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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA.
LA UNIVERSIDAD DEL ZULIA.
FACULTAD EXPERIMENTAL DE CIENCIAS.
FORMACIÓN GENERAL A DISTANCIA (FORGAD)
CÁTEDRA: METODOLOGÍA DE LA
INVESTIGACIÓN DOCUMENTAL.
TECNOLOGIAS ALTERNATIVAS PARA EL DESARROLLO.
IMPLEMENTACION DE PANELES SOLARES.
(Monografía para la Unidad Curricular
Metodología de la Investigación Documental)
Elaborado por:
Paul Buenaño.
Mary Guzmán.
Ernesto Lamby.
Ender León.
Génesis Rodríguez.
Asesor Metodológico:
Prof. Leonardo Fernández.
Maracaibo, Diciembre 2012.
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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA.
LA UNIVERSIDAD DEL ZULIA.
FACULTAD EXPERIMENTAL DE CIENCIAS.
FORMACIÓN GENERAL A DISTANCIA (FORGAD)
CÁTEDRA: METODOLOGÍA DE LA
INVESTIGACIÓN DOCUMENTAL.
TECNOLOGIAS ALTERNATIVAS PARA EL DESARROLLO.
IMPLEMENTACION DE PANELES SOLARES.
(Monografía para la Unidad Curricular
Metodología de la Investigación Documental)
Elaborado por:
Paul Buenaño.
Mary Guzmán.
Ernesto Lamby.
Ender León.
Génesis Rodríguez.
Asesor Metodológico:
Prof. Leonardo Fernández.
Maracaibo, Diciembre 2012.
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TECNOLOGIAS ALTERNATIVAS PARA EL DESARROLLO.
IMPLEMENTACION DE PANELES SOLARES.
__________________________________
Buenaño González, Paul Antonio C.I.: 19.216.556
Av. 69B Sect. Panamericano
Casa Nº 77-84
La Limpia, Maracaibo.
Telf.: 0261-7546048.
paul_b2391@hotmail.com
__________________________________
Guzmán Blanco, Mary Eve C.I.: 20.510.542
Av. 2 Calle GH Casa 1-219
Sector 18 de Octubre, Maracaibo
Telf.: 0261-7432664.
maryeveguzman@hotmail.com
__________________________________
Lamby Delgado, Ernesto Ezequiel C.I.: 18.495.219
Barrio San José Casa Nº 94-313.
Urb. Colinas del Gonzaga. Maracaibo
Telf.: 0424-1340916.
ernestolamby@gmail.com
__________________________________
León Valero, Ender Ali C.I.: 19.899.084
Av. 9 con Calle K Casa Nº 10-86
Sector Monte Bello, Maracaibo.
Telf.: 0261-6152700.
leon-1991@hotmail.com
__________________________________
Rodríguez Rincón, Génesis Fabiola C.I.: 20.380.535
Circunv. 2 Villa Arenas del Sol Casa Nº9
Sector Cumbres de Maracaibo, Maracaibo.
Telf.: 0261-6354508.
genesisrr18@hotmail.com
__________________________________
Prof. Leonardo Fernández.
Asesor Metodológico.
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TECNOLOGÍAS ALTERNATIVAS PARA EL DESARROLLO.
IMPLEMENTACIÓN DE PANELES SOLARES.
Buenaño González, Paul Antonio C.I.: 19.216.556
Guzmán Blanco, Mary Eve C.I.: 20.510.542
Lamby, Ernesto C.I.: 18.495.219
León Valero, Ender Ali C.I.: 19.899.084
Rodríguez Rincón, Génesis Fabiola C.I.: 20.380.535
Calificación: ( ) ________________________
Observaciones:_____________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
_______________
__________________________________
Prof. Leonardo Fernández.
Maracaibo, 14 de Diciembre de 2012
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INDICE DE CONTENIDO.
Pág.
MATRIZ DOCUMENTAL 8
1. ENERGÍA SOLAR 8
1.1 Origen 8
1.2 Fundamentos Teóricos 8
2. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA ENERGÍA SOLAR 9
3. PROCESO DE OBTENCIÓN DE LA ENERGÍA 15
3.1 ¿Qué es una celda fotovoltaica? 15
3.2 Parámetros para las Fotoceldas 16
4. CLASIFICACIÓN DE LOS PANELES SOLARES 23
5. APLICACIONES 27
6. IMPACTO SOCIO-ECONÓMICO 31
INDICE DE FUENTES DOCUMENTALES 39
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ESQUEMA DE CONTENIDO.
1. ENERGÍA SOLAR
1.1 Origen
1.2 Fundamentos Teóricos
2. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA ENERGÍA SOLAR
3. PROCESO DE OBTENCIÓN DE LA ENERGÍA
3.1 ¿Qué es una celda fotovoltaica?
3.2 Parámetros para las Fotoceldas
4. CLASIFICACIÓN DE LOS PANELES SOLARES
5. APLICACIONES
6. IMPACTO SOCIO-ECONÓMICO
8
MATRZ DOCUMENTAL.
TITULO DE LA INVESTIGACION
TECNOLOGÍAS ALTERNATIVAS PARA EL DESARROLLO.
IMPLEMENTACIÓN DE PANELES SOLARES.
1. ENERGIA SOLAR
Ruiz Hernández, Valeriano. ”Las Energías Renovables: Energía Solar”. [Artículo en línea].
Disponible en: http://dialnet.unirioja.es/servlet/articulo?codigo=2097157. [Consulta: 2012,
Diciembre 7].
La energía solar tiene buenas expectativas de desarrollo en España, gracias al esfuerzo
continuado en investigación pública y privada, a la existencia de empresas dinámicas y con
imaginación en el sector energético y al apoyo de las administraciones públicas. Sin embargo,
es necesario hacer esfuerzos suplementarios para aumentar los apoyos y las inversiones en
energías renovables, porque constituyen la única forma de conseguir un sistema energético
sostenible y compatible con el futuro de la vida en la tierra.
STAFF CLUB SABER ELECTRÓNICA (2012). “Energía Solar Fotovoltaica y Celdas
Solares”. Club Saber Electrónica. Editorial QUARK S.R.L. Capital Federal, México. N 69 pp.
35-37.
Los sistemas de energía fotovoltaica permiten la transformación de la luz solar en energía
eléctrica, es decir, la conversión de una partícula luminosa con energía (fotón) en una energía
electromotriz (voltaica).
