Energía solar fotovoltaicaENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA

Se basa en la captación de energía solar y su transformación en energía eléctrica por medio de celdas fotovoltaicas.

Los materiales semiconductores, para su utilización en celdas fotovoltaicas, han de ser producidos en purezas muy altas, normalmente con estructura cristalina.

La conversión de la energía solar a eléctrica se realiza de manera limpia, directa y elegante.

Existen dos elementos que sustentan la utilización de la energía fotovoltaica: "La necesidad de proteger el medio ambiente y la necesidad de crecer económicamente"

FUNCIONAMIENTO

La conversión fotovoltaica se basa en el efecto fotoeléctrico, es decir, en la conversión de la energía lumínica proveniente del sol en energía eléctrica.

Consiste en la captación de la energía radiante procedente del sol, equivalente a 3,8 E20 MW.

Es emitida por su superficie a la temperatura de 13 millones de grados (producida por las fusiones de átomos de Hidrógeno para formar Helio).

Se transmite por el espacio en forma de fotones de luz. Estos fotones atraviesan la atmósfera terrestre perdiendo parte de su energía por los impactos con la misma. Esta pérdida de energía será función de la distancia que recorre (latitud y altitud del sol) y del tipo de atmósfera que atraviesen (clara o nublada) hasta alcanzar la superficie de la Tierra.

Cuando fotones de un determinado rango de energía chocan con átomos de ciertos materiales semiconductores (el Silicio es el más representativo) les ceden su energía produciendo un desplazamiento de electrones que es en definitiva una corriente eléctrica.

Estos fotones se caracterizan por su energía y su longitud de onda (que forman lo que se llama espectro solar). Solo una parte de este espectro (que depende del material semiconductor) es aprovechada para el desplazamiento de los electrones.

Los materiales semiconductores, para su utilización en celdas fotovoltaicas, han de ser producidos en purezas muy altas, normalmente con estructura cristalina.

Estos cristales se cortan en rebanadas muy finas (del orden de micras) y se dopan unas con elementos químicos para producir huecos atómicos, lado "p", (en el caso del Si con Boro) y otras con otros elementos para producir electrones móviles, lado "n", (con Fósforo también en el caso del Si).

La unión de una rebanada "n" con una rebanada "p" (ambas son transparentes y por tanto dejan pasar los fotones) cada una con un conductor eléctrico metálico, forman así una célula fotoeléctrica, la cual bajo la incidencia de fotones, crea una corriente de electrones corriente eléctrica continua- a través del circuito eléctrico al que estén conectados los dos conductores de la celda.

COMPONENTES DE INSTALACION

CELDAS O CÉLULAS FOTOVOLTAICAS

Son dispositivos formados por metales sensibles a la luz que desprenden electrones cuando los fotones inciden sobre ellos. Convierten energía luminosa en energía eléctrica.

Las células solares están fabricadas de unos materiales con unas propiedades específicas, denominados semiconductores.

Para entender el funcionamiento de una célula solar, debemos de entender las propiedades de estos semiconductores.

Propiedades de los semiconductores:

Los electrones que se encuentran orbitando al rededor del núcleo atómico no pueden tener cualquier energía, solamente unos valores determinados, que son denominados, niveles energéticos, a los que se pone nombre: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p.

Las propiedades químicas de los elementos están determinadas por el número de electrones en su última capa y por electrones que faltan para completarla. En el silicio, material que se usa para la construcción de una célula solar, en su última capa, posee cuatro electrones y faltan otros cuatro para completarla.

Cuando los átomos de silicio se unen a otros, comparten los electrones de las últimas capas con la de los átomos vecinos, formando lo que se denomina enlace covalente. Estas agrupaciones dan lugar a un sólido de estructura cristalina.

De la forma, que los electrones de un átomo no pueden tener cualquier energía, los electrones de un cristal tampoco pueden tomar cualquier energía.

Teniendo en cuenta que en el átomo sus propiedades se determinan en la última capa, ahora son agrupaciones de capas, llamadas bandas de energía, y que definen las propiedades electrónicas de un cristal.

Las dos últimas capas ocupadas por electrones reciben el nombre de banda de conducción y banda de valencia. Estas están separadas por una energía denominada gap.

Para poder entender esto describiremos los tipos de materiales existentes, eléctricamente hablando:

Conductores, disponen de unos electrones de valencia poco ligados al núcleo y que pueden moverse con facilidad dentro de la red cristalina respondiendo a un estímulo externo.

