Energía solar fotovoltaica

ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA

ARISTIDES SOTILLO MARES

Facultad de Ingeniería Eléctrica

Universidad Tecnológica de Panamá cede Coclé

aristides.sotillo08@gmail.com

ANTONIO MARTINEZ 

Facultad de Ingeniería Eléctrica

Universidad Tecnológica de Panamá cede Coclé

antonio.martinez@utp.ac.pa

RESUMEN: la electricidad es la forma de energía mas versátil que tenemos . el acceso a la electricidad esta directamente relacionado con la calidad de vida,por lo tanto podemos mencionar que existen diferentes formas de producirla como podemos mencionar la energía fotovoltaica es una tecnología que genera corriente continua (potencia medidas en vatio o kilovatios ) por medio de semiconductores cuando estos son iluminados por un haz de fotones. mientras la luz incide sobre una célula solar, que es el nombre dado al elemento foto-voltaico individual. 

PALABRAS CLAVES:  energía fotovoltaico , tecnología , fotones, célula solar.

OBJETIVO: aportar un conocimiento previo sobre una de las diferentes formas de producir energía como lo  es la energia solar fotovoltaica ya  que la calidad de vida en nuestro país requiere de diferentes formas de tener una calidad de consumo efectiva. 

DESARROLLO   

FIGURA 1 - ¿Qué es energía solar fotovoltaica?

ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA 

La energía fotovoltaica es la transformación directa de la radiación solar en electricidad. Esta transformación se produce en unos dispositivos denominados paneles fotovoltaicos. En los paneles fotovoltaicos, la radiación solar excita los electrones de un dispositivo semiconductor generando una pequeña diferencia de potencial. La conexión en serie de estos dispositivos permite obtener diferencias de potencial mayores.
Aunque el efecto fotovoltaico era conocido desde el siglo XIX, fue en la década de los 50, en plena carrera espacial, cuando los paneles fotovoltaicos comenzaron a experimentar un importante desarrollo. Inicialmente utilizados para suministrar electricidad a satélites geoestacionarios de comunicaciones, hoy en día constituyen una tecnología de generación eléctrica renovable.
Una de las principales virtudes de la tecnología fotovoltaica es su aspecto modular, pudiéndose construir desde enormes plantas fotovoltaicas en suelo hasta pequeños paneles para tejados. 

FIGURA 2 - Plantas fotovoltaica en suelo

ESQUEMA FUNCIONAL 

En los sistemas autónomos clásicos, la generación de energía en corriente continua mediante los módulos fotovoltaicos es directamente almacenada en las baterías. La carga de éstas es controlada por el regulador solar. El inversor convierte la energía almacenada de corriente continua (12, 24 o 48V) a corriente alterna 230V, para suministrar electricidad a los elementos de consumo que la demanden.

FIGURA 3 - Esquema funcional pictorico 

COMPONENTES 

*GENERADOR SOLAR : Los generadores fotovoltaicos (conjunto de placas fotovoltaicas) captan la radiación solar y la transforman en energía eléctrica. El conjunto será agrupado en tensiones de corriente continua a 12V, 24V o 48V en función del tamaño de la instalación. Se pueden instalar en cualquier superficie libre de sombra (tejados, terrenos...) y tienen una vida estimada de 40 años 

 

FIGURA 4 - Generador solar 

*INVERSOR:Es el corazón del sistema, donde se gestiona la energía eléctrica en función de la demanda y la producción. Transforma la corriente continua del acumulador en corriente alterna a 230V 50Hz. Entrega la energía necesaria en cada momento. Solicita ayuda a fuentes externas, por demanda excesiva o por protección del acumulador,gestionando la carga de la batería y funcionando en este último caso como cargador. 

 

FIGURA 5 - Inversor 

REGULADOR DE CARGA : En los sistemas convencionales, la energía eléctrica producida por las placas solares / aerogenerador, se almacena directamente en el acumulador. El control de protección del acumulador lo lleva a cabo el regulador de carga, impidiendo sobrecargas o descargas excesivas. 

