima del 25 y 30% en producción industrial. Conseguir más energía en la misma superficie de tejado ya no requiere eficiencias imposibles, sino elegir la placa solar con la tecnología adecuada para cada necesidad energética.