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ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA

Los egipcios lo adoraron. Hoy la energía del sol ha adquirido un papel importante en la vida diaria de cada uno de nosotros, dentro y fuera del hogar.

Energia solar fotovoltaica

El sol, la mayor fuente de energía renovable en el mundo, limpia, segura , infinita y se encuentra al alcance de todas las personas que quieran aprovecharla.

Sin él, no habrá vida. La  energia solar fuè y es consideradacomo una fuente de energía durante muchos años debido a la gran cantidad de energía que se encuentra  disponible, si se aprovecha con la tecnología moderna.

¿Que es la energia solar fotovoltaica?

La energía solar fotovoltaica es una forma de energía que proviene de la transformación de la energía que proviene de la radiación solar (energía solar, en otras palabras: la luz) en electricidad. 

La energía solar fotovoltaica es, como la energía eólica , la energía marina, la energía de biomasa , etc., una forma de energía que forma parte de la categoría de las llamadas energías renovables 

Energía solar fotovoltaica: ¿cómo funciona?

La explotación de la energía fotovoltaica se realiza a través de sistemas fotovoltaicos (también sistemas fotovoltaicos ). Un sistema fotovoltaico es básicamente un sistema que produce electricidad utilizando energía solar a través del efecto fotovoltaico  .

Un sistema fotovoltaico está formado por un cierto número de paneles solares fotovoltaicos  . El elemento básico de un módulo fotovoltaico es la llamada célula fotovoltaica .

¿Còmo se dividen los sistemas fotovoltaicos? 

Podemos dividir los sistemas fotovoltaicos en dos categorías principales:

  • sistemas fotovoltaicos aislados (también aislados de la red , fuera de la red o independientes )
  • Sistemas fotovoltaicos conectados a la red eléctrica (también conectados a la red ).

Por lo general, los sistemas independientes se utilizan para usuarios aislados (el caso típico es el de las cabañas alpinas) o para el suministro de servicios (repetidores telefónicos, repetidores de radio, farolas, etc.).

Los sistemas que son aislados de la red elèctric, constan con un sistema de baterìas  que almacenan un exceso de energía que actuará como respaldo en momentos de poca luz solar o en momentos en que no hay luz solar.

Los sistemas conectados a la red, por otro lado, generalmente se usan para sistemas pequeños o medianos instalados en techos o fachadas de edificios y también en el caso de plantas fotovoltaicas de tamaño considerable.

Dependiendo de su potencia nominal , hablamos de sistemas fotovoltaicos pequeños (potencia nominal inferior a 20 kWp), medianos (potencia nominal entre 20 y 50 kWp) y grandes ( potencia nominal superior a 50 kWp).

¿Cuáles son los elementos de una instalación fotovoltaica?

Los componentes fundamentales de una planta fotovoltaica independiente son los siguientes:

  • paneles fotovoltaicos
  • acumuladores
  • unidad de control (para desconectar los módulos cuando las baterías están completamente cargadas)
  • inversor (para convertir la corriente continua generada por el módulo en corriente alterna)
  • usuarios de corriente continua o alterna.

Los componentes fundamentales de un sistema fotovoltaico conectado a la red son los siguientes:

  • paneles fotovoltaicos
  • inversor (para convertir la corriente continua generada por el módulo en corriente alterna)
  • Contador doble para administrar tanto la corriente de entrada como la corriente de salida.

La función del inversor es extremadamente importante. De hecho, los módulos generan electricidad de corriente continua que no puede ser explotada inmediatamente para usos civiles o industriales. De hecho, es necesario transformarlo en corriente alterna para poder alimentarlo a la red eléctrica.

El material semiconductor  utilizado en placas solares fotovoltaicas es generalmente silicio (más raramente se utilizan otros materiales como, por ejemplo, arseniuro de galio, teloruro de cadmio, etc.).

¿Cuáles son los tipos de paneles solares que existen?

Hay tres tipos principales de paneles solares  que usan silicio; el primero usa silicio monocristalino .

