En la naturaleza nada hay superfluo. Averroes (1126-1198). Filósofo y médico hispano-árabe.

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News Soliclima   14/09/2005 - 14:29h

Introducción a la energía solar fotovoltaica

 

 

La energía solar fotovoltaica es una de las energías renovables que se presentan como una alternativa a las fuentes tradicionales como los combustibles fósiles, especialmente desde que instituciones públicas como el Estado español o diversas Comunidades autónomas y municipios ofrezcan subvenciones para facilitar su instalación.

Aquí os presentamos las claves de su funcionamiento.

 

 

El Sol, la luz solar y su incidencia sobre la Tierra.

La luz solar forma parte del espectro electromagnético, es decir, es un tipo de onda electromagnética que se desplaza por el espacio en todas direcciones, y alcanza la Tierra en un tiempo de 8 minutos.

Se ha calculado que la potencia de irradacción del Sol es de 200x1012 más kW. que la potencia total de todas las centrales de cualquier tipo funcionando actualmente en la Tierra. En un solo segundo, el Sol irradia más energía que la que ha consumido en toda su historia la Humanidad.

Espectro electromagnetico

A la hora de instalar y dar una orientación en grados a una placa solar es necesario tener en cuenta dos factores principales que se influyen mutuamente:

  • a. la latitud geográfica: la incidencia solar es mayor a medida que nos acerquemos al Ecuador, mientras que disminuye cuando nos acercamos a los Polos.
  • b. la estación del año en que nos encontremos: la Tierra varía la inclinación respecto al Sol al orbitar a su alrededor en función de la estación en la que nos encontremos. Así, en verano hace más calor porque los rayos caen de forma más perpendicular y concentran más fuerza en menos superficie.

Teniendo en cuenta estos parámetros, se decide el ángulo de inclinación que se le da a la placa. Así mismo, es también necesario orientar la placa todo lo posible hacia el sur ( azimut= 0º ), para aprovechar al máximo la radiación solar.

Las placas o paneles solares

Dentro de una instalación fotovoltaica, el componente más conocido es la placa, módulo o panel solar, que usa ciertos materiales semiconductores y capta los fotones transmitidos en la luz solar para transformarlos en una corriente continua de electrones, es decir, en electricidad.

Estos materiales están dispuestos en conjuntos de células, interconectadas en serie o en paralelo y protegidas por un vidrio en la parte superior y por varias capas plásticas en la parte posterior, todo ello reforzado mediante un marco metálico. En la parte posterior se encuentran las conexiones eléctricas pertinentes.

Existen tres tipos principales de módulos, en función del material que forma las células:

  • a. materiales amorfos: tienen un alto grado de desorden en la estructura de los átomos. Su construcción es simple y barata.
  • b. materiales policristalinos: disponen de más calidad que los anteriores, por lo que su efectividad es mayor. También son más caros.
  • c. materiales monocristalinos: son los de mayor calidad, aunque en los últimos años han sido casi alcanzados por nuevas patentes de policristalinos, y en la actualidad su rendimiento es solo ligeramente superior.

La potencia pico ( medida en Watios pico: Wp. ) de un panel puede variar desde 5 hasta 210, aunque la gama más usada se limita al marco 125 – 190 Wp.

Paneles solares Farolas solares
Instalación solar autónoma Farolas solares con paneles fotovoltaicos

 

Instalación de las placas

A la hora de instalar y dar una orientación en grados a una placa solar es necesario tener en cuenta dos factores principales que se influyen mutuamente:

  • a. la latitud geográfica: la incidencia solar es mayor a medida que nos acerquemos al Ecuador, mientras que disminuye cuando nos acercamos a los Polos.
  • b. la estación del año en que nos encontremos: la Tierra varía la inclinación respecto al Sol al orbitar a su alrededor en función de la estación en la que nos encontremos. Así, en verano hace más calor porque los rayos caen de forma más perpendicular y concentran más fuerza en menos superficie.

Teniendo en cuenta estos parámetros, se decide el ángulo de inclinación que se le da a la placa. Así mismo, es también necesario orientar la placa todo lo posible hacia el sur ( azimut= 0º ), para aprovechar al máximo la radiación solar.

Lógicamente, además de la adecuada orientación es necesario tener en cuenta la ausencia de edificios, árboles o montañas que puedan provocar sombras sobre las placas, ya que esto minimizaría su rendimiento.

Otros componentes de una instalación fotovoltaica

En función del uso que se le de a la instalación fotovoltaica, serán necesarios unos dispositivos u otros.

En sistemas autónomos, son imprescindibles los acumuladores, es decir,las baterías , los reguladores, los inversores –también llamados onduladores o convertidores-, de todos los cuales hablaremos con profusión en el artículo dedicado especialmente a este tipo de instalaciones.

Producción de la electricidad

Las placas o módulos solares fotovoltaicos captan los fotones contenidos en los rayos solares, y los materiales semiconductores que los forman los transforman en una corriente continua de electrones, es decir, en electricidad. Esta electricidad es corriente continua, de voltaje e intensidad constante, no apta para el uso directo en el hogar, por lo que es necesario un aparato que lo transforme en corriente alterna, llamado ondulador o inversor. Una vez disponemos ya de la electricidad en su estado óptimo, podemos bien venderla a la compañía eléctrica, bien usarla directamente, bien almacenarla en los acumuladores apropiados para ello, llamados baterías. Podremos obtener más información sobre las etapas posteriores a la producción dentro de los artículos específicos de los diferentes usos de la energía solar fotovoltaica.

