Célula solar

Una célula solar es una lámina fina de semiconductor en la que la luz libera electrones que un campo eléctrico interno empuja hacia los contactos en forma de corriente, sin piezas móviles ni combustible. Los Bell Labs presentaron la primera célula de silicio útil en 1954, y la energía solar aportó el 8,7 % de la electricidad mundial en 2025.

Qué es

Una célula solar convierte la luz directamente en corriente eléctrica, sin piezas móviles ni combustible. Casi todas son láminas cuadradas de silicio algo más anchas que una mano. Cada una da alrededor de medio voltio al sol, así que se conectan decenas de ellas bajo un vidrio para formar un panel, como el de 36 células de la lámina.

La fecha elegida es abril de 1954, cuando los Bell Labs presentaron una célula de silicio que convertía cerca del 6 % de la luz solar en electricidad, lo suficiente para hacer funcionar aparatos reales. Becquerel ya había visto la luz producir corriente en 1839, pero las células de selenio fabricadas desde 1883 no pasaban del 1 %.

Cómo funciona

Las células se cortan de un monocristal de silicio que se hace crecer a partir del material fundido; hoy una oblea mide unos 0,14 mm de grosor.

El silicio puro conduce mal. El dopado con una traza de fósforo le aporta electrones de sobra (tipo n); una traza de boro deja huecos que se comportan como cargas positivas (tipo p). Una célula clásica es una oblea dopada con boro cuya cara frontal se impregna de fósforo hasta menos de una milésima de milímetro de profundidad. Donde se tocan las dos zonas, electrones y huecos se anulan en una franja estrecha. Allí quedan cargas fijas que mantienen un campo eléctrico permanente a través de esta unión p-n.

Un fotón con energía suficiente arranca un electrón de su enlace en el cristal y deja un hueco en su lugar. Cerca de la unión, el campo empuja el electrón hacia el lado n y el hueco hacia el lado p. Los electrones se reúnen en los dedos frontales, recorren el circuito exterior, donde encienden una lámpara o cargan una batería, y vuelven por el contacto trasero.

En vacío, una célula marca unos 0,6 a 0,7 V, y unos 0,5 V cuando entrega energía. La tensión apenas cambia con la luz, pero la corriente la sigue: con la mitad de luz, más o menos la mitad de corriente. En serie se suman las tensiones; 36 células trabajan así a unos 17 V, bastante para cargar una batería de 12 V. En paralelo se suman las corrientes. Una sola célula a la sombra frena toda su cadena, y por eso los paneles llevan diodos de derivación.

El silicio deja pasar sin aprovecharla la luz infrarroja de más de 1,1 micrómetros, y los fotones con energía de sobra pierden el exceso en forma de calor. En 1961 William Shockley y Hans-Joachim Queisser demostraron que estas pérdidas limitan una célula de una sola unión a cerca de un tercio de la luz solar. El silicio sufre además pérdidas propias del cristal, que bajan su límite a cerca del 29 %; la mejor célula de laboratorio alcanzaba el 28,1 % en 2026. El calor también reduce la producción: una célula de silicio convencional pierde entre un 0,4 y un 0,5 % de su potencia por grado Celsius, sobre todo porque baja la tensión.

Cómo hacerlo

Fabricar células es trabajo de fábrica. Una pequeña instalación de 12 V con paneles comprados, piezas compatibles y las instrucciones de cada fabricante está en cambio al alcance de un aficionado cuidadoso.

Dimensionar el panel. Cuatro lámparas LED de 5 W durante 4 horas y una radio de 10 W durante 2 horas consumen 100 vatios hora (Wh) al día. Un panel da más o menos su potencia nominal × las horas de sol pico (la energía solar del día contada en horas de pleno sol, en el mes más oscuro) × 0,7 por calor, polvo y cables. Un panel de 100 W con 3 horas de sol pico da unos 210 Wh: margen de sobra.

Elegir la batería. Cuente con uno a tres días nublados. Una batería de plomo dura más si rara vez se descarga por debajo de la mitad. Una de litio-ferrofosfato admite usar casi toda su capacidad, pero solo con su propia electrónica de gestión y un regulador ajustado para litio; la mayoría no debe cargarse por debajo de 0 °C. Dos días de 100 Wh sacados de una batería de plomo de 12 V usada hasta la mitad piden al menos 33 Ah: elija 40 Ah.

Panel, regulador y batería, con el fusible en el cable positivo junto a la batería.