La célula fotovoltaica en silicio monocristalino, gracias a la notable pureza de este material, son las que garantizan la mayor eficiencia (la eficiencia energética oscila entre aproximadamente el 16 y el 21%); las células de silicio policristalino , dada la menor pureza de estas últimas, tienen rendimientos de energía más bajos (de aproximadamente 15 a 16%).

Es visualmente posible distinguir las células formadas en silicio monocristalino de aquellas en silicio policristalino observando sus ángulos; los primeros tienen esquinas cortadas, mientras que los otros tienen ángulos de 90 grados.

El tercer tipo de paneles utiliza silicio amorfo ; La eficiencia energética de estos paneles es considerablemente menor que la relativa a los sistemas de silicio mono o policristalinos, alcanzando valores que varían de aproximadamente 6 a 8%. 

Si bien son menos eficientes energéticamente, los módulos de silicio amorfo se caracterizan por una versatilidad superior y pueden usarse, por ejemplo, para usos arquitectónicos.

Los rendimientos de las células fotovoltaicas no solo dependen del material del que están hechas, sino que también están influenciados por otros fenómenos (reflejo de la radiación incidente, temperatura, tiempo de exposición, etc.). 

En general, los rendimientos de los módulos fotovoltaicos son ligeramente más bajos (hablamos a un nivel porcentual) que el de cada celda individual; Como las celdas de cada cadena del módulo están conectadas en serie, el mal funcionamiento de una sola celda reduce el rendimiento de toda la cadena. 

El rendimiento teórico alcanzable es de alrededor del 40%, pero la tecnología actual no permite alcanzar estos niveles y, como hemos visto anteriormente, los rendimientos que se pueden obtener actualmente son mucho más bajos (mucho menos de la mitad).

Los módulos fotovoltaicos de silicio varían en tamaño desde un mínimo de 0.5 m² a 1.5 m². En sistemas grandes es posible tener módulos más grandes (de 2.5 m²).

Cómo diseñar un sistema fotovoltaico

Uno de los principales factores a considerar en el diseño de un sistema fotovoltaico es sin duda su tamaño. Una evaluación correcta de este último se basa esencialmente en dos parámetros:

  • Período de uso
  • consumo de energía relacionado con la ubicación a ser suministrada.

Si planea utilizar el sistema de forma continua, se deberán considerar las curvas de irradiación solar para dimensionarlo, teniendo en cuenta los períodos en que ocurren las condiciones menos favorables.

La evaluación del consumo de energía (y, en consecuencia, del requerimiento de energía) es un factor decididamente importante con respecto a los sistemas fotovoltaicos fuera de la red, ya que no existe la posibilidad de explotar, en caso de necesidad, una integración energética de la red eléctrica normal.

Una vez que se conocen las cantidades de radiación solar, los requisitos de energía y el rendimiento promedio del sistema, es posible evaluar la cantidad de módulos fotovoltaicos requeridos. A partir de la cantidad de módulos necesarios, es posible cuantificar la cantidad de baterías requeridas.

El rendimiento de los placas solares está influenciado por varias variables; dos de estos son su inclinación y orientación. La máxima eficiencia se obtiene cuando la radiación solar llega al panel directamente y perpendicularmente. 

La inclinación de los rayos del sol varía tanto a medida que cambia la latitud como según la época del año. Se deduce que para obtener mejores rendimientos, la inclinación de los paneles debe variar periódicamente. En el caso de sistemas pequeños, la inclinación es generalmente del tipo fijo y se calcula y ajusta para maximizar el rendimiento promedio de los paneles.

 Los sistemas más grandes generalmente están equipados con servomecanismos (decididamente caros y, por lo tanto, inconvenientes en el caso de sistemas pequeños) que permiten la variación de la inclinación de los paneles si es necesario. Por lo general, la inclinación de los paneles coincide con la latitud del lugar. En cuanto a la orientación de los paneles, la regla general es, obviamente, enfrentarlos hacia el sol.

 En nuestro hemisferio (el norte) el sol viaja por el cielo en el área sur; en consecuencia, los paneles solares generalmente se montan orientándolos hacia el sur. Hay algunas excepciones a esta regla debido al hecho de que en ciertas áreas hay algunas “regularidades meteorológicas” como, por ejemplo, la neblina de la mañana y las lluvias de la tarde; En presencia de tales condiciones, puede ser más conveniente orientar las placas solares para casa de manera diferente. A ver cómo. 