 

FIGURA 6 - Reguladores de carga 

ACUMULADORES : Almacena la energía eléctrica producida por los paneles fotovoltaicos / aerogenerador permitiendo obtener electricidad en el momento en que se necesita. Su tamaño se calcula normalmente para disponer de una autonomía de 2-5 días.Se compone normalmente de 6 , 12 o 24 unidades, con 2V cada unidad, para conformar sistemas de 12V, 24V o 48V. 

 

FIGURA 7 - Acumuladores 

GRUPO ELECTRÓGENO: Para tener una garantía total de suministro eléctrico se instala un generador (por ejemplo alimentado con gasóleo), que permitirá cargar las baterías en casos de emergencia y ayudar en los picos de demanda eléctrica. Este elemento se puede integrar en el sistema solar para funcionar de manera automatizada. 

FIGURA 8 - electrógeno 

VENTAJAS 

La producción de energía solar fotovoltaica cuenta con innumerables ventajas, medioambientales de imagen y ahorro. 

 

FIGURA 9 - Ventajas medioambientales 

La producción de energía a través de fuentes renovables contribuye a desarrollar un planeta limpio y sostenible. La sociedad cada vez toma más conciencia de los beneficios tanto medioambientales como económicos que supone la generación de energía limpia. 

• Proviene de una fuente inagotable, el sol
• No contamina, no produce emisiones de CO2 u otros gases
• No precisa de un suministro exterior, no consume combustible, ni necesita presencia de otros recursos como el agua o el viento
• No produce ruidos
• Reduce la dependencia energética de los países
• La mayor producción coincide con las horas de mayor consumo
• Los sistemas son sencillos y fáciles de instalar
• Elevada versatilidad, los sistemas pueden instalarse en casi cualquier lugar y las instalaciones pueden ser de cualquier tamaño
• Las instalaciones son fácilmente modulables, con lo que se puede aumentar o reducir la potencia instalada fácilmente según las necesidades
• Las plantas apenas requieren mantenimiento y tienen un riesgo de avería muy bajo
• Los módulos gozan de una larga vida
• Los sistemas resisten condiciones climáticas extremas: granizo, viento, frío…
• Es un sistema de aprovechamiento de energía idóneo para zonas donde el tendido eléctrico no llega o es dificultoso y costoso su traslado
• Fomenta la creación de empleo local
• Atrae inversores
• Mejora su imagen al generar energía no contaminante
• El coste de los componentes disminuye a medida que avanza la tecnología
• Proporciona ahorros económicos

DESVENTAJAS

• El impacto visual de los parques solares, que suelen ocupar grandes superficies de captación.
• Sólo se produce energía mientras hay luz y depende del grado de insolación.
• El coste de las instalaciones es elevado, sobre todo si se compara con otros países europeos.
• El periodo de amortización de la inversión es largo, de unos 10 años.
• El rendimiento es bastante bajo, debido a la baja eficiencia de las células solares, en muchos casos inferior al 20%.
• El tiempo que deben esperar las pequeñas y medianas instalaciones fotovoltaicas para que las compañías eléctricas las homologuen y compren su producción.

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FIGURA 10 - Desventajas  

APLICACIONES 

FIGURA 11 - Aplicación de la energía solar fotovoltaica

Hay diversas aplicaciones en las que se puede pensar en utilizar este tipo de instalaciones. Entre ellas, podemos señalar:

