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Propiedades de la luz

EM Spectrum
Espectro Electromagnético

La luz que vemos todos los días es sólo una fracción de la energía total emitida por el Sol sobre la Tierra. La luz solar es una forma de "radiación electromagnética," y la luz visible que vemos es un pequeño subconjunto del espectro electromagnético como se muestra a la derecha.

El espectro electromagnético describe la luz como una onda con una longitud de onda particular. La descripción de la luz como una onda ganó aceptación por primera vez en la década de 1800 cuando los experimentos de Thomas Young, François Arago, y Augustin Jean Fresnel mostraron efectos de interferencia en los rayos de luz, lo que indica que la luz está compuesta de ondas. A finales de 1860 la luz fue considerada como parte del espectro electromagnético. Sin embargo, a finales de 1800, surgió un problema con la idea basada en que la luz es una onda cuando se hizo evidente que los experimentos que miden el espectro de longitudes de onda de objetos calientes no podían ser explicados usando las ecuaciones basadas en la onda de la luz. Esta discrepancia se resolvió por las obras de [1] en 1900, y [2] en 1905. Planck propuso que la energía total de la luz se compone de elementos de energía indistinguibles, o cuanto de energía. Einstein, al examinar el efecto fotoeléctrico (la liberación de electrones de ciertos metales y semiconductores al ser golpeados por la luz), distinguió los valores de estos elementos de energía cuántica. Por su trabajo en este área, Planck y Einstein ganaron el premio Nobel de Física en 1918 y 1921, respectivamente, y en base a este trabajo, la luz puede ser observada como un conjunto de "paquetes" o partículas de energía, llamados fotones ..

Hoy en día, la mecánica cuántica explica tanto la naturaleza ondulatoria como la naturaleza corpuscular de la luz. En la mecánica cuántica, un fotón, como todas las demás partículas de la mecánica cuántica tales como electrones, protones, etc., se representa con mayor precisión como un "paquete de ondas". Un paquete de onda se define como una colección de ondas que pueden interactuar de una manera tal que el paquete de ondas o bien puede aparecer espacialmente localizado (en una manera similar como una onda cuadrada que resulta de la suma de un número infinito de ondas sinusoidales), o, alternativamente, pueden aparecer simplemente como una onda. En los casos en que el paquete de ondas se localiza espacialmente, actúa como una partícula. Por lo tanto, dependiendo de la situación, un fotón puede aparecer ya sea como una onda o como una partícula y a este concepto se le denomina "dualidad onda-partícula". Un paquete de ondas o fotón se representa como PVCDROM muestra a continuación.

Para una descripción física completa de las propiedades de la luz se requiere un análisis de la mecánica cuántica de la luz, ya que la luz es un tipo de partícula de la mecánica cuántica llamado fotón. Para aplicaciones fotovoltaicas, este nivel de detalle rara vez se requiere y, por lo tanto, aquí sólo se destinarán un par de frases a la naturaleza cuántica de la luz. Sin embargo, en algunas situaciones (por suerte, rara vez se encuentran en los sistemas fotovoltaicos) simplificadas aquí, la luz puede comportarse de una manera que parece desafiar al sentido común. El término "sentido común" se refiere a nuestras propias observaciones y no puede ser utilizado para observar los efectos de la mecánica cuántica, ya que, estos se producen en condiciones fuera del rango de observación humana. Para más información sobre la interpretación moderna de la luz por favor consulte Fevnman 1985.

Hay varias características importantes de la energía solar que son fundamentales en la determinación de cómo la luz solar incidente interactúa con un convertidor fotovoltaico o cualquier otro objeto. Las características importantes de la energía solar incidente son:

  • El espectro de la luz incidente;
  • La densidad de energía radiante proveniente del Sol;
  • El ángulo con el que la radiación solar incide en el modulo forovoltaico; y
  • La energía radiante del Sol durante el año o día para unas superficie particular.

Al final de este capítulo debería estar familiarizado con estos cuatro últimos conceptos.