El elemento principal de un sistema de energía fotovoltaica es la célula fotoeléctrica, un
dispositivo construido de silicio (extraído de la arena común).
Los paneles solares están constituidos por cientos de estas celdas que, conectadas en forma
adecuada, suministran tensiones suficiente para, por ejemplo la recarga de unas baterías.
Tienen utilidad en múltiples campos, desde el ámbito doméstico, hasta los satélites artificiales.
Cuando la energía luminosa incide en la célula fotoeléctrica, existe un desprendimiento de
electrones de los átomos que comienzan a circular libremente en el material. Si medimos el
voltaje existente entre los dos extremos del material (positivo y negativo) observaremos que
existe una diferencia de potencial entre 0,5 y 0,6V.
Pero esta pequeña cantidad de energía es insuficiente e inútil, si no somos capaces de obtener
mayores voltajes y corrientes que permiten aplicaciones prácticas. Para ello se diseña en cada
oblea cientos de diodos, los cuales, interconectados en serie y paralelo son capaces de
suministrar tensiones de varios voltios, así como corrientes del orden de amperios.
Aunque las celdas solares eficientes han estado disponibles recién desde mediados de los años
50, la investigación científica del efecto fotovoltaico comenzó en 1839, cuando el científico
francés, Henri Becquerel descubrió que una corriente eléctrica podría ser producida haciendo
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brillar una luz sobre ciertas soluciones químicas.
El efecto fue observado primero en un material solido (el metal selenio) en 1877. Este
material fue utilizado durante muchos años para los fotómetros, que requerían de cantidades
muy pequeñas de energía. Una comprensión más profunda de los principios científicos, fue
provista por Albert Einstein en 1905 y Schottky en 1930, la cual fue necesaria antes de que las
células solares eficientes pudieran ser confeccionadas. Una célula solar de silicio que
convertía el 6% de la luz solar que incidía sobre ella en electricidad fue desarrollada por
Chapin, Pearson y Fuller en 1954, y esta es la clase de célula que fue utilizada en usos
especializados tales como satélites orbitales a partir de 1958.
Las celdas solares de silicio disponibles comercialmente en la actualidad tienen una eficiencia
de conversión en electricidad de la luz solar que cae sobre ellas de cerca del 18%, a una
fracción del precio de hace treinta años. En la actualidad existen una gran variedad de
métodos para la producción practica de celdas solares de silicio (amorfas, monocristalinas o
policristalinas), del mismo modo que para las celdas solares hechas de otros materiales
(seleniuro de cobre e indio, teluro de cadmio, arsenurio de galio, etc.).
La palabra fotovoltaico (a) está formado por la combinación de dos palabras, una de origen
griego: foto, que significa luz, y el otro voltaico que significa eléctrico. El nombre resume la
acción de estas células: transformar, directamente, la energía luminosa en energía eléctrica.
2. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA ENERGIA SOLAR
Góngora, Roy Camacho; QUIROGA ALEJANDRO, María Del Rosario; Hoil Bolaina,
Herberth; Milla Carrillo, Pedro y Ramírez Ruiz, Fernando (2011). “Producción de energía
eléctrica a partir de la energía solar”. Revista Bio Era [Revista en línea], vol. 2, Nº3. pp. 20-
29 Disponible en: http://www.bioera.info/2(3)/3-electrica_Sol.pdf. [Consulta: 2012,
Diciembre 12].
La celda fotovoltaica.
Es un dispositivo formado por una delgada lámina de un material semi-conductor, muy a
menudo de silicio. Se trata del mismo silicio utilizado en la industria electrónica, cuyo coste
es todavía elevado (Berriz, 2009).
Composición de una celda fotovoltaica.
La celda fotovoltaica está hecha por una placa de silicio, normalmente de forma cuadrada, con
aproximadamente 10 cm. de lado y con un grosor que varía entre los 0,25 y los 0,35mm. Con
una superficie de más o menos 100 cm2. (Berriz, 2009).
Transformación de la energía solar a electricidad.
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La conversión de la radiación solar en energía eléctrica tiene lugar en la celda fotovoltaica,
que es el elemento base del proceso de transformación de la radiación solar en energía
eléctrica (Berriz, 2009).
La luz está formada por partículas, los fotones, que trasportan energía. Cuando un fotón con
suficiente energía golpea la celda, es absorbido por los materiales semiconductores y libera un
electrón. El electrón, una vez libre, deja detrás de sí una carga positiva llamada hueco (Berriz,
2009).
Por lo tanto, cuanto mayor sea la cantidad de fotones que golpean la celda, tanto más
numerosas serán las parejas electrón-hueco producidas por efecto fotovoltaico y por lo tanto
más elevada la cantidad de corriente producida (Berriz, 2009).
El módulo fotovoltaico.
Las celda solares constituyen un producto intermedio: proporcionan valores de tensión y
corriente limitados en comparación a los requeridos normalmente por los aparatos usuarios,
son extremadamente frágiles, eléctricamente no aisladas y sin un soporte mecánico. Se
ensamblan de la manera adecuada para formar una única estructura: el módulo fotovoltaico,
que es una estructura sólida y manejable. (Miguel, Hdez., 2007).
1. Los módulos pueden tener diferentes tamaños: los más utilizados están formados por
36 celdas conectadas eléctricamente en serie, con una superficie que oscila entre los
0,5 m 2 a los 1,3 m.
2. Las celdas están ensambladas entre un estrato superior de cristal y un estrato inferior
de material plástico (Tedlar). El producto preparado de esta manera se coloca en un
horno de alta temperatura, con vacío de alto grado. El resultado es un bloque único
laminado en el que las celdas están “ahogadas” en el material plástico fundido.
(Miguel, Hdez., 2007).
Luego se añaden los marcos, normalmente de aluminio; de esta manera se confiere una
resistencia mecánica adecuada y se garantizan muchos años de funcionamiento. En la parte
trasera del módulo se añade una caja de unión en la que se ponen los diodos de bypass y los
contactos eléctricos. (Miguel, Hdez., 2007).
Más módulos fotovoltaicos ensamblados mecánicamente entre ellos forman el panel, mientras
que un conjunto de módulos o paneles conectados eléctricamente en serie, forman la rama.
Más ramas conectadas en paralelo, para obtener la potencia deseada, constituyen el generador
fotovoltaico. Así el sistema eléctrico puede proporcionar las características de tensión y de
potencia necesarias para las diferentes aplicaciones. (Miguel, Hdez., 2007).
¿Cuánta energía produce un sistema fotovoltaico?