Semiconductores, sus electrones de valencia están más ligados a sus núcleos que los conductores, pero basta suministrar una pequeña cantidad de energía para que se comporten igual que estos.

Aislantes, los electrones de valencia están fuertemente ligados al núcleo y la energía a suministrar para poder desprenderse del átomo sería excesivamente grande.

Llegando a este punto, podemos decir que a cierta temperatura, algunos electrones tendrán energía suficiente para desligarse de los átomos, a estos electrones libres se les denomina "electrones" y se les asocia con los niveles energéticos de la banda de conducción.

A los enlaces que han dejado vacíos se les denomina "huecos"; para entender mejor este racionamiento diremos que los "huecos" se comportan de la misma forma que partículas con carga positiva.

Si pusiéramos un cristal de estas características, lo único que conseguiríamos sería calentar el cristal, ya que los electrones se moverían dentro del propio cristal, se generarían pares electron-hueco, que constan de un electrón que se mueve y deja un hueco, a ese hueco irá otro electrón próximo, generando otro hueco y así sucesivamente.

Para generar una corriente eléctrica hace falta un campo magnético, que se consigue con la unión de dos cristales semiconductores, uno de tipo "p" y otro de tipo "n".

Estos semiconductores se obtienen con un cristal semiconductor muy puro, introduciéndoles impurezas.

Una de las regiones se dopa con fósforo, que tiene cinco electrones de valencia, uno más que el silicio, de forma que esta región dopada muestra una afinidad por los electrones mayor que el silicio puro. A esta región se le denomina de tipo n.

La otra región de dopa con boro, que tiene tres electrones de valencia, uno menos que el silicio, de forma que esta región muestra una afinidad por los electrones inferior que el silicio puro. A esta región se le denomina de tipo p.

De esta forma, teniendo un cristal semiconductor de silicio formado por una región de tipo p y otra región de tipo n, se consigue una diferencia de potencial que hace que los electrones tengan menos energía en la zona n que en la zona p. Por esta razón los electrones son enviados a la zona n y los huecos a la zona p.

Cuando inciden fotones sobre este tipo de semiconductor, unión p-n, es cuando entonces se rompen algunos enlaces, generándose de esta forma pares electrón-hueco.

Las células solares, para poder suministrar energía al exterior, van provistas de unos dedos o mallas de metalización frontal, que consisten en partes metálicas por la que circula al exterior la corriente eléctrica generada.

Si esta generación se produce a una distancia de la unión menor que lo que se denomina longitud de difusión, estos pares serán separados por el fuerte campo eléctrico que existe en la unión, moviéndose el electrón hacia la zona n y el hueco hacia la zona p. De esta forma se da una corriente de la zona n a la zona p.

Si estos electrones consiguen ser recolectados por la malla de metalización, obtendremos energía eléctrica

Si la longitud de difusión es muy corta, el par electrón-hueco, se recombinará, lo cual dará origen a calor. Por supuesto esto siempre que la célula esté iluminada.

De todas formas no todos los fotones incidentes generan electricidad, hay factores que hacen que existan pérdidas en esta generación.

Energía de fotones incidentes, hay veces que los fotones incidentes no disponen de la energía necesaria para romper un enlace covalente y crear un par electrón-hueco, y otras, el fotón tiene demasiada energía, lo cual se disipa en forma de calor.

Recombinación, es el hecho de que los electrones liberados ocupen un hueco próximo a ellos.

Reflexión, parte de la radiación incidente en la célula es reflejada.

Malla de metalización, estos contactos eléctricos en el exterior de la célula, disminuye la superficie de captación.

Resistencia serie, es el efecto Joule producido por el paso de electrones a través del silicio, la malla de metalización y resistencia de los contactos de conexión eléctricas al circuito exterior.

Resistencia paralelo, tiene origen en las imperfecciones de la unión p-n, creando fugas de corriente.

Las células más comúnmente empleadas en los paneles fotovoltaicos son de silicio, y se puede dividir en tres subcategorías:

Las células de silicio monocristalino: están constituidas por un único cristal de silicio, normalmente manufacturado mediante el proceso Czochralski. Este tipo de células presenta un color azul oscuro uniforme.