Al dirigir los paneles solares hacia el suroeste, se explota la radiación solar de la tarde, sacrificando la radiación de la mañana (esta elección se realiza en áreas donde la niebla de la mañana a menudo está presente). Al dirigir los paneles solares hacia el sureste (este puede ser el caso de las zonas costeras y montañosas caracterizadas por lluvias regulares por la tarde), las horas de la mañana se aprovechan más sacrificando las horas de la tarde.

Otro factor que debe tenerse en cuenta en la orientación de los paneles fotovoltaicos es la posible presencia de obstáculos permanentes, ya sean naturales o artificiales (árboles, edificios, pilones, etc.).

Dato importante: la eficiencia de una planta tiende a aumentar a medida que avanzamos hacia el sur .

En cuanto a la elección de paneles fotovoltaicos, también deben tenerse en cuenta factores como la estética (los módulos hechos con combinaciones de silicio cristalino y amorfo son generalmente más apreciados desde un punto de vista puramente estético ya que su coloración se caracteriza por un uniformidad notable), los espacios disponibles (si el espacio disponible es limitado, generalmente nos enfocamos en módulos de silicio monocristalinos, que son más eficientes; cuando el problema del espacio no surge, puede recurrir al silicio amorfo , sí, menos eficiente, pero definitivamente menos costoso) y productividad energética (en lugares con un clima particularmente cálido, es aconsejable construir silicio amorfo o materiales de película delgada teniendo en cuenta que, en estas condiciones climáticas, tienen un mayor rendimiento energético).

Sistema fotovoltaico: los tipos de instalación.

Podemos dividir  un sistema fotovoltaico en tres tipos:

  • instalación de modificación
  • instalación integrada
  • Instalación de seguimiento.

Hablamos de sistemas de modernización que se refieren a instalaciones en edificios existentes; son sistemas fotovoltaicos “no integrados” (generalmente el término modificación indica la instalación de dispositivos o componentes en sistemas cuyo diseño original no preveía su uso). Las instalaciones de modernización son actualmente las más populares para los sistemas domésticos. 

Los módulos fotovoltaicos se aplican, a través de soportes especiales, en superficies existentes sin la necesidad de trabajos de albañilería adicionales.

En cambio, se habla de instalación integrada cuando, desde el momento del diseño de un edificio, se prevé la inclusión de paneles fotovoltaicos. Generalmente, esta inserción toma el lugar de los revestimientos de fachadas, pantallas solares que generalmente se aplican a tragaluces, refugios, etc. 

Una de las ventajas de los sistemas integrados es que, dado que su presencia está prevista desde el momento del diseño, es posible optimizar su rendimiento organizando las áreas destinadas a recibirlos con la inclinación y la exposición adecuadas.

Las instalaciones de seguimiento (también instalaciones girasol ) proporcionan módulos fotovoltaicos montados en estructuras especiales dispuestas para estar siempre orientadas hacia el sol. Basado en las detecciones de sensores específicos, una unidad de control activa el movimiento de los sistemas de girasol mediante el manejo adecuado de la inclinación y la orientación. 

Optimizar la recepción de la radiación solar puede aumentar la eficiencia hasta en un 50% en comparación con la que se puede obtener con un sistema fijo orientado de manera óptima. Un aspecto negativo de este tipo de sistema, en comparación con otros tipos de instalación, es una mayor frecuencia de problemas mecánicos. El uso más rentable para los sistemas fotovoltaicos de girasol es el de los grandes sistemas de tierra.

Sistemas fotovoltaicos: los pros y los contras

Si pedimos a los partidarios de las energías renovables que mencionen las características que deberían guiar la elección hacia ellos, se nos informará que las energías renovables , a diferencia de las tradicionales, no producen efectos negativos ni desde el punto de vista medioambiental ni desde el punto de vista climático. 