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La cantidad de energía producida en un sistema fotovoltaico depende básicamente de la
eficiencia de los módulos y de la irradiación solar, o de la radiación solar incidente.
(Sopena, 2006).
La radiación solar incidente en la tierra tiene un valor variable en función de la distancia entre
la Tierra y el Sol, o de la latitud de la localidad donde están instalados los módulos
fotovoltaicos (Sopena, 2006).
También es importante la inclinación de los módulos: una correcta inclinación influye mucho
en la cantidad de energía solar captada y por lo tanto en la cantidad de energía eléctrica
producida. (Sopena, 2006).
La presencia de la atmosfera, finalmente, implica una serie de fenómenos sobre la radiación
incidente, entre los cuales el efecto de filtro que reduce considerablemente la intensidad de la
radiación en el suelo y la fragmentación de la luz. (Sopena, 2006).
Se calcula aproximadamente que un metro cuadrado de módulos fotovoltaicos de buena
calidad, puede producir de media 180kwh al año (0,35 KWh al día en periodo invernal y 0,65
KWh al día en periodo estival). (Sopena, 2006).
Costo de un sistema fotovoltaico.
Un sistema fotovoltaico requiere un fuerte desembolso de capital inicial, pero luego los gastos
de gestión y de mantenimiento son muy reducidos (Sopena, 2006).
El análisis de todos los aspectos económicos relativos a un sistema fotovoltaico es muy
complejo. En especial, cada aplicación tiene que ser evaluada en su especifico contexto,
teniendo en cuenta sobre todo la energía eléctrica producida, la duración del sistema (se
calcula alrededor de 25 años), las dificultades de conexión a la red eléctrica, los incentivos
disponibles, etc. (Sopena, 2006).
En algunos casos la inversión inicial se amortiza rápidamente, ya que el costo de la conexión a
la red eléctrica sería superior al de la instalación de un sistema solar fotovoltaico (Sopena,
2006).
Pero en la mayoría de los casos un sistema fotovoltaico tiene un costo por KW instalado
mucho mayor que el costo del KW de un sistema de gran escala de la red eléctrica. Por lo
tanto, lo que puede hacer compensar la instalación de un sistema fotovoltaico son los
incentivos públicos en las zonas urbanas, o bien, en los casos de instalaciones aisladas del
sistema eléctrico, el costo unitario de un sistema fotovoltaico se hace conveniente al evitar el
costo de una línea de alta tensión o alternativamente el traslado de combustible (Sopena,
2006).
Mantenimiento de un sistema fotovoltaico.
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El fotovoltaico es un sistema estático, esto es, sin partes mecánicas en movimiento. El
generador fotovoltaico generalmente no requiere mantenimiento, excepto una limpieza
periódica con un paño mojado de la superficie anterior de los módulos. Esta limpieza sirve
para devolver la transparencia original al cristal que puede haberse reducido por culpa de
capas de polvo.
El regulador de carga no requiere ningún mantenimiento. Si la batería de acumulación es del
tipo de Plomo-ácido no sellada, debe controlarse el nivel del líquido una vez al año. Hace falta
también mantener una buena limpieza de los contactos entre los bornes y los terminales de los
cables de conexión, aplicando periódicamente una capa de vaselina. Hay que instalar la
batería en lugares suficientemente sombreados y ventilados.
Debe controlarse periódicamente que los cables de conexión entre el generador fotovoltaico,
la batería y el regulador estén en perfecto estado, así como que posibles causas accidentales no
provoquen incisiones en el aislante externo (Sopena, 2006).
Ventajas y desventajas de la energía solar.
Entre las ventajas más importantes podemos destacar que: Es una energía no contaminante;
Proviene de una fuente de energía inagotable; Es un sistema de aprovechamiento de energía
idóneo para zonas donde el tendido eléctrico no llega(campo, islas), o es dificultoso y costoso
su traslado; Los sistemas de captación solar son de fácil mantenimiento; El coste disminuye a
medida que la tecnología va avanzando (el costo de los combustibles aumenta con el paso del
tiempo porque cada vez hay menos); En las ventajas podemos destacar varias particularidades:
como que se recalca que no es contaminante y es una energía inagotable, esto es sumamente
importante, mas importante que el dinero y la inversión que pueda costar este tipo de fuentes
de energía. Principalmente porque se está mirando desde este punto de vista por la naturaleza
y la tierra. (Daniel Macías, 2005).
Entre las desventajas más importantes podemos encontrar: El nivel de radiación fluctúa de una
zona a otra y de una estación del año a otra. Para recolectar energía solar a gran escala se
requieren grandes extensiones de terreno. Además requiere gran inversión inicial. Se debe
complementar este método de convertir energía con otros y Los lugares donde hay mayor
radiación, son lugares desérticos y alejados, (energía que no se aprovecha para desarrollar
actividad agrícola o industrial, etc.). (Daniel Macías, 2005).
Aunque la mayoría de las opiniones son positivas, las placas solares también tienen algunas
críticas como la de Robert Huber, premio Nobel de Química en 1988 por sus estudios sobre la
fotosíntesis quien durante su intervención en el Foro Joly mostró su oposición a la instalación
de células fotovoltaicas diciendo “no se puede cubrir un país fértil con paneles solares. La
energía fotovoltaica es cinco veces más cara que la hidroeléctrica”.
Romero Tous, Marcelo (2010). Energía Solar Fotovoltaica. Barcelona, España. Ediciones
CEAC. pp. 24-26.
Solo las fuentes de energía que explotan recursos renovables, como el viento, el agua, la
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biomasa, la geotermia o el son, son inagotables a escala humana. Además, pueden cubrir toda
la demanda de energía mundial; la irradiación solar, en una hora, deja en la superficie terrestre
tanta energía como la humanidad consume en un año.
Por otro lado, las energías renovables no contribuyen a incrementar el CO2 y otros gases
causantes del efecto invernadero y el calentamiento global, por lo que su aprovechamiento es
sostenible y básico para conseguir la seguridad de abastecimiento. Por ello, contamos con las
energías renovables para nuestro futuro energético.
Y en ese futuro, la energía solar fotovoltaica debe ser una parte esencial del conjunto de
fuentes de energía renovable. Ello se justifica por sus características, pues presenta indudables
ventajas frente a otras fuentes convencionales.
Ventajas de la utilización de la energía solar como recurso
Un inmenso potencial, al no tener limite la energía solar que podemos captar y además
disponer de superficie suficiente como para cubrir varias veces toda nuestra demanda
de energía.