• Electrificación rural: En viviendas aisladas de la red, se hace muy interesante la utilización de la energía solar fotovoltaica, pues asegura una distribución eléctrica con autonomía propia, y evita altos costes de construcción de red de suministro eléctrico convencional.
• Electrificación de repetidores, balizas, señalización marítima y vial: En este tipo de instalaciones, es probable, en multitud de ocasiones, que el acceso hasta los mismos de electricidad convencional, ó de otro tipo de energía para el suministro sea de gran dificultad, por lo que se recurre a la utilización de la energía solar fotovoltaica, que crea un sistema autónomo, el cual no es necesario estar constantemente controlado, además de requerir un mantenimiento mínimo, por carecer de componentes móviles.
• Electrificación autónoma de viviendas o industrias: Aún poseyendo otro sistema de producción eléctrica, hay sectores de la población y de la industria que desean crear un sistema autónomo, además de minimizar los costes del mismo, con el correspondiente ahorro económico.
• Electrificación de grupos de bombeo y riego agrícola: Estas instalaciones, mediante un equipo de regulación programable, se ponen en marcha, pues el consumo coincide con la captación, por lo que estas instalaciones se hacen sumamente efectivas por el ahorro económico que supone.
• Desalinización de aguas: Pues en las plantas de desalinización se consume gran cantidad de energía, por lo que resulta excesivamente caro el mantenimiento de estas instalaciones. Con el uso de la energía solar se reducirían enormemente los costes de abastecimiento eléctrico, con lo que se haría viable dicha instalación.
• Iluminación vial en parques y vías públicas retiradas de la red de distribución: Mediante farolas a corriente continua, que iluminarán, y atendiendo a las señales de un programador horario, zonas en las que no existe tendido eléctrico, y sale más rentable el uso de esta tecnología.
• Ventilación: Por medio de ventiladores de corriente continua alimentados por energía solar, es posible la ventilación de viviendas, locales,…
• Usos militares y médicos diversos: Hospitales de campaña, puestos provisionales y de emergencia.

FIGURA 12 - Electrificación rural

Otras aplicaciones: Pequeños electrodomésticos y máquinas alimentadas por energía solar (calculadoras, linternas,…), cargadores de batería solares, pequeños paneles para usos múltiples, como por ejemplo, para alimentación secundaria en auto caravanas, camping, paneles portátiles para usos de investigación de campo, entretenimiento,…

Aquí es donde se distingue más claramente la diferencia entre un sistema centralizado y otro descentralizado, pues además de tener la posibilidad real de instalación de otro tipo de energía eléctrica adicional, las compañías suministradoras nos dan la posibilidad de conectar la línea de producción fotovoltaica a la red, de tal forma que cuando la energía producida por la instalación solar no es suficiente para las necesidades energéticas, se conecta (manual o de forma automática por medio de una conmutación) la energía auxiliar, midiéndose mediante un contador (como en una instalación convencional) la energía tomada de la red, y cuando por el contrario, la energía aportada por el sistema solar es superior a la demandada, la energía excedente se vierte a la red, midiéndose la salida por medio de un segundo contador.

Las políticas energéticas dictan las normas para el abono de la diferencia entre la energía tomada y la cedida a la red, por lo que cada país (y cada compañía eléctrica) establecerá los precios a aplicar en el caso de cesión de excedente energético a la red.

FIGURA 13 - Políticas energéticas

REFERENCIAS

[1] villalbasolarfotovoltaica.wordpress.com (2008) Inconvenientes de la energía solar fotovoltaica [En línea] Disponible en: https://villalbasolarfotovoltaica.wordpress.com/inconvenientes-de-la-energia-solar-fotovoltaica/ Acceso: 30 de nov de 2015

[2]VAL ESCOBEDO (2009) Usos De La Energía Solar Fotovoltaica  [En línea] Disponible en: http://www.dforceblog.com/2009/08/22/usos-de-la-energia-solar-fotovoltaica/ Acceso: 30 de nov de 2015

[3] COLEGIO OFICIAL DE INGENIEROS DE TELECOMUNICACIONES (2002) Energía solar fotovoltaica Disponible en: http://www.coitaoc.org/files/estudios/energia_solar_fotovoltaica_2e5c69a6.pdf Acceso: 30 de nov de 2015

[4] Adriana Joya (2014) ENERGIA SOLAR! Disponible en: http://es.slideshare.net/adrianajoya12/energia-solar-31594341 Acceso: 30 de nov de 2015