¿Cuándo surge el panel solar?

La historia del panel solar tiene su origen en el efecto fotovoltaico, que fue descubierto en el año 1838 por el físico francés Alexandre Edmond Becquerel. Tras muchos estudios y experimentos, Becquerel descubrió que, gracias a la luz solar, y con la ayuda de dos electrodos metálicos, podía generar electricidad.

En el año 1958 se empezó a utilizar la energía solar en el espacio y, con el paso del tiempo y los nuevos descubrimientos, se fue introduciendo en la vida cotidiana, convirtiéndose actualmente en la energía renovable más utilizada, donde la mayoría de instalación de placas solares se realiza en viviendas unifamiliares y sector industrial.

Primeros usos de la luz solar con espejos

La historia de la energía solar comienza hace miles de años ya que el Sol siempre ha sido un elemento indispensable para la supervivencia de todas las especies en la Tierra .

La primera referencia a nivel histórico que podemos encontrar al uso de la energía solar data del siglo III A.C En la antigua Grecia en la batalla de Siracusa, la cual enfrentó a griegos y romanos. Se tiene constancia de que el físico Arquímedes utilizó una serie de espejos hexagonales para concentrar los rayos del sol y dirigirlos a una flota romana con el objetivo de quemarla.

 1839: Reconocimiento del efecto fotovoltaico.

El término «fotovoltaico» nació gracias a un joven francés de tan solo 19 años, llamado Alexandre Edmond Becquerel, perteneciente a una importante dinastía francesa. Alexandre contaba con un referente dentro del mundo de la ciencia, su padre Antoine-Cesar Becquerel, que fue considerado cofundador de la electroquímica. Además, el hijo del propio Alexandre, llamado Antoine-Henri Becquerel también siguió sus mismos pasos y se dedicó al mundo científico, e incluso ganó un Nobel de Física en 1903 junto al famoso matrimonio Curie

Becquerel se centró en la investigación y experimentación con la luz y sus propiedades, así como en las reacciones químicas de ciertas sustancias expuestas a la luz. Es así como durante una de sus tardes de investigación en 1839 estaba experimentando con una pila electrolítica sumergida en una sustancia de las mismas propiedades cuando el físico descubrió, tras varias pruebas de que, al exponer la pila a la luz del Sol, la corriente subía por uno de los electrodos concluyendo que algunos elementos metálicos expuestos al sol generaban un pequeño flujo de corriente, al que él lo denominó como «efecto fotovoltaico».

Este fue el inicio a un camino de investigación y experimentación que llevó a Becquerel a ser el descubridor de una tecnología que se encuentra hoy más que nunca en auge dentro de la sociedad y que marcaría el progreso tecnológico en los próximos años, la tecnología fotovoltaica

1873: Descubrimiento de la fotoconductividad del selenio.

Willoughby Smith, ingeniero eléctrico nacido en Inglaterra, descubre la fotoconductividad del selenio, invento que permitió que se diese la invención de la célula fotovoltaica tiempo más tarde.

Smith estuvo involucrado en un proyecto de cables telegráficos submarinos. Este descubrió un método para ir probando un cable submarino a la vez que se instalaba. Para desarrollar el circuito, Willoughby Smith seleccionó varillas de selenio, ya que necesitaba un material semiconductor de alta resistencia.

Llevando a cabo varias pruebas, Smith descubrió que la conductividad de las varillas de selenio aumentaba de forma exponencial al ser expuestas a una luz intensa. Fue entonces cuando el ingeniero inglés publicó el artículo “Efecto de la Luz en selenio durante el paso de una corriente eléctrica”, Edición del 20 de febrero de 1873 en la revista Nature.

1876: Primera célula fotovoltaica de selenio.

El descubrimiento realizado por Willoughby Smith llamó la atención de dos científicos británicos: William Grylls Adams y Richard Evans Day.

Estos crearon la primera célula fotovoltaica de selenio, un logro que marcó un antes y un después en la historia de la fotovoltaica. Pese a este gran hito, la cantidad de energía que generaban los paneles era todavía muy reducida y estas estaban muy lejos de ser útiles en la práctica.

1883: Panel solar compuesto por selenio y revestido de pan de oro.

Otro gran avance vino por parte del neoyorquino Charles Fritts, aunque su nombre sigue siendo un gran desconocido, el inventor neoyorquino fue el creador del primer panel solar de la historia. Fabricó un prototipo utilizando una plancha de metal sobre la que extendió una capa de selenio que su vez recubrió con una película fina de pan de oro. Este rudimentario artefacto generó una corriente “continua, constante y de una fuerza considerable” según la descripción del propio Charles Fritts, tanto por la exposición directa a la luz solar, como por la explosión a la luz difusa, del sol e incluso de una lámpara. El único problema es que aquella celda solar solo consiguió alcanzar una eficiencia de entre el 1 y 2%, un nivel muy escaso, teniendo en cuenta que las actuales alcanzan entre un 15% y un 20%.

Aun así, Charles Fritts envió su prototipo a Werner von Siemens, ingeniero e inventor alemán de renombre, que se sintió muy impresionado por este dispositivo, y decidió presentarlo en la Real Academia de Prusia Sin embargo, el invento estaba siendo demasiado adelantado a su tiempo, y nadie parecía entender del todo cómo funcionaba el efecto fotoeléctrico. Así que la comunidad científica, confundida con esta propuesta, no se entusiasmó demasiado con este avance, ni supo ver su potencial. Durante un tiempo se descartó que la fotoelectricidad pudiese llegar a emplearse como fuente de energía.

 1916: Validación experimentalmente la teoría fotoeléctrica.

El científico Robert Andrews Millikan colaboró con Albert Einstein, aportando una prueba experimental del efecto fotoeléctrico.

Albert Einstein publicó en el año 1905 el artículo “Sobre un punto de vista heurístico relativo a la producción y transformación de la luz”, en el cual analizaba de forma teórica el efecto fotoeléctrico.

Millikan, en un principio, se mostraba reacio a la teoría fotoeléctrica de Einstein, y trabajó para desmentirla. Después de llevar a cabo varias investigaciones durante más de diez años, Robert Andrews Millikan publicó sus resultados en un artículo de la revista Physical Review.

El artículo, llamado “Una determinación fotoeléctrica directa de la h de Planck” validó experimentalmente la teoría de Einstein sobre el efecto fotoeléctrico, en contra de lo que pretendía inicialmente.

 1954: Primera célula fotovoltaica.

La primera célula fotovoltaica funcional, con un 4% de eficiencia, fue presentada el 25 de abril de 1954 por los laboratorios Bell. Los inventores de la célula fueron Daryl Chapin, Calvin Souther Fullery y Gerald Pearson.

Daryl Chaplin fue un físico americano que participó en la invención de la célula fotovoltaica.

Calvin Souther fue un químico-físico americano que participó en distintos proyectos de investigación como el desarrollo del caucho sintético, también se le atribuye el diseño del método de producción de transistores produciendo transistores de difusión o la participación en el desarrollo de la célula fotovoltaica.

Por último, Gerald Pearson también fue un físico que trabajó en los laboratorios Bell y realizó un estudio sobre el silicio que sirvió par a la invención de la célula fotovoltaica, en la cual también participó.

Los tres fueron inscritos en el muro de la fama de inventores americanos el año 2008.

1957: Mejora la eficiencia a un 8%.

Herman Leslie Hoffman es el fundador de Hoffman Electronics Corporation. Hoffman empezó con la producción de radios y posteriormente televisores. En 1950 amplió su corporación y se centró en 3 grandes grupos: Los productos de consumo, que corresponden a las radios y los televisores, los productos relacionados con la electricidad y productos militares.

Cuando en 1954 los laboratorios Bell desarrollaron la primera célula fotovoltaica, se trataba de un panel frágil, con una producción muy costosa y con poca eficiencia. Así pues, Hoffman inspirado por esta tecnología, se interesó por la mejora de las células solares. Así pues, en 1957 sacó una célula fotovoltaica con una eficiencia del 8%. Al año siguiente, la mejoró al 9% y luego llegó al 14% en 1960.

 1985: Primera célula solar de silicio.

El equipo de investigación Energía Solar Fotovoltaica dentro del Centro Conjunto de Microelectrónica de la UNSW, Universidad de Nueva Gales del Sur, en Australia, dirigido por el profesor Martin Green, en los años ochenta creó la primera célula solar de silicio del mundo desarrollando las células PERC mejorando la calidad de la superficie superior y trasera de las células solares convencionales. Cuando la luz solar, en forma de partículas llamadas fotones, entra en una célula, excita los electrones dentro del silicio. En este estado excitado, los electrones pueden desplazarse por la célula, creando corriente eléctrica. Pues bien, la superficie mejorada de las células PERC -explican desde la Academia de Tecnología de Finlandia- permite que los electrones mantengan este estado de excitación —o se muevan libremente— durante más tiempo, lo que se traduce en una mayor generación de energía, es decir, en una mayor eficiencia. Así, la tecnología PERC ha contribuido a aumentar la eficiencia de conversión de las células solares convencionales en más de un 50% en términos relativos, pasando del 16,5% a principios de los 80 al 25% a principios de los 2000. Ahora mismo -apuntan desde la Academia-, la tecnología PERC representa casi el 90% del mercado mundial de células solares.

 2016: Energía sin luz solar.

Un equipo de la Universidad de California y la Universidad Nacional de Australia, descubren el año 2016 un nuevo material que puede revolucionar la energía solar. Este material destaca por una propiedad de los nanomateriales que se llama dispersión magnética hiperbólica.

Gracias al nuevo compuesto se pueden fabricar células termo fotovoltaicas de alto rendimiento que tienen la capacidad de producir electricidad en la oscuridad a partir del calor. 

El nuevo elemento es un metamaterial, un material artificial que presenta unas propiedades electromagnéticas y ópticas revolucionarias.

La dispersión hace referencia a las interacciones de la luz con los elementos, y se puede visualizar como una superficie tridimensional que representa cómo se propaga la radiación electromagnética en diferentes direcciones.

Los materiales naturales presentan formas simples de dispersión, por ejemplo, en el caso del vidrio es esférica o elipsoide. Sin embargo, en el caso del nuevo metamaterial la dispersión tiene forma hiperbólica, lo que lo convierten en un compuesto perfecto para la fabricación de células termo fotovoltaicas.

De acuerdo con los investigadores, las células termo fotovoltaicas tienen potencial para ser dos veces más eficientes que las células solares convencionales. Tienen la ventaja de que no necesitan recibir la incidencia directa de la luz solar para producir electricidad, ya que pueden generarla a partir de la radiación infrarroja. 

Además, también se pueden combinar con un quemador para producir energía bajo demanda, así como reciclar el calor que irradian los motores de vehículos y máquinas.

Actualidad:

En 2024, los paneles solares han alcanzado un nivel de eficiencia y accesibilidad sin precedentes, convirtiéndose en una herramienta clave para el ahorro energético y la protección del medio ambiente.

El futuro de los paneles solares es brillante ya que la energía solar no solo reduce las facturas de electricidad, sino que con la creciente preocupación por el cambio climático esta juega un papel crucial en la lucha por disminuir la dependencia de combustibles fósiles. La energía solar se está posicionando como una solución clave para un futuro sostenible.

Se espera que la energía solar represente una parte significativa de la matriz energética global en las próximas décadas.

Así que, amigos, la evolución de la energía solar es un testimonio del ingenio humano y de nuestra capacidad para adaptarnos y encontrar soluciones sostenibles.