9 Agosto, 2018 MaritecSolar

Energía Fotovoltáica

La radiación solar que incide sobre la tierra genera más energía en una hora de la que se consume en todo el mundo en el lapso de un año. Esta energía se puede utilizar de diferentes maneras: por ejemplo, con ayuda de la tecnología fotovoltaica.

La tecnología fotovoltaica alemana se está usando en todos los continentes, ya sea mediante sistemas conectados a la red de suministro o mediante sistemas autónomos.

Esquema de función de una célula fotovoltaica:

1.) electrodos negativos
2.) electrodos positivos
3.) silicio tipo n
4.) silicio tipo p
5.) capa límite

Ventajas de la generación de energía fotovoltaica

• Generación de electricidad sin ruido ni emisiones
• Gran capacidad de aplicación, desde miniaplicaciones como las calculadoras solares de bolsillo hasta la producción de energía para hogares y grandes centrales con un rendimiento de varios megavatios
• Sin partes movibles – los sistemas disfrutan de una larga vida en servicio
• Gran sostenibilidad climática – el uso y la eliminación de silicio no presenta ningún riesgo para el medio ambiente.

Sistemas fotovoltaicos

Dependiendo de cada aplicación, los módulos se configuran como sistemas instalados completos que disponen de inversores, reguladores de carga, baterías y similares. Las instalaciones fotovoltaicas se pueden diseñar como sistemas autónomos o como sistemas conectados a la red de distribución eléctrica. En sistemas autónomos, el rendimiento energético se ajusta a las necesidades energéticas, siendo almacenado, si es necesario, en acumuladores o siendo implementado utilizando una fuente de energía adicional (sistemas híbridos). En los sistemas conectados a la red eléctrica, la red de electricidad pública es efectivamente el medio de almacenamiento de la energía.

Tecnología y aplicaciones

El uso de células fotovoltaicas posibilita la conversión directa de luz solar en energía eléctrica. La luz solar separa las cargas positivas y negativas en las células fotovoltaicas, que, al igual que en una pila, se encuentran en ambos polos de la célula solar para su aprovechamiento. Una cantidad determinada de células fotovoltaicas (por ejemplo 48) se unen eléctricamente en un panel fotovoltaico. Si consideramos el panel fotovoltaico como el corazón de un sistema fotovoltaico, la célula fotovoltaica sería el corazón del panel fotovoltaico.

Más del 90 % de las células fotovoltaicas utilizadas a nivel mundial se componen de silicio cristalino preservado durante siglos.

Las tecnologías de lámina delgada están desempeñando un papel cada vez más importante, ya que fabricarlas supone la posibilidad de reducir los costes de material, disponen de una superficie homogénea y, como células fotovoltaicas cristalinas, ofrecen otras características operativas. Es cierto que el descenso del precio del silicio cristalino ha hecho disminuir significativamente desde 2009 la diferencia de precio entre los paneles cristalinos y los paneles de capa fina, sin embargo, la tecnología de capa fina posee un enorme potencial en el futuro ya que aumenta las posibilidades de aplicación de la energía fotovoltaica. Este factor afecta también a tecnologías como la fotovoltaica orgánica, todavía en estado de desarrollo y experimentación, y que se apoya en los procesos de fotosíntesis de la naturaleza. En este momento, las células de capa fina tienen todavía un rendimiento muy bajo, en comparación con los módulos convencionales, así, para obtener la misma potencia, es necesario una superficie de instalación mayor. Al elegir los paneles fotovoltaicos apropiados, se deben tener en cuenta los costos totales de los paneles (precio por kilovatio) y los costos del sistema por kilovatio / hora (“Costos de producción”). Los lugares con un alto porcentaje de luz solar directa incrementan la rentabilidad de una inversión.

Actualmente, las centrales de energía solar acopladas a la red (aquellas que funcionan con inversores solares y producen corriente alterna alimentando las redes eléctricas públicas) son las que más crecen en el mercado mundial. Existen diferentes niveles de potencia para las centrales fotovoltaicas acopladas a la red: desde las pequeñas en edificios con 1 KWp (kilovatio pico) de potencia y una superficie de unos 10 m2; hasta las más grandes al aire libre con más de 100 MWp (megavatios peak) de potencia. Las centrales solares pequeñas con una potencia nominal usual de 3 – 4 kWp pueden integrarse de un modo óptimo en edificios existentes. Las centrales de tamaño mediano, de unos 30 a 100 kWp, suelen instalarse en naves industriales, edificios de oficinas o de uso agrícola, colegios, ayuntamientos u otros edificios públicos. Ocasionalmente, también existen instalaciones industriales sobre tejado en megavatios. No obstante, las grandes instalaciones con potencias entre 1 y 60 MW se construyen generalmente como instalaciones al aire libre.