En nuestro artículo sobre la energía eólica , hemos visto cómo esta posición sufre una cierta parcialidad en el sentido de que, si analizamos el asunto a fondo, veremos que, independientemente del tipo de energía renovable, nunca se puede hablar de impacto cero.. Por otro lado, es cierto que todas las fuentes de energía renovables tienen características decididamente interesantes que vale la pena investigar sin ninguna ejecución hipotecaria.

Por lo tanto, tratamos de analizar objetivamente los pros y los contras relacionados con la explotación de la energía fotovoltaica.

Las ventajas : sin duda, la energía fotovoltaica puede considerarse, como otras fuentes de energía renovables, energía limpia, ya que no hay emisiones contaminantes que puedan crear problemas a nivel medioambiental y climático.

Entre las principales ventajas de los sistemas que utilizan energía fotovoltaica, se puede mencionar la confiabilidad y la durabilidad, esta última con un promedio de alrededor de 25-30 años; el mantenimiento de los paneles tampoco es particularmente costoso ya que, a excepción de los llamados sistemas fotovoltaicos de seguimiento , ya que no hay partes mecánicas móviles, el desgaste de los componentes es casi nulo.

Otra ventaja es la facilidad de instalación de los módulos, ya sea que se trate de sistemas fotovoltaicos adaptados o sistemas fotovoltaicos integrados.

Entre las características positivas podemos mencionar la modularidad; Esta característica es muy importante ya que permite una considerable flexibilidad y adaptabilidad de los sistemas de acuerdo con las necesidades del usuario final (las necesidades de un ciudadano privado obviamente no son las de una pequeña o mediana empresa).

Otras ventajas posibles pueden derivarse de incentivos regionales o estatales para aquellos que deciden asumir los gastos de un sistema fotovoltaico.

Los contras : los sistemas fotovoltaicos son muy caros. El problema no está relacionado tanto con la materia prima (el silicio no es un material raro) como con todos los procesos notablemente complejos y costosos relacionados con la construcción de células fotovoltaicas.

Otro problema está relacionado con el bajo rendimiento; Como hemos visto en los párrafos anteriores, el rendimiento máximo es de alrededor del 15% (mucho más bajo que el que se puede obtener, solo para dar un ejemplo, de las plantas de energía eólica).

También con respecto a la cuestión del “impacto ambiental” es necesario hacer algunas reflexiones. Para evaluar esta pregunta, generalmente se consideran tres fases distintas:

  • impacto ambiental durante la fase de producción de la planta
  • impacto ambiental en la fase de desmantelamiento de la planta
  • Impacto del paisaje.

La fase de producción es un momento decisivo en términos de impacto ambiental. El procesamiento de paneles fotovoltaicos requiere el uso de materiales de considerable toxicidad, ya sean paneles de silicio, teloruro de cadmio, arseniuro de galio, etc.

Como hemos visto, la vida media de un panel fotovoltaico es decididamente alta (25-30 años); al final de su ciclo, sin embargo, el panel debe ser tratado como desecho especial ya que contiene numerosas sustancias altamente tóxicas (cadmio, teluro, plomo, cobre, selenio, etc.), sustancias cuya eliminación requiere procedimientos complejos y costosos.

Según algunos, el impacto en el paisaje sería otro punto crítico en el sentido de que, digas lo que digas, la integración arquitectónica de los paneles es una cuestión compleja (difícil de pensar en cadenas interminables de paneles fotovoltaicos en los techos de San Gimignano u otros lugares turísticos interesantes) . 

Sin embargo, debe tenerse en cuenta que, a diferencia de la energía eólica, la energía fotovoltaica no aumenta la antropentropía cuando los sistemas se instalan en centros habitados y no a expensas de lugares que aún no están antropizados. Entonces, desde un punto de vista ambiental, el impacto de la energía fotovoltaica es definitivamente preferible al del viento.

¿Cuáles son las aplicaciones de la energía solar fotovoltaica?

La energía solar fotovoltaica tiene muchas aplicaciones en la actualidad Como por ejemplo:

  • Suministra energía eléctrica a hogares
  • Se utiliza en el alumbrado público
  • En el transporte se utiliza cada vez mas.
  • Es una tecnología que se utiliza en edificios y comercios

 

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