Si los últimos diodos LED de hoy son casi 100% eficientes para transformar electricidad en luz, ¿cómo es que el proceso inverso de transformar luz en electricidad con celdas fotovoltaicas es tan poco eficiente?
La eficiencia de los diodos LED y las celdas fotovoltaicas depende de varios factores como el tipo de material semiconductor, el diseño del dispositivo, la calidad de la fabricación y las condiciones ambientales. No se puede comparar directamente la eficiencia de ambos procesos, porque son diferentes en su naturaleza y sus objetivos.
Los diodos LED son dispositivos que convierten la electricidad en luz, aprovechando el fenómeno de la electroluminiscencia. Cuando una corriente eléctrica pasa por un material semiconductor, los electrones saltan de un nivel de energía a otro, liberando fotones de luz. La eficiencia de los LED se mide por la cantidad de luz que producen por unidad de potencia eléctrica consumida. Los últimos diodos LED de hoy pueden alcanzar una eficiencia cercana al 100%, lo que significa que casi toda la electricidad que reciben se transforma en luz, con muy poca pérdida de calor.
Las celdas fotovoltaicas son dispositivos que convierten la luz en electricidad, aprovechando el efecto fotoeléctrico. Cuando la luz incide sobre un material semiconductor los fotones pueden arrancar electrones de los átomos, creando una corriente eléctrica. La eficiencia de las celdas fotovoltaicas se mide por la cantidad de electricidad que producen por unidad de área y por unidad de potencia de luz incidente. Las celdas fotovoltaicas más avanzadas de hoy pueden alcanzar una eficiencia de alrededor del 25%, lo que significa que solo una cuarta parte de la luz que reciben se transforma en electricidad, y el resto se refleja, se transmite o se disipa como calor.
Los únicos cuerpos que absorben el 100% de la luz son los agujeros negros en el cosmos, y son invisibles al ojo humano, ya que para que podamos ver un objeto, la luz debe reflejarse en él, esto es básico para entender el porque una celda fotovoltaica no puede tener una eficiencia del 100%
Como se puede ver los diodos LED y las celdas fotovoltaicas tienen diferentes formas de medir su eficiencia y no se puede decir que uno sea más eficiente que el otro sin tener en cuenta el contexto y el propósito de cada uno. Además hay que considerar que la luz que emiten los LED no es la misma que la luz que reciben las celdas fotovoltaicas.
Los LED pueden emitir luz de diferentes colores y longitudes de onda según el tipo de material semiconductor que usen. Las celdas fotovoltaicas, en cambio, reciben la luz del sol, compuesta por la mezcla de todas las longitudes de onda del espectro tanto visible como invisible. Cada tipo de celda fotovoltaica tiene una sensibilidad diferente a cada longitud de onda por lo que algunas pueden aprovechar mejor que otras la luz solar.
En resumen, los diodos LED y las celdas fotovoltaicas son dispositivos que convierten la energía de una forma a otra, pero no se puede comparar su eficiencia de forma directa, porque depende de muchos factores y condiciones. Lo que sí se puede decir es que ambas son tecnologías muy importantes para el desarrollo sostenible y la mitigación del cambio climático ya que permiten ahorrar energía, reducir las emisiones de gases de efecto invernadero y aprovechar las fuentes renovables de luz.
Y entonces ¿cuál es límite de eficiencia de una célula fotovoltaica?
Nos lo explicaba Pedro Prieto en la entrevista que le realizó Gema Castellano para nuestro libro «Los límites del planeta» (disponible en Amazon)
«El límite de eficiencia de una célula fotovoltaica está definido por el límite de Shockley-Queisser (SQ) Un cálculo desarrollado por William Shockley y Hans Queisser en 1961 que designa la máxima eficiencia teórica de una célula fotoeléctrica. Este cálculo dicta que las células solares tienen un límite de rendimiento del 33,7% Es decir, que de toda la energía solar incidente solo podría convertirse el 33,7% en electricidad.
En este momento se habla de que estamos en un 20-22% de eficiencia que, desde un 14% que estábamos hace diez o doce años, podemos considerar un gran avance. Pero, insisto, hay un límite físico para la transformación de una unidad de energía en forma de fotón a un mineral de energía en forma de electrón: el 33,7%, y es un límite físico que no se va a poder superar.
Se han conseguido resultados superiores con varias capas —haciendo trampas— y con unos paneles en que 1 metro cuadrado supera el precio de 1 kg de oro. O en experimentos a nivel de laboratorio, en condiciones ideales y entornos controlados. Ahí se ha llegado al 47%, pero luego no se comercializan porque su coste es ridículo. Económicamente inviable.»