Las células de silicio policristalino (también llamado multicristalino): están constituidas por un conjunto de cristales de silicio, lo que explica que su rendimiento sea algo inferior al de las células monocristalinas. Se caracterizan por un color azul más intenso.

Las células de silicio amorfo: Son menos eficientes que las células de silicio cristalino pero también menos costoso. Este tipo de células es, por ejemplo, el que se emplea en aplicaciones solares como relojes o calculadoras.

El parámetro estandarizado para clasificar la potencia de un panel fotovoltaico se denomina potencia pico, y se corresponde con la potencia máxima que el módulo puede entregar bajo unas condiciones estandarizadas, que son:

a) Radiación de 1000 W/m²b) Temperatura de célula de 25 °C (no temperatura ambiente).

Los rendimientos típicos de una célula fotovoltaica de silicio policristalino oscilan entre el 14 %-20 %.

Para células de silicio monocristalino, los valores oscilan en el 15 %-21 %.

Los más altos se consiguen con los colectores solares térmicos a baja temperatura (que puede alcanzar un 70 % de rendimiento en la transferencia de energía solar a térmica).

Están formados por células elaboradas a base de silicio puro con adición de impurezas de ciertos elementos químicos, siendo capaces de generar cada una de 2 a 4 Amperios, a un voltaje de 0,46 a 0,48 V, utilizando como materia prima la radiación solar.

Las celdas solares comerciales se fabrican con lingotes de silicio de alta pureza (material muy abundante en la arena). El lingote es rebanado en forma de placas delgadas llamadas obleas.

El espesor típico usado es del orden de 300 nm (0.3 mm). Una fracción muy pequeña de tal espesor (del orden de 0.5 nm) es impregnado con átomos de fósforo. A esta capa se le conoce como tipo-n.

El resto de la oblea es impregnado con átomos de boro y se forma la capa conocida como tipo-p. Estas capas forman un campo eléctrico (voltaje interno construido) dentro de la oblea y cerca de la superficie que recibe la luz del sol. Dicho voltaje es el responsable de separar a las cargas fotogeneradas positivas (huecos) y negativas (electrones).La celda cuenta con dos terminales que se conectan a un circuito externo para extraer la corriente eléctrica producida. La cara de la oblea expuesta a la luz, posee un enrejado metálico muy fino (plata y/o aluminio), el cual colecta los electrones fotogenerados. Esta capa corresponde a la terminal negativa. Sobre este enrejado está conectado uno de los conductores del circuito exterior. La otra cara cuenta con una capa metálica, usualmente de aluminio. Esta corresponde a la terminal positiva ya que en ella se acumulan las cargas positivas. Sobre esta capa está conectado el otro conductor del circuito exterior. También la celda está cubierta con una película delgada anti reflejante para disminuir las pérdidas por reflexión.

• PANEL SOLAR

Están formados por varias celdas fotovoltaicasLas células se montan en serie sobre paneles o módulos solares para conseguir un voltaje adecuado a las aplicaciones eléctricas; los paneles captan la energía solar transformándola directamente en eléctrica en forma de corriente continua, que se almacena en acumuladores, para que pueda ser utilizada fuera de las horas de luz.

Los módulos fotovoltaicos admiten tanto radiación directa como difusa, pudiendo generar energía eléctrica incluso en días nublados.En general las células tienen potencias nominales próximas a 1Wp, lo que quiere decir que con una radiación de 1000W/m2 proporcionan valores de tensión de unos 0,5 V y una corriente de unos dos amperios.

Para obtener potencias utilizables para aparatos de mediana potencia, hay que unir un cierto número de células con la finalidad de obtener la tensión y la corriente requeridas.Para tener más tensión hay que conectar varias células en serie. Conectando 36 (dimensiones normales, 7.6 cm de diámetro) se obtienen 18 V, tensión suficiente para hacer funcionar equipos a 12V, incluso con iluminaciones mucho menores de 1kW/m2.La unidad básica de las instalaciones fotovoltaicas es, pues, la placa fotovoltaica, que contiene entre 20 y 40 células solares; estas placas se conectan entre sí en serie y/o paralelo para obtener el voltaje deseado (12V, 14V, etc.).Estas células interconectadas y montadas entre dos láminas de vidrio que las protegen de la intemperie constituyen lo que se denomina un módulo fotovoltaico.El panel solar tiene características eléctricas vienen determinadas por el número y forma de conexión de las células.Conexión serie, conexionadas de forma que el lado p sea conectado con el lado n de otra célula, así sucesivamente, quedando cada extremo con un lado n y otro p.Las tensiones generadas de cada célula se suman, la corriente es el valor de una célula.Conexión paralelo, conexionados todos los lados de tipo p, por un lado, y los de tipo n por otro.La tensión generada es la de una célula y la corriente es la suma de todas.Conexión mixta, es la conexión en serie y en paralelo de las células.