Los sistemas fotovoltaicos ofrecen, además, la posibilidad de disponer de energía eléctrica sin tener que depender de una red eléctrica existente. Para abastecer de electricidad lugares muy alejados de la red (fuera del sistema), se han de pagar altos costes en la construcción de redes de distribución y de transferencia. Asimismo, los sistemas solares con baterías integradas, funcionan como un sistema de almacenamiento de energía y también sirven para el abastecimiento en zonas con frecuentes problemas de apagones. La versión más sencilla de abastecimiento en sistemas aislados de la red, es la utilización inmediata de la corriente continua, generada por la radiación solar, en aparatos eléctricos.

Asimismo, la energía fotovoltaica puede utilizarse para el montaje de sistemas ubicados en instalaciones aisladas de la red. Estas instalaciones autónomas pueden suministrar electricidad a edificios aislados o incluso a varias poblaciones, aunque la electricidad debe transformarse previamente en corriente alterna con un inversor. Para garantizar el suministro de electricidad también en horas de radiación solar insuficiente, es necesario integrar un módulo de almacenamiento (por ejemplo, una batería) en el montaje estos sistemas autónomos. Una variante económica y cómoda de suministro eléctrico aislado de la red a largo plazo es la combinación de plantas de energía hidráulica o eólica con centrales fotovoltaicas o, dado el caso, también se podrían utilizar generadores de electricidad (sistemas híbridos) accionados por diesel o biocombustibles. La energía fotovoltaica también puede servir para ahorrar en combustibles necesarios (como el diesel) para la producción de energía eléctrica, ya que estos tienen que viajar grandes distancias hasta las zonas rurales más alejadas.

Principios para la instalación de sistemas fotovoltaicos conectados a la red eléctrica

• Generación de energía – las células solares generan energía eléctrica a partir de la luz que incide directamente sobre ellas. Esta energía es corriente eléctrica directa.
• Conversión de energía – convierten la corriente directa en corriente alterna como la que se usa en redes eléctricas.

Esta conversión se lleva a cabo a través del inversor de carga eléctrica, que también regula el modo operativo óptimo de acuerdo a las condiciones de radiación e incluye dispositivos protectores y de monitoreo.

Uso de la energía – dependiendo del tipo de conexión, la electricidad generada es suministrada completamente a la red pública o se emplea en primer lugar para el suministro de electricidad doméstica y después tan solo se suministra la sobrante al operador de red eléctrica. Comparado con una instalación sin conexión a la red eléctrica, los costes del sistema son más bajos ya que generalmente no se requiere un sistema de almacenamiento de energía. Éste es un factor que también mejora la eficiencia del sistema y reduce el impacto medioambiental. El tamaño de los sistemas de producción de energía solar sin conexión a la red es más flexible que el de otras fuentes de energía. Se puede implementar para cualquier tamaño deseado entre 100 y varios vatios. Por ejemplo, si un sistema está pensado para cubrir el consumo anual de una familia de cuatro miembros en Alemania, la media de hogares necesitaría un sistema fotovoltaico con una capacidad de 4 a 5 kWp. Dependiendo del tipo de tecnología fotovoltaica empleada, esto corresponde a una superficie de entre 30 y 40 m2. Sin embargo, un hogar que utilice aplicaciones de ahorro de energía solo necesita un sistema fotovoltaico que suministre entre 2 y 3 kWp, lo que equivale a ocupar unos 20 m2 de superficie en el tejado.

 

Opciones de diseño

El mercado fotovoltaico ofrece numerosas opciones de diseño: montaje sobre el tejado, integración en el tejado y en la fachada del edificio, tejado plano, módulos semitransparentes, una combinación de sistemas para el tejado con generación de energía fotovoltaica, instalaciones independientes, muros de protección contra el ruido y techos de las plataformas ferroviarias. Las empresas alemanas suministran sistemas robustos, fiables y probados para un amplio abanico de opciones de aplicación que es también un aspecto destacable desde el punto de vista arquitectónico.

 

Suministro fiable mediante la energía fotovoltaica

En caso de avería en la red, los sistemas PV conectados a la red eléctrica tienen que ser normalmente desconectados de la red por razones de seguridad, para prevenir así operaciones autónomas incontroladas. Sin embargo, un sistema conectado a la red puede también ser modificado de manera que si existe un apagón (durante tormentas o en áreas con una red eléctrica inestable), el sistema funciona como suministro de energía de emergencia.

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