Un balance energético muy positivo, pues genera, dependiendo de las tecnologías y la
localización de las instalaciones, entre diez y veinte veces más energía de la que se
necesito para producirlas.
Una total independencia de importaciones energéticas, al tener su origen en un recurso
tan autóctono como es la radiación sobre el lugar.
Su presencia a lo largo y ancho de toda la superficie terrestre permite la ubicación de
sistemas fotovoltaicos en cualquier parte. Dependiendo de la latitud, generara más o
menos electricidad, pero siempre se obtendrá energía, incluso con niveles mínimos de
luz solar.
Una sencillez y fiabilidad extraordinarias, que posibilitan ofrecer garantías de
funcionamiento de varias décadas.
La vida útil de los generadores fotovoltaicos es elevada y además exige un
mantenimiento mínimo en tiempo, costes y especialización profesional, ya que puede
instalarse de forma que un simple particular se encargue de ello.
Una gran versatilidad, pudiéndose utilizar en aplicaciones minúsculas, como una
calculadora o cargador portátil, o en extensas plantas con decenas de hectáreas.
Una gran modularidad: la potencia y tensión necesarias se alcanzan simplemente,
adicionando módulos. Si se quiere 1kW, se conectan en promedio cinco o seis
módulos, y si se quieren 10MW, se conectan, de igual forma, 50.000 o 60.000
módulos.
Una producción máxima al mediodía, justo cuando hay mayor demanda de energía.
Con ello se aplana el pico de la demanda, se reduce el precio de la electricidad y se
necesitan menos inversiones en las redes eléctricas de distribución.
Gutiérrez, Luis Carlos (2007). “Energía a partir de módulos fotovoltaicos integrados en la
cubierta”. Revista Directivos Construcción [Revista en línea], Nº204. pp. 67-70. Disponible
en: http://pdfs.wke.es/4/0/2/1/pd0000014021.pdf. [Consulta: 2012, Diciembre 13].
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Aprovechar la energía solar es sostenible, sensato y seguro. La técnica para beneficiarse de
todo su rendimiento es moderna y eficaz, cumpliendo las exigencias de un abastecimiento
duradero y a la vez respetuoso con el medio ambiente.
Los sistemas para la impermeabilización de la cubierta con módulos fotovoltaicos
integrados - módulos-PV - son respetuosos con el medio ambiente, duraderos, sólidos y
extraordinariamente resistentes a la intemperie.
El sistema con Módulos-PV puede instalarse en cualquier tipo de cubierta, sea plana o
inclinada, pudiéndose adaptar a cualquier forma de construcción de un edificio industrial,
comercial, residencial, etc. La única condición recomendable es que la cubierta tenga un
mínimo de pendiente suficiente, para que la escorrentía del agua de lluvia proceda a su
auto-evacuación.
Debido a su escaso peso, esta tecnología no supone un aumento considerable para la carga
estática de la construcción de la cubierta ni del edificio, ya que no se necesita instalar una
subestructura especial para la sustentación del sistema, como ocurre con los paneles solares
convencionales. Asimismo, las ráfagas de vientos fuertes no suponen ningún problema, ni
es necesaria la instalación de pararrayos independiente.
La aplicación del sistema con Módulos- PV repercute positivamente en los aspectos
económicos y funcionales de la impermeabilización de la cubierta.
Beneficios de la implementación de un sistema fotovoltaico con respecto al medio
ambiente.
La instalación de este sistema, que fomenta el aprovechamiento de la energía solar, está
formada por una cubierta fotovoltaica conectada a la red. Además, este sistema asegura la
impermeabilización de la cubierta. Otra de las particularidades del sistema es su respeto
hacia el medio ambiente, dado que reduce las emisiones de CO2 en aproximadamente 42
toneladas anualmente.
Solar Roof está compuesto por módulos de silicio amorfo integrados, a través de la
tecnología Triple Junction de Solar Integrated, por un sistema de tres elementos de silicio
superpuesto que genera electricidad aprovechando los diferentes espectros de la luz solar.
Se trata de un sistema que está colocado entre dos electrodos conductores (polo positivo y
polo negativo) consiguiendo un módulo que se integra directamente en las membranas
poliméricas de Sika Sarnafil (FPO). De esta manera, consigue un sistema ligero, estanco e
irrompible que garantiza una menor caída de potencia en situaciones de alta temperatura.
También destaca por la insensibilidad a las sombras parciales ya que al tener intercalado un
diodo de derivación en cada una de las células la totalidad del sistema no se ve afectado en
el momento que se producen sombras parciales en su superficie. Asimismo, se garantiza la
estanqueidad total de la cubierta combinando los módulos de silicio amorfo flexibles con la
propia impermeabilización de la cubierta, fabricada con membranas poliméricas de Sika
Sarnafil.
Los módulos se instalan mediante robot automático de soldadura térmica entre las
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membranas previamente fijadas de manera mecánica al soporte resistente.
De esta manera, se consigue el poder disponer de un doble sistema de impermeabilización
totalmente estanco, que a su vez capta energía solar fotovoltaica.
El sistema que se forma es totalmente integrado y muy ligero (5 kg/m2 aprox de carga) de
fácil y rápida ejecución y sobre todo duradero, sólido y resistente a la intemperie.
Rendimiento de un sistema fotovoltaico.
Grado de aprovechamiento teórico de la superficie: 100%.
Pérdida por sombreado: 0%.
Orientación de los Módulos-PV: cualquiera.
Rendimiento con orientación Sur: 92% Rendimiento por orientación Suroeste: 92%.
Principales ventajas del sistema fotovoltaico.
- Alta eficiencia incluso con luz difusa.
El Módulo-PV fotovoltaico destaca por un rendimiento por encima de la
media, en particular con radiación solar baja.
- Insensibilidad frente a ensombrecimiento parcial.
Gracias al diodo de derivación de que dispone cada célula, el rendimiento
con ensombrecimiento parcial es sustancialmente más alto que en los
módulos tradicionales.
- Mayor grado de rendimiento en verano a temperaturas más altas.
Gracias al proceso autorregenerativo a temperaturas de módulo de más de
40ºC, aumenta el grado de eficiencia de la tecnología Triple Junction
especialmente en el semestre cálido. La instalación del sistema de
captación de energía fotovoltaica integrado en una cubierta sin ventilación
trasera, refuerza este efecto positivo.