Usos de la energía fotovoltaica

El principal uso de este recurso es la producción de electricidad en zonas rurales aisladas de la red eléctrica. Es especialmente útil en zonas rurales de países en vías de desarrollo que aún no disponen de una red eléctrica densa. Las necesidades básicas pueden ser cubiertas de esta manera: televisión, una herramienta indispensable para el acceso a la información en lugares de difícil acceso por carretera, bombillas y pequeños electrodomésticos.

Instalaciones autónomas

A un nivel ya más cercano a nosotros, la electrificación de viviendas unifamiliares, refugios de montaña, electrificación rural o explotaciones agrícolas es el uso más extendido de la energía solar fotovoltaica como forma de alimentación de sistemas autónomos. Habitualmente, los altos precios requeridos para el cableado desde el lugar requerido hasta el transformador más cercano mueve a los propietarios a usar únicamente un grupo electrógeno alimentado mediante gasóleo para generar la electricidad necesaria. Una instalación fotovoltaica autónoma es, en estos casos, la mejor opción para generar electricidad y ahorrar un combustible cuyo precio está experimentando un alza imparable. Lea más sobre instalaciones autónomas en nuestro artículo LINK Lea más sobre explotaciones agrícolas autónomas en nuestro artículo LINK

Venta a red

Desde hace unos años, los gobiernos y las instituciones públicas de muchos países han comenzado a aumentar su conciencia, no sólo frente a las limitaciones que presentan los recursos naturales, sino también frente a las consecuencias económicas de mantenerse dependiente de la importación de energías primarias de unos países cuya inestabilidad puede aumentar los precios de forma imprevisible. Por ello, son muchos ya los que han tomado diferentes tipos de medidas para fomentar el ahorro energético y el uso de energías renovables tales como la solar o la eólica. El estado español y sus autonomías no son una excepción, y ofrecen diferentes tipos de subvenciones y facilidades económicas para que grandes campos fotovoltaicos viertan su electricidad a la red eléctrica española. Lea más sobre la venta de eletricidad en nuestro artículo LINK

Usos híbridos

Ocasionalmente se combina un sistema fotovoltaico con la alimentación mediante otra fuente de energía renovable, especialmente en zonas montañosas donde el tiempo es más inestable y la orografía lo permite, que suele ser eólica o minihidraulica, complementándose ambas de esta forma.

Otros usos

Iluminación publica, pequeños electrodomesticos, como calculadoras...

Uno de los campos de investigación más intensa es el transporte, sector responsable de la tercera parte de las emisiones de gases contaminantes. En breve podrán leer en nuestro portal mucha más información sobre estos usos complementarios de la energía solar.

Glosario

Azimut

Azimut: ángulo de desviación respecto al sur geográfico. Una placa instalada con azimut 0 seríauna placa orientada directamente hacia el sur, sin desviaciones. Baterías: Al igual que hablamos de acumuladores en la energía solar térmca, que consisten en ese caso en depósitos de agua donde se mantiene ésta caliente, los sistemas fotovoltaicos también necesitan de un sistema de almacenamiento de la electricidad: las baterías.
Las baterías pueden ser de bloque, como las típicas de los automóvil, o bien otras más especializadas llamadas estacionarias, de más larga duración y especialmente diseñadas para estos usos.

Inclinación: ángulo de desviación respecto a la perpendicular.

Fotón: en nuestro sector usaremos esta palabra en su acepción de unidad de energía que absorven los cuerpos al recibir luz del Sol, aunque también puede referirse a la partícula de luz más pequeña.

Onda senoidal

Onda senoidal ( o sinusoidal ): es el tipo de onda que muestra la electricidad de corriente alterna, la de uso doméstico, y adquiere una forma de onda tradicional, con ciclos periódicos, tomando valores según la función matemática Seno.

Ondulador o inversor: dispositivo que convierte la corriente continua en corriente alterna.

Regulador de carga: Dispositivo usado en instalaciones fotovoltaicas autónomas. Se conecta entre el campo fotovoltaico y las baterías.
Su función es controlar la parada de inyección de electricidad cuando las baterías están cargadas, o bien limita la salida de electricidad cuando la batería llega a un límite peligroso de descarga, por lo que conecta automáticamente el grupo electrogeno encargado de producir electricidad mediante combustible fósil para cargarla de nuevo, pues en caso contrario se puede estropear.

Corriente continua

Corriente continúa: flujo continúo de electricidad a través de un conductor. No se usa apenas para el transporte de electricidad a largas distancias, debido a las altas pérdidas que se producen, aunque sí tiene un uso en aparatos eléctricos de pequeño voltaje que son alimentados mediante baterías. A diferencia de la corriente alterna, mantiene la misma polaridad a lo largo del tiempo.

Corriente alterna: es la electricidad que necesitamos para que funcionen los electrodomésticos, la que se puede almacenar en batería. La corriente alterna varía de voltaje (polaridad) periódicamente, pasando de positivo a negativo en fracciones de segundo, por lo que muestra así una onda seinoidal.

Corriente trifasica

Corriente trifásica: es la forma más eficiente de transmitir electricidad. Su uso es mayormente industrial. La onda es senoidal, con la característica de que se envían simultáneamente tres ondas diferentes por el mismo conductor, en un breve lapso de tiempo.

Potencia pico: potencia máxima que es capaz de alcanzar una placa en momentos de su máximo rendimiento.

 
 

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