Donde la tensión generada es la suma de las tensiones de células en serie y la corriente es la suma de todas las células en paralelo.

Itotal = I x número de células en paraleloVtotal = V x número de células en serie

Existen varios tipos de paneles fotovoltaicos, que se diferencian bien por su tecnología de fabricación de células o por su aplicación.

Silicio monocristalino Silicio policristalino Silicio amorfo Policristalinos de lámina delgada Paneles para el espacio Sulfuro de cadmio y sulfuro de cobre Teluro de cadmio Seleniuro de cobre e indio Arseniuro de galio o de concentración Bifaciales

Elementos

GENERADOR SOLAR: conjunto de paneles fotovoltaicos que captan energía luminosa y la transforman en corriente continua a baja tensión.

ACUMULADOR: Almacena la energía producida por el generador. Una vez almacenada existen dos opciones:

a) Sacar una línea de éste para la instalación (utilizar lámpara y elementos de consumo eléctrico).

b) Transformar a través de un inversor la corriente continua en corriente alterna.

REGULADOR DE CARGA: Su función es evitar sobrecargas o descargas excesivas al acumulador, puesto que los daños podrían ser irreversibles. Debe asegurar que el sistema trabaje siempre en el punto de máxima eficacia.

Al conjunto formado por células conectadas en serie y en paralelo, convenientemente ensamblado y protegido contra los agentes externos, se le denomina panel o módulo fotovoltaico. La forma más usual no es construir un generador solar de un sólo panel, sino dividirlo en varios paneles de igual voltaje y potencia. Para varias aplicaciones se pueden diseñar módulos estándar, cumpliendo condiciones específicas.

Corrientemente sólo se usan ciertos voltajes estándar, como 1,5 V, 6 V, 12 V, 24 V y 48 V, que son múltiplos unos de otros. Cualquier pedido específico de potencia se puede satisfacer conectando el número adecuado de módulos en serie y en paralelo. La asociación en serie de paneles permite alcanzar la tensión pedida mientras que la asociación en paralelo permite obtener la potencia deseada. Los paneles que se interconexiones deberán tener la misma curva i-v a fin de evitar descompensaciones.

Las células solares son elementos frágiles y se deben proteger por ambos lados. Esto se consigue colocándolas entre una capa de protección superior y otra inferior. El coeficiente de expansión térmica de los materiales protectores, tanto el superior como

el inferior, debe ser similar y compatible además con el de las células. En la actualidad los plásticos y el vidrio son los materiales más empleados. El vidrio tiene la ventaja de mantener intactas sus propiedades ópticas y eléctricas durante largos periodos. Los polímeros no impiden la penetración de la humedad en las uniones y la metalización, por lo que son apropiados si el silicio subyacente y los otros materiales son resistentes a la corrosión. Los plásticos son más ligeros que el vidrio, pero se deben escoger cuidadosamente puesto que algunos tipos pueden perder su transparencia a la luz y su solidez después de una larga exposición a la luz solar y a la atmósfera.

Los paneles adoptan casi siempre una forma cuadrada o rectangular, con áreas que van desde unos 0,1 m² hasta 0,5 m². El grueso total, sin incluir el marco protector, no suele superar los 3 cm. Son relativamente ligeros y, aunque rígidos en apariencia, son capaces de sufrir ligeras deformaciones para adaptarse a los esfuerzos mecánicos a que pudiesen verse sometidos. Los contactos eléctricos exteriores deben asegurar una perfecta estanqueidad cuando se efectúe la unión con el conductor exterior o con los paneles. Algunos paneles llevan preparada una toma de tierra, que será precisa usar cuando, por acoplarse un cierto número de paneles, la potencia total vaya a ser considerable.