- Ventajas del Módulo-PV:
• Ligero
• Flexible
• Irrompible
3. PROCESO DE OBTENCION DE ENERGIA
Escobedo, Diego (2011). “¿Qué es una celda solar?”. [Artículo en línea]. Disponible en:
http://www.dforceblog.com/2008/07/18/que-es-una-celda-solar/. [Consulta: 2012, Diciembre
10].
Una celda solar o celda fotovoltaica es un instrumento que genera electricidad directamente de
la luz visible, debido al efecto fotovoltaico.
Para poder generar energía útil, se deben interconectar un cierto número de celdas para formar
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un panel solar, también conocido como un módulo fotovoltaico.
Generalmente, la cantidad de poder que se genera con un panel solar es de 12 voltios, los
cuales se pueden utilizar de manera independiente o como conjunto en una red.
El número de celdas solares o el tamaño del panel solar lo determina la cantidad de luz
disponible, y la energía requerida.
La cantidad de energía generada por una celda solar es determinada por la cantidad de luz que
cae directamente sobre ella, lo cual a su vez está determinado por el clima y la hora del
día. En la mayoría de los casos resulta necesario almacenar la energía generada, para así
hacer mejor uso de las celdas solares.
Es posible conectar una red o arreglo de paneles de energía solar, conformados por celdas
solares o celdas fotovoltaicas, a la red eléctrica para asistir a los paneles cuando la energía
requerida es mayor a la energía generada. Estos costos pueden recuperarse al vender los
excedentes de energía producidos a la compañía eléctrica.
Las celdas solares generalmente esta hechas a base de silicón, el mismo material que se utiliza
para transistores y circuitos integrados. El silicón es tratado para que cuando le llegue la luz,
se liberen los electrones, generando una corriente eléctrica.
Celdas solares amorfas
La tecnología amorfa es comúnmente utilizada en los paneles solares pequeños, como en las
calculadoras y lámparas de jardín, aunque cada vez son más usadas para paneles de mayor
tamaño.
Están conformadas de una película de Silicón depositada sobre otra lámina de materiales
como el acero. El panel se forma de una sola pieza y las celdas individuales no son tan
visibles como en otro tipo de paneles.
La eficiencia de los paneles solares de celdas amorfas no es tan alta como la de aquellos
paneles conformados por celdas solares individuales.
Celdas solares cristalinas
Las celdas solares cristalinas se interconectan unas con otras para formar paneles solares.
Cada celda solar produce un voltaje individual de 0.5 a 0.6 volts, se requieren 36 celdas
solares o celdas fotovoltaicas para producir un circuito abierto de cera de 20 volts. El cual es
suficiente para cargar una batería de 12 volts.
Las celdas solares monocristalina, se cortan de una sola pieza de cristal de silicón, mientras
que las celdas solares policristalinas se hacen a base de múltiples cristales.
Barber, Rodrigo. “Como funciona la energía solar”. WikiCiencia [Articulo en línea].
Disponible en: http://www.wikiciencia.org/como-funciona/energia-solar/index.php.
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[Consulta: 2012, Diciembre 9].
Aprovechar los rayos solares es uno de los recursos energéticos ilimitados de que disponemos
y usamos desde siempre.
La tierra, todos los días, recibe una cantidad inmensa de energía del sol. Esta energía calienta
e irradia la superficie terrestre y es la responsable entre otras cosas de la vida y los flujos de la
atmósfera y los mares.
El sol se aprovecha de muchas maneras, no solo con los famosos paneles solares, sino también
con otros métodos igual de útiles e importantes. Estos métodos no siempre transforman la
energía del sol en energía eléctrica, sino que también aprovechan el calor del sol en forma
directa.
Se puede catalogar la forma de aprovechar la energía solar de muchas maneras, entre las que
destacamos:
Energía solar fotovoltaica: Transforma los rayos solares directamente en electricidad.
Energía solar foto térmica: Que aprovecha el calor en sí mismo. Es el método
técnicamente menos complejo.
Energía solar termoeléctrica: Transforma el calor solar en energía eléctrica en forma
no directa. Es una aplicación de la energía solar foto térmica.
Energía solar fotovoltaica
Paneles solares
Los paneles solares son la forma más conocida a nivel popular para el aprovechamiento de la
energía solar.
Las células fotovoltaicas están formadas por diodos semiconductores especialmente
dispuestos para recibir los rayos solares. Estos semiconductores, son materiales que no son
buenos conductores ni aislantes, sin embargo al ser contaminados con otros materiales,
adquieren propiedades especiales.
Estas propiedades permiten usar los semiconductores (entre otras importantes aplicaciones
como son los diodos o transistores) para atrapar los fotones de la luz liberando de ellos
electrones, creando una carga eléctrica.
Uniendo muchas de esas células y sumando en serie sus cargas, obtenemos cantidades
significativas de electricidad que luego puede acumularse y convertirse en corriente alterna.
Energía solar foto térmica
Colectores térmicos solares
18
Los colectores solares reciben el calor del sol y lo transfieren a un fluido.
Un ejemplo son los colectores de agua caliente, tanques preparados para tener máxima
exposición al sol y calentar el agua que contienen. Hay variedad de diseños con diversos
niveles de complejidad, y dependiendo del calor que reciban (clima, ubicación, época del año)
consiguen calentar agua hasta 65 grados Celsius.
Ese agua caliente sirve para usos como ducharse, calefaccionar ambientes y piscinas. Estos
sistemas se usan cada vez más en regiones ecuatoriales donde el nivel de los rayos solares son
altos durante todo el año.
Los hornos solares son otro tipo de colectores solares, pero en este caso el fluido al que se
transfiere el calor es el aire del recipiente, que luego calienta el contenido.
En muchos de los casos este tipo de colectores tienen un sistema parabólico, que mediante
espejos concentra los rayos solares para obtener mayores temperaturas.
Existen infinidad de colectores solares. Un invernadero, es otro ejemplo de colector solar
simple de baja temperatura.
Energía solar termoeléctrica
Centrales térmicas solares
Se denomina “energía solar termoeléctrica” a la aplicación de la energía solar foto térmica
para generar energía eléctrica.
Las centrales térmicas solares utilizan grandes sistemas de espejos móviles llamados
helióstatos que concentran rayos solares en un punto específico, generando altas temperaturas
y calentando un fluido.
Ese fluido luego se puede utilizar para producir electricidad mediante un generador. Hay
diseños que canalizan el calor sobre un motor Stirling, y tienen un gran rendimiento.