Poner un regulador de carga. No conecte nunca un panel directamente a una batería. El regulador dosifica la carga para que la batería nunca se sobrecargue y luego la mantiene llena, y los aparatos conectados a su salida de consumo se desconectan antes de que se vacíe. Un regulador PWM sencillo debe admitir al menos 1,25 veces la corriente de cortocircuito del panel. En un modelo MPPT, compare sus límites de tensión, corriente y potencia con la ficha técnica del panel, sabiendo que la tensión en vacío sube con el frío.

Fusible y cables. Ponga en el cable positivo, pegado a la batería, un fusible apto para corriente continua. Su calibre debe ser menor que lo que aguanta el cable y mayor que la corriente normal más alta, y tiene que poder cortar la enorme corriente que da una batería en cortocircuito. Con 10 A, un panel a 5 m (10 m de cobre) pierde unos 0,3 V en un cable de exterior de 6 mm²; un hilo más fino pierde más.

Montar y limpiar. Oriente el panel hacia el ecuador, sin sombra en las horas centrales del día, inclinado más o menos como la latitud del lugar para un uso todo el año. Aclare el polvo con agua y un cepillo suave. Un inversor puede convertir los 12 V en tensión de red, tan peligrosa como la propia red.

Medir una célula. Al sol, lea la tensión de una célula pequeña en la posición de voltios de continua de un multímetro. Después pase a amperios de continua, lleve el cable rojo a la toma de 10 A y toque los bornes de la célula: así lee su corriente de cortocircuito. Compruebe antes que la corriente indicada en la célula queda muy por debajo del límite de 10 A del multímetro, y mantenga las puntas solo unos segundos. A la sombra, la tensión casi no cambia y la corriente cae. Devuelva luego el cable rojo a la toma de voltios y no mida nunca así la corriente de una batería.

Seguridad. Un panel da tensión en cuanto le llega la luz: cúbralo mientras lo cablea. La corriente continua puede mantener un arco si se desconecta un conector en carga; para trabajar en la instalación, cubra el panel, desconecte primero el panel y la batería al final, y vuelva a conectar en orden inverso. Un cortocircuito en los bornes de una batería funde herramientas y provoca incendios, y el fusible no evita el de una llave apoyada sobre los dos bornes: herramientas aisladas y tapas de bornes. Las baterías de plomo desprenden hidrógeno al cargarse: ventile, nada de chispas, gafas de protección. En un tejado, arnés y punto de anclaje, o recurra a profesionales. Todo lo conectado a la red, inversores incluidos, es trabajo de un electricista cualificado.

Historia y evolución

En 1839 Edmond Becquerel, con 19 años, iluminó electrodos recubiertos de cloruro de plata sumergidos en un ácido y midió una corriente débil. En 1873 el ingeniero inglés Willoughby Smith, mientras probaba cables telegráficos submarinos, notó que el selenio conduce mejor con luz; en 1883 el estadounidense Charles Fritts fabricó células de selenio bajo una lámina de oro tan fina que dejaba pasar la luz. En 1905 Albert Einstein explicó que la luz llega en paquetes cuya energía depende de su color.

En 1940 Russell Ohl, en los Bell Labs, vio que una muestra de silicio con fósforo en un lado y boro en el otro daba corriente con la luz: la primera unión p-n, con un rendimiento de alrededor del 1 %. En 1953 su colega Daryl Chapin buscaba alimentar equipos telefónicos aislados y solo obtenía un 0,5 % con selenio. El silicio dopado de Calvin Fuller y Gerald Pearson funcionaba mucho mejor, y la célula presentada el 25 de abril de 1954 movió una noria de juguete.

Vanguard 1, 1958: seis pequeños paneles de células solares sobre una esfera de unos 16 cm de diámetro.

Las primeras células de silicio eran demasiado caras para el uso corriente, y su primer cliente fijo fue el espacio. El Vanguard 1, lanzado en marzo de 1958, llevaba seis pequeños paneles de 18 células cada uno: su emisor de pilas calló en junio de 1958 y el solar siguió emitiendo hasta mayo de 1964. Al crecer las fábricas, el precio de los módulos bajó de unos 132 dólares por vatio en 1975 a 0,27 dólares en 2024 (en dólares de 2025). Hoy la mayoría de las células parten de obleas dopadas con fósforo, con el boro en la cara frontal. En 2025 los paneles solares produjeron el 8,7 % de la electricidad mundial, según Ember (abril de 2026).