La respuesta del panel frente a la radiación solar viene determinada por las células que lo forman, por lo que se caracterizará por los mismos parámetros que describen a una célula:

Corriente de cortocircuito Tensión de circuito abierto Potencia máxima Factor de forma Eficiencia total del panel

La curva característica del panel o curva de intensidad-voltaje presenta la misma forma que en el caso de las células y varía poco de unos paneles a otros. El estándar internacionalmente aceptado para medir respuestas de los paneles fotovoltaicos es una intensidad radiante de 1000 W/m², que se conoce como una intensidad de un Sol y una temperatura de la célula de 25 grados Celsius. Así, la potencia nominal pico de un panel es la proporcionada por el mismo al recibir una irradiación de 1000 W/m² cuando la temperatura es de 25 grados Celsius. No obstante, las condiciones de trabajo respecto a las de referencia vendrán dadas por las variaciones de las células componentes.

Inclinación y orientación de los paneles fotovoltaicos

Frente a la opción de emplear un sistema de seguimiento, una solución estática puede resultar suficiente para determinadas aplicaciones. Naturalmente, en este caso la energía colectada no es la máxima posible pero puede resultar aceptable si se da al colector una determinada orientación, la cual se puede variar con ajustes estacionales para conseguir algunas mejoras.

Inclinación

La radiación solar que incide sobre una placa variará con el ángulo que forme la misma con la radiación. La captación de energía solar será máxima cuando la posición de la placa solar sea perpendicular a la radiación.

La inclinación de los rayos del sol respecto a la superficie horizontal es variable a lo largo del año (máxima en verano y mínima en invierno) y por tanto, en aquellas instalaciones cuyos paneles estén fijos, existirá un ángulo de inclinación que optimizará la colección de energía sobre una base anual. Es decir, conviene buscar el ángulo de inclinación de los paneles respecto al plano horizontal que hace máxima la potencia media anual recibida. En la mayoría de los casos este ángulo coincide con la latitud del lugar de la instalación. Normalmente se suele tomar un ángulo mayor, aproximadamente 15º, en beneficio de una mayor captación durante el invierno, cuando la luminosidad disminuye, a costa de una peor captación en verano, cuando hay una mayor cantidad de luz.

Puede ocurrir que la instalación no vaya a usarse todo el año sino sólo en ciertas épocas. Así, si la instalación se va a usar preferentemente en verano conviene que la inclinación del colector sea menor que la latitud del lugar, aproximadamente en 15º.

Evidentemente, las pérdidas de las superficies horizontales con respecto a las que están inclinadas aumentan progresivamente a medida que nos acercamos al norte (en el hemisferio norte) o al sur (en el hemisferio sur). En los polos, los planos horizontales son inútiles. No obstante, es extremadamente difícil valorar las pérdidas en los climas templados ya que la proporción de luz difusa del sol es más grande debido a la presencia de polvo, vapor de agua y nubes. La orientación no ofrece ninguna ventaja en cuanto a la energía recibida desde la radiación indirecta. Por el contrario, debido a que los paneles inclinados reciben la luz de una parte del hemisferio, estos recogen menos luz difusa que los receptores horizontales.

Orientación

La orientación preferida de los colectores es hacia el Sur, debido a que la trayectoria del Sol en movimiento Este a Oeste es simétrica respecto de la posición que ocupa al mediodía y a que es precisamente en este momento cuando la captación de energía solar es máxima.

Las desviaciones hacia el Oeste o hacia el Este en un ángulo inferior a 30º hacen disminuir la radiación diaria recibida en un pequeño valor que se cifra en menos del 5%. Por el contrario, para ángulos superiores a este valor, las pérdidas en la irradiación captada son considerables.

En resumen, la orientación óptima de un colector es la que mira directamente hacia el Sur, pero si esto no es posible puede determinarse una variación aproximada de 15º.

• INVERSORESLa corriente eléctrica continua que proporcionan los módulos fotovoltaicos se puede transformar en corriente alterna mediante un aparato electrónico llamado inversor109 e inyectar en la red eléctrica (para venta de energía) o bien en la red interior (para autoconsumo).El proceso, simplificado, sería el siguiente:

Se genera la energía a bajas tensiones (380-800 V) y en corriente continua. Se transforma con un inversor en corriente alterna. En plantas de potencia inferior a 100 kW se inyecta la energía directamente a la red de

distribución en baja tensión (400 V en trifásico o 230 V en monofásico). Y para potencias superiores a los 100 kW se utiliza un transformador para elevar la

energía a media tensión (15 ó 25 kV) y se inyecta en las redes de transporte para su posterior suministro.

• SEGUIDORES SOLARES

El uso de seguidores a uno o dos ejes permite aumentar considerablemente la producción solar, en torno al 30% para los primeros y un 6% adicional para los segundos, en lugares de elevada radiación directa.113 114Los seguidores solares son bastante comunes en aplicaciones fotovoltaicas.115 Existen de varios tipos:

En dos ejes: la superficie se mantiene siempre perpendicular al Sol. En un eje polar: la superficie gira sobre un eje orientado al sur e inclinado un ángulo

igual a la latitud. El giro se ajusta para que la normal a la superficie coincida en todo momento con el meridiano terrestre que contiene al Sol.

En un eje azimutal: la superficie gira sobre un eje vertical, el ángulo de la superficie es constante e igual a la latitud. El giro se ajusta para que la normal a la superficie coincida en todo momento con el meridiano local que contiene al Sol.

En un eje horizontal: la superficie gira en un eje horizontal y orientado en dirección norte-sur. El giro se ajusta para que la normal a la superficie coincida en todo momento con el meridiano terrestre que contiene al Sol.

• CABLEADO

Es el elemento que transporta la energía eléctrica desde su generación, para su posterior distribución y transporte. Su dimensionamiento viene determinado por el criterio más restrictivo entre la máxima caída de tensión admisible y la intensidad máxima admisible. Aumentar las secciones de conductor que se obtienen como resultado de los cálculos teóricos aporta ventajas añadidas como:

Líneas más descargadas, lo que prolonga la vida útil de los cables. Posibilidad de aumento de potencia de la planta sin cambiar el conductor. Mejor respuesta a posibles cortocircuitos. Mejora del performance ratio (PR) de la instalación.

TIPOS DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS

Sistemas autónomos o Remotos

Los sistemas autónomos son el mercado que estimuló la producción industrial de módulos Fotovoltaicos y dio credibilidad a la energía, al demostrar que pese a su costo, son la opción más económica en algunas aplicaciones terrestres.La energía generada a partir de la conversión fotovoltaica se utiliza para cubrir pequeños consumos eléctricos en el mismo lugar donde se produce la demanda.Es el caso de aplicaciones como la electrificación de:

viviendas alejadas de la red eléctrica convencional, básicamente electrificación rural; servicios y alumbrado público: iluminación pública mediante farolas autónomas de

parques, calles, monumentos, paradas de autobuses, refugios de montaña, alumbrado de vallas publicitarias, etc.

Aplicaciones agrícolas y de ganado: bombeo de agua, sistemas de riego, iluminación de invernaderos y granjas, suministro a sistemas de ordeño, refrigeración, depuración de aguas, etc.;

Señalización y comunicaciones: navegación aérea (señales de altura, señalización de pistas) y marítima (faros, boyas), señalización de carreteras, vías de ferrocarril, repetidores y reemisores de radio y televisión y telefonía, cabinas telefónicas aisladas con recepción a través de satélite o de repetidores, sistemas remotos de control y medida, estaciones de tomas de datos, equipos sismológicos, estaciones meteorológicas, dispositivos de señalización y alarma, etc. El balizamiento es una de las aplicaciones más extendida, lo que demuestra la alta fiabilidad de estos equipos.

Por su parte, en las instalaciones repetidoras, su ubicación generalmente en zonas de difícil acceso obligaban a frecuentes visitas para hacer el cambio de acumuladores y la vida media de éstos se veía limitada al trabajar con ciclos de descarga muy acentuados.

Aplicaciones de sistemas fotovoltaicos autónomos en Electrificación Rural

Sistemas conectados a la red

En cuanto a las instalaciones conectadas a la red e pueden encontrar dos casos:

Centrales fotovoltaicas, (en las que la energía eléctrica generada se entrega directamente a la red eléctrica, como en otra central convencional de generación eléctrica).Sistemas fotovoltaicos en edificios o industrias, conectados a la red eléctrica, en los que una parte de la energía generada se invierte en el mismo autoconsumo del edificio, mientras que la energía excedente se entrega a la red eléctrica.También es posible entregar toda la energía a la red; el usuario recibirá entonces la energía eléctrica de la red, de la misma manera que cualquier otro abonado al suministro.

Tipos de sistemas conectados a la red

Generadores dispersos.- Son generadores de baja capacidad (1-10KW) instalados en inmuebles residenciales, comerciales o institucionales.

Estaciones Centrales.- Son plantas de gran capacidad (de hasta varios MW) Operadas por la compañía suministradora. La interconexión con la red siempre es trifásica debido al rango de potencia.

Estaciones de apoyo a la red.- Son similares a una estación central, su objetivo es proporcionar alivio térmico a subestaciones y o líneas de distribución que se encuentren cerca del límite de su capacidad.

PRODUCCIÓN DE ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA

Alemania es en la actualidad el segundo productor mundial de energía solar fotovoltaica tras Japón, con cerca de 5 millones de metros cuadrados de colectores de sol, aunque sólo representa el 0,03% de su producción energética total. La venta de paneles fotovoltaicos ha crecido en el mundo al ritmo anual del 20% en la década de los noventa. En la UE el crecimiento medio anual es del 30%, y Alemania tiene el 80% de la potencia instalada.

El crecimiento actual de las instalaciones solares fotovoltaicas está limitado en 2006 por la falta de materia prima en el mercado (silicio de calidad solar) al estar copadas las fuentes actuales. Diversos planes se han establecido para nuevas factorías de este material en todo el mundo, incluyendo en mayo de 2006 la posibilidad de que se instale una en España con la colaboración de los principales actores del mercado. La inyección en red de la Energía solar fotovoltaica, está probada por el Gobierno Español con el 575 % del valor del kilowatiohora normal. Lo que corresponde con unos 0,44 euros por cada kwh que se inyecte en red.Actualmente, el acceso a la red eléctrica en España requiere una serie de permisos de la administración y la autorización de la compañía eléctrica distribuidora de la zona. Esta tiene la obligación de dar punto de enganche o conexión a la red eléctrica, pero en la práctica el papeleo y la reticencia de las eléctricas están frenando el impulso de las energías renovables.Las eléctricas buscan motivos técnicos como la saturación de la red para controlar sus intereses en otras fuentes energéticas y con la intención de bloquear la iniciativa de los pequeños productores de energía solar fotovoltaica. Esta situación provoca una grave contradicción entre los objetivos de la Unión Europea para impulsar las energías limpias y la realidad de una escasa liberalización en España del sector energético que impide el despegue y la libre competitividad de las energías renovables.

CENTRALES DE ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA

La mayor central de energía solar del mundo hasta el año 2004 se encontraba en la ciudad de Espenhain, cerca de Leipzig. Con 33.500 paneles solares modulares monocristalinos y una capacidad de producción de 5 megavatios, la central es suficiente para abastecer a 1800 hogares. La inversión ascendió a 20 millones de euros, según Shell Solar y Geosol, las firmas constructoras. Actualmente la empresa alemana SAG Solarstrom, que opera en España con el nombre TAU Solar, ha construido la mayor huerta solar del mundo en Erlasee (Alemania). Esta sustituye a la central de Espenhain. La nueva central de Erlasee cuenta en su totalidad con una capacidad de producción de 12 megavatios.El mayor fabricante europeo de productos fotovoltaicos es la compañía alemana RWE SCHOTT Solar con sede en Alzenau (Baviera). Esta compañía posee la planta de producción fotovoltaica más moderna y completamente integrada del mundo. En 2003 la compañía generó ventas netas de 123 millones de euros y tiene más de 800 empleados.Además Friburgo de Brisgovia es la sede de ISES (Sociedad Internacional de Energía Solar).

INVERSIÓN EN ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA

Las eficiencias de las células solares varían entre el 6% de aquellas basadas en silicio amorfo hasta el 46% de las células multiunión. Las eficiencias de conversión de las células solares que se utilizan en los módulos fotovoltaicos comerciales (de silicio monocristalino o policristalino) se encuentran en torno al 14-22%.

El coste de las células solares de silicio cristalino ha descendido desde 76,67 $/Wp en 1977 hasta aproximadamente 0,36 $/Wp en 2014. Esta tendencia sigue la llamada "ley de Swanson", una predicción similar a la conocida Ley de Moore, que establece que los precios de los módulos solares descienden un 20% cada vez que se duplica la capacidad de la industria fotovoltaica.

En 2014, el precio de los módulos solares se había reducido en un 80% desde el verano de 2008, colocando a la energía solar por primera vez en una posición ventajosa respecto al precio de la electricidad pagado por el consumidor en un buen número de regiones soleadas. En este sentido, el coste medio de generación eléctrica de la energía solar fotovoltaica es ya competitivo con el de las fuentes convencionales de energía en una creciente lista de países, particularmente cuando se considera la hora de generación de dicha energía, ya que la electricidad es usualmente más cara durante el día. Se ha producido una dura competencia en la cadena de producción, y asimismo se esperan mayores caídas del coste de la energía fotovoltaica en los próximos años, lo que supone una creciente amenaza al dominio de las fuentes de generación basadas en las energías fósiles. Conforme pasa el tiempo, las tecnologías de generación renovable son generalmente más baratas, mientras que las energías fósiles se vuelven más caras:

Cuanto más desciende el coste de la energía solar fotovoltaica, más favorablemente compite con las fuentes de energía convencionales, y más atractiva es para los usuarios de electricidad en todo el mundo. La fotovoltaica a pequeña escala puede utilizarse en California a precios de $100/MWh ($0,10/kWh) por debajo de la mayoría de otros tipos de generación, incluso aquellos que funcionan mediante gas natural de bajo coste. Menores costes en los módulos fotovoltaicos también suponen un estímulo en la demanda de consumidores particulares, para los que el coste de la fotovoltaica se compara ya favorablemente al de los precios finales de la energía eléctrica convencional.

En 2011, el coste de la fotovoltaica había caído bastante por debajo del de la energía nuclear, y se espera que siga cayendo:

La tendencia es que los precios disminuyan aún más con el tiempo una vez que los componentes fotovoltaicos han entrado en una clara y directa fase industrial.293 294 A finales de 2012, el precio medio de los módulos fotovoltaicos había caído a 0,50 $/Wp, y las previsiones apuntan que su precio seguirá reduciéndose hasta los 0,36 $/Wp en 2017.

En 2015, el Instituto alemán Fraunhofer especializado en energía solar (ISE) realizó un estudio que concluía que la mayoría de los escenarios previstos para el desarrollo de la energía solar infravaloran la importancia de la fotovoltaica. El estudio realizado por el instituto Fraunhofer estimaba que el coste levelizado (LCOE) de la energía solar fotovoltaica para plantas de conexión a red se situará a largo plazo entre 0,02 y 0,04 €/kWh, niveles inferiores a los de las fuentes de energía convencionales.

APLICACIONES

Tradicionalmente este tipo de energía se utilizaba para el suministro de energía eléctrica en lugares donde no era rentable la instalación de líneas eléctricas. Con el tiempo su uso se ha ido diversificando hasta el punto que actualmente resultan de gran interés las instalaciones solares en conexión con la red eléctrica.

La energía fotovoltaica tiene muchísimas aplicaciones, en sectores como las telecomunicaciones, automoción, náuticos, parquímetros. También podemos encontrar instalaciones fotovoltaicas en lugares como carreteras, ferrocarriles, plataformas petrolíferas o incluso en puentes, gaseoductos y oleoductos. Tiene tantas aplicaciones como pueda tener la electricidad. La única limitación existente es el coste del equipo o el tamaño del campo de paneles.Algunos usos:

Electrificación de viviendas rurales Suministro de agua a poblaciones Bombeo de agua / riegos Naves ganaderas Pastores eléctricos Telecomunicaciones: repetidores de señal, telefonía móvil y rural Tratamiento de aguas: desalinización, cloración Señalizaciones (marítima, ferroviaria, terrestre y aérea) y alumbrado público Conexión a la red Protección catódica Sistemas de telecontrol vía satélite, detección de incendios

CONCLUSIONES

La producción de energía fotovoltaica se realiza de manera limpia, directa y elegante por ende esta tiende a proyectarse como una de las mejores alternativas a nivel mundial para obtener energía eléctrica.Sabiendo que la generación de energía fotovoltaica trae consigo un sinnúmero de ventajas creemos que todos los países deberían implementar este nuevo sistema ya que gracias a ello se contribuye con la naturaleza y este es además muy rentable en cuanto a lo económico.Finalmente en nuestro medio se podría implementar este sistema tratando de incentivar a profesionales y a estudiantes que se dirijan hacia este campo ya que a la larga será uno de las tecnologías más comunes y necesarias a ser utilizadas.

BIBLIOGRAFÍA

Fernández Salgado. GUÍA COMPLETA DE LA ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA Y TERMOELÉCTRICA.

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