Moreno, Glenis y Martínez, Fernando. “Celdas Fotovoltaicas” [Articulo en línea]. Disponible
en: http://celdasfotovoltaicas.blogspot.com/. [Consulta: 2012, Diciembre 9].
Las Celdas Fotovoltaicas, son sistemas fotovoltaicos que convierten directamente parte de la
luz solar en electricidad. Algunos materiales presentan una propiedad conocida como efecto
fotoeléctrico en su forma más simple, estos materiales se compone de un ánodo y un cátodo
recubierto de un material fotosensible. La luz que incide sobre el cátodo libera electrones que
son atraídos hacia el ánodo, de carga positiva, originando un flujo de corriente proporcional a
la intensidad de la radiación, que hace que absorban fotones de luz y emitan electrones.
Cuando estos electrones libres son capturados, el resultado es una corriente eléctrica que
puede ser utilizada como electricidad. Las celdas fotovoltaicas se fabrican principalmente de
silicio (el segundo elemento más abundante en la corteza terrestre). Actualmente, existen
celdas fotovoltaicas, por ejemplo, en nuestras calculadoras solares así como en los cohetes
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espaciales.
Principio de Funcionamiento
La conversión directa de luz en electricidad a nivel atómico se llama generación fotovoltaica.
Algunos materiales presentan una propiedad conocida como efecto fotoeléctrico, que hace
que absorban fotones de luz y emitan electrones. Cuando se captura a estos electrones libres
emitidos, el resultado es una corriente eléctrica que puede ser utilizada como energía para
alimentar circuitos. Las celdas fotovoltaicas, llamadas también celdas solares, están
compuestas de la misma clase de materiales semiconductores que se usan en la industria
microelectrónica, como por ejemplo el silicio.
Una delgada lámina semiconductora, especialmente tratada, forma un campo eléctrico,
positivo en un lado y negativo en el otro. Cuando incide energía luminosa sobre ella, los
electrones son golpeados y extraídos de los átomos del material semiconductor. Como se han
dispuesto conductores eléctricos en forma de una rejilla que cubre ambas caras del
semiconductor, los electrones circulan para formar una corriente eléctrica que aporta
energía. Cuando la luz solar pega en una celda sola resta puede ser: reflejada, absorbida o
pasar limpiamente a través de esta. No obstante, solo aquella luz absorbida es la que va a
generar electricidad. La energía de la luz es transferida a electrones en los átomos de la celda
foto voltaica. Con su nueva energía, estos escapan de sus posiciones normales en los átomos
del material semiconductor foto voltaico y se convierten en parte del flujo eléctrico.
Debido al flujo de electrones y agujeros, los dos semiconductores se comportan como una
batería, creando un campo eléctrico en la superficie dónde ellos se juntan en la unión o juntura
p/n. El campo eléctrico obliga a los electrones a trasladarse desde el semiconductor hacia la
superficie negativa de donde quedan disponibles para ser ocupados por algún circuito eléctrico
o acumulación. Al mismo tiempo los hoyos se mueven en dirección contraria hacia la
superficie positiva donde se van a esperar a los electrones que vienen en dirección contraria.
García Villas, Marinella (1999). Energía solar fotovoltaica y cooperación al desarrollo [Libro
en línea]. Madrid, España: Editorial IEPALA. pp. 63-64 .Disponible en:
http://books.google.co.ve/books?id=43uE8RFk _6YC&pg=PA63&dq=paneles+solares+
factores&hl=es419&sa=X&ei=m5rGUJe2D7Sw0QH9kYD4Dg&ved=0CDIQ6AEwAg#v
=onepage&q=paneles%20solares%20factores&f=false. [Consulta: 2012, Diciembre 10].
Los principales parámetros que caracterizan un panel fotovoltaico son:
1) CORRIENTE DE CORTOCIRCUITO Isc: Es la máxima intensidad que proporciona el
panel, y corresponde a la corriente que entrega cuando se conectan directamente los
dos bornes. Isc suele rondar los 3 A.
2) TENSIÓN DE CIRCUITO ABIERTO Voc: es el máximo voltaje que proporciona el
panel, correspondiente al caso en que los bornes están “al aire”. Voc suele ser menor
de 22 V para módulos que vayan a trabajar a 12 V.
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3) PUNTO DE MÁXIMA POTENCIA: Existe un punto de funcionamiento (Ipmax,
Vpmax) para el cual la potencia entregada es máxima (PM=Ipmax*Vpmax). Ese es el
punto de máxima potencia del panel, y su valor se da en Vatios (W). Cuando trabaja
en este punto, se obtiene el mayor rendimiento posible del panel. Sin embargo, no hay
que olvidar que en la practica la tensión de trabajo viene determinado por la batería o
el convertidos DC/DC. Los valores típicos Ipmax y Vpmax son algo menores a los Isc
y Voc.
4) FACTOR DE FORMA FF: El factor de forma es la relación entre la potencia máxima
que el panel puede entregar y el producto Isc*Voc. Da una idea de la calidad del panel
porque es una medida de lo escarpada que es su curva característica, de forma que
cuanto más se aproxima a la unidad, mayor potencia puede proporcionar. Los valores
comunes suelen estar entre 0’7 y 0’8.
5) EFICIENCIA O RENDIMIENTO: es el cociente entre la máxima potencia eléctrica
que el panel puede entregar a la carga y la potencia de la radiación solar Pl incidente
sobre el panel, habitualmente en torno al 10%.
Teniendo en cuenta las definiciones de factor de forma y del punto de máxima potencia, se
llega a la siguiente igualdad:
García-García, Enrique; Moubarak Meziani, Yahya; Velázquez Pérez, Jesús Enrique y Calvo
Gallego, Jaime (2012). “Energía solar: Células solares de silicio” [Artículo en línea].
Disponible en: http://www.scienceinschool.org/2012/issue23/solar/spanish. [Consulta: 2012,
Diciembre 13].
A medida que las reservas de petróleo se agotan las células solares se presentan como una
fuente de energía alternativa. ¿Cómo funcionan? y, ¿cómo podemos aprovechar todo su
potencial?
Aunque sea de forma indirecta, el Sol es el origen de la mayoría de las fuentes de energía
que utilizamos en la Tierra. No sólo los derivados del petróleo o la biomasa, sino también el
viento, por mencionar algunas. El uso de células solares permite capturar la energía solar de
forma directa.
El Sol es una estrella de tamaño medio, relativamente antigua, compuesta de plasma caliente.
Éste radia energía electromagnética sobre un gran rango espectral. Situado a una distancia de
150 millones de kilómetros, nuestro planeta recibe una irradiancia de 1366 W/m2 (1 W= 1 J·s)
del Sol, pero no toda alcanza la superficie terrestre puesto que la atmósfera absorbe y refleja
un 30% de esta densidad de potencia. Aún así, cada metro cuadrado de la superficie terrestre
recibe una media del orden de 1000 J/s del Sol.
Con el fin de entender este resultado de una forma completa, merece la pena destacar que el
consumo total de energía en el 2010 fue de 5 x 1020
J. La Tierra recibe 1.8 x 1017
J/s, de los
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cuales 1.3 x 1017
J/s llegan a la superficie, si asumimos que nuestro planeta es una esfera
perfecta de 6370 km. Por lo tanto, en tan sólo una hora recibimos la misma cantidad de
energía que consumimos a lo largo de un año.
Por desgracia esto no es tan sencillo. Debido a factores meteorológicos, la declinación solar y
la rotación terrestre, la irradiancia media por metro cuadrado es de o 230 W/m2. Si repetimos
el cálculo anterior con estos datos, el tiempo necesario para abastecer el consumo energético
anual aumenta hasta las cinco horas y media – todavía es muy poco tiempo.
De este simple razonamiento se concluye que la energía solar es una reserva prometedora,
pero ¿cómo podemos recolectarla y utilizarla?
¿Qué sucede en el interior de una célula fotovoltaica?
El fenómeno fotovoltaico es la base del funcionamiento de las células solares
contemporáneas. Éste fue descubierto por el físico francés Edmond Becquerel en 1839,
cuando observó que la conductividad de algunos materiales aumentaba cuando éste era
expuesto a la luz solar. La explicación del fenómeno tuvo que esperar hasta el siguiente siglo
con el desarrollo de la mecánica cuántica. La radiación electromagnética se puede explicar
como un chorro de objetos cuánticos llamados fotones. Cuando los fotones son absorbidos en
el material pueden provocar la promoción de electrones a un estado de mayor energía (banda
de conducción), potencialmente realzando la conductividad del material.
Semiconductores como el silicio son materiales fotovoltaicos porque la energía asociada a los
fotones del visible es del mismo orden que la necesaria para promover un electrón a la banda
de conducción. Sin embargo, los semiconductores tienen pocos electrones libres y, por lo
tanto, baja conductividad. Para incrementarla se añade pequeñas porciones de otros
materiales, impurezas, en un proceso llamado dopado.
El silicio dopado es el material más utilizado en electrónica. El silicio puro cuenta con cuatro
electrones de valencia que comparte con los átomos vecinos. Al añadir impurezas con más o
menos electrones de valencia (como el fósforo o el boro), se modifican las propiedades
conductoras del anfitrión. El fósforo tiene cinco electrones de valencia, de modo que cuando
un átomo está rodeado por átomos de silicio, el quinto electrón permanece débilmente ligado.
Esto indica que podrá alcanzar la banda de conducción más fácilmente, aumentando la
conductividad del silicio. A el silicio dopado con fósforo se le llama tipo-n (tipo negativo)
puesto que el dopaje aumenta el número de cargas negativas (electrones) libres. Por el
contrario, el boro sólo tiene tres electrones de valencia. La falta de un electrón en la red del
silicio crea un “hueco”. Como los electrones serán capaces de moverse de un hueco a otro, la
conductividad del material se ve incrementada. Al dopaje con boro se le llama tipo-p (tipo
positivo).
Este fenómeno se usa en las células solares para recolectar la energía procedente del Sol y
transformarla en energía eléctrica. La célula solar elemental está formada por la unión de dos
semiconductores con dopajes complementarios, formando la llamada unión p-n. En una región
en torno a la unión los electrones del dopaje tipo-n perciben los huecos del lado dopado tipo-p
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y viajan para llenarlos – formando el llamado par electrón-hueco. Cuando un fotón golpea uno
de esos pares capaz de separar los componentes del par liberando ambas cargas y generando
una corriente eléctrica, cuando hay una carga externa conectada.
No todos los portadores generados por este proceso contribuyen a la corriente. Una gran
porción se recombina generando calor. Esto reduce la eficiencia de conversión de la célula
solar (definida como el porcentaje de la energía solar recibida que se convierte en energía
eléctrica). Éste parámetro es uno de los más importantes en cuanto a calidad de la célula solar.
Células solares de silicio actualmente comerciales tienen una eficiencia del orden del 20%,
por lo que todavía se pueden hacer extensos esfuerzos de cara e mejorar este valor.
Energía fotovoltaica en la práctica
Ahora tenemos una idea de qué sucede en el interior de una célula solar, pero ¿hasta qué
punto son prácticas para capturar la energía del Sol?. Un módulo de células solares tiene una
superficie aproximada de 1.3 m2 y consiste en una matriz de unas 50 células individuales. Un
módulo es capaz de entregar unos 200 W (dependiendo de la tecnología) así que un montaje
con cinco módulos entregaría una potencia suficiente para cubrir las necesidades medias de
una casa (cerca de 1 kW). Sobre el papel la demanda energética europea sería satisfecha con
tan sólo cubrir el 1 % de la superficie con células solares. Sin embargo, las células solares
sólo se podrán utilizar para cubrir parte de nuestra demanda energética.
En el 2010 cerca del 1 % de energía producida en Europa tuvo origen fotovoltaico. Las
estimaciones optimistas afirman que Europa podría generar del 30 al 50 % de energía de este
modo. No se pueden realizar estimaciones más precisas, puesto que es una tecnología en
continuo desarrollo.
Una de las limitaciones de la energía solar es que la cantidad de energía producida es
fuertemente dependiente de las condiciones ambientales, como el tiempo, el ángulo que
forma el sol con la superficie normal del dispositivo, la suciedad depositada sobre la
superficie y, por supuesto, la noche. Las llamadas redes inteligentes son un modelo de
instalación en el cual otras fuentes de energía -térmica, plantas nucleares...- se suman a la
solar para abastecer la demanda que no puedan generar las células solares en tiempo real. En
este marco de explotación energética las células solares están jugando un papel fundamental.
La mayor aplicabilidad de las células solares es en pequeñas instalaciones, donde la energía es
producida en casas particulares, en teléfonos de carretera, plantas industriales, barcos, coches
e incluso en la Estación Espacial Internacional.
De modo que aunque estamos muy lejos de abastecer la demanda energética global en cinco
horas solares, la energía solar se afianza como una fuente de energía segura. La próxima vez
que enciendas la caldera o el televisor, piensa que el sol ha ayudado para alimentarlo.
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4. CLASIFICACION DE LOS PANELES SOLARES
Fernández Barrera, Manuel. Energía solar: electricidad fotovoltaica. (2010). Madrid- España.
Editorial: Liberfactory. p.p. 17-18.
Una célula fotovoltaica está formada por materiales semiconductores que forman una unión P-
N, capaz de producir una barrera de potencial que hace posible el efecto fotovoltaico.
El tamaño de cada célula, depende fundamentalmente del proceso de fabricación, varia
normalmente desde unos pocos centímetros cuadrados hasta más de 100 cm2, y su forma
puede ser circular, cuadrada, o de otras formas geométricas que se asimilan a las primeras.
Las células se interconexionan en serie unas con otras, para lograr una diferencia de potencial
para el circuito exterior que sea adecuada a efectos prácticos (normalmente entre 6V y 24V) y
para que los electrones expulsados de una sean recogidos por la siguiente, comunicándoles
energía adicional.
Tipos de Células
Las células pueden clasificarse en función de la naturaleza y características de los materiales
semiconductores que las forman, en varios grupos.
La primera célula que se produjo industrialmente y la más común, es la formada por silicio
puro monocristalino.
Si durante el proceso de fabricación se deja solidificar lentamente, en un molde rectangular, la
pasta de silicio, se obtiene un sólido formado por una gran cantidad de pequeños cristales o
granos de silicio, del cual pueden cortarse células policristalinas cuadradas. Estas células con
más económicas, aunque sus rendimientos son algo menores que las monocristalinas.
Las células de película delgada, son más recientes, su producción se basa en la fabricación de
una película continua, que se diferencia de los anteriores, ya que no produce celdas
individuales (que posteriormente han de ser conectadas en serie para obtener el voltaje
suficiente para las aplicaciones más habituales), sino una finísima capa de solamente 1µm o
2µm de espesor de material semiconductores que se deposita sobre un sustrato apropiado, no
requiriendo interconexiones interiores.
Algunas células de película delgada son tan extremadamente finas que los fotones que no
logran transmitir su energía a los electrones, las atraviesa. Pudiendo fabricarse módulos semi-
transparentes que podrían utilizarse en multitud de aplicaciones.
Hoy en día, se continúan los estudios para conseguir una mayor eficacia mayor de las células,
por ejemplo un equipo de investigadores dirigido por Shawn-Yu Lin, del Instituto Politécnico
Rensselaer, ha descubierto y demostrado un nuevo método para superar dos de las mayores
barreras que limitar a la energía solar. Desarrollando un nuevo recubrimiento antirreflectante
que eleva la cantidad de luz del Sol capturada por las células, absorbiendo el espectro solar
completo desde casi cualquier ángulo.
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Una célula solar de silicio no tratada solo absorbe el 67,4 por ciento de la luz del Sol que
incide sobre ella, por lo que se refleja casi un 33%, desaprovechándolo.
Durante la investigación, después de que una superficie de silicio fuese tratada con la nueva
capa creada por Lin mediante nano ingeniería, el material absorbió el 96,21 por ciento de la
luz solar que incidió en el. Esta gran ganancia en la absorción se mantuvo en todo el espectro
de la luz del Sol incidente, desde la ultravioleta a la infrarroja, pasando por la visible. La
nueva capa de Lin también resuelve con éxito el desafío de los ángulos.
La nueva capa antirreflectante absorbe la luz del Sol de manera uniforme desde todos los
ángulos. Esto significa que un panel solar estacionario tratado con ese recubrimiento
absorbería el 96,21 por ciento de la luz del Sol, sin importar la posición de este en el cielo.
Así, junto con una absorción espectral significativamente mejorada de la luz del Sol, el
descubrimiento de Lin también podría hacer posible una nueva generación de paneles solares
estacionarios más eficaces, y dejar obsoletos a los sistemas de seguimiento solar.
Fernández Barrera, Manuel (2010). Energía solar: Electricidad fotovoltaica [Libro en línea].
Madrid, España: Editorial liberfactory. pp. 29-35. Disponible en:
http://books.google.co.ve/books?id=EVHJbI1i-eMC&pg=PA28&dq=paneles+solares&hl=es-
419&sa=X&ei=E5bGUKGDIMjH0QGFjIFg&ved=0CCwQ6AEwAA#v=onepage&q&f=false
[Consulta: 2012, Diciembre 10].
Los diferentes tipos de paneles los podemos clasificar atendiendo a diferentes criterios:
- Según el tipo de células que contienen. Así se habla de paneles monocristalinos,
policristalinos y amorfos.
- Según el tipo de material con que están fabricadas las células que contienen;
paneles de silicio, de arseniuro de galio, de teluro de cadmio, de película de silicio,
etc.
- Teniendo en cuenta la potencia que el panel es capaz de producir. Las potencias
nominales más usuales que se pueden encontrar en el mercado son: 5W, 10W,
20W, 35W, 40W, 75W, 100W y 175W.
- Según la tensión o voltaje, los más usados son los de 12V, por coincidir con la
tensión de los acumuladores que más se emplean.
- Según aprovechen la radiación por un sola cara o por las dos.
La estructura soporte también cumple la importante misión de fijar la inclinación que
tomaran los módulos, que deberán instalarse siempre mirando hacia el ecuador.
Esta inclinación dependiendo del emplazamiento, se recomienda que sea la siguiente:
- 20º mayor que la latitud para instalaciones de función prioritaria en invierno,
como la servicios eléctricos o refugios de montaña.
- 15º mayor que la latitud para instalaciones de funcionamiento más o menos
uniforme durante todo el año. Como por ejemplo la de electrificación de viviendas,
bombas de agua, repetidores de TV, etc.
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- Igual que la latitud para instalaciones de funcionamiento prioritario en primavera o
verano, como las de campamento y lugares de veraneo.
- Un 85% de la latitud para instalaciones cuyo objetivo sea captar la máxima energía
posible a lo largo del año, como es el captar máxima energía posible a lo largo del
año, como es el caso de conexión a red para la venta de la electricidad generada
Estructuras con seguimiento solar
Con estructuras fijas el ángulo de incidencia solamente se aproximara a lo 90º en los
momentos centrales del día y únicamente en determinadas épocas del año.
Para conseguir que los paneles se encuentren siempre perpendiculares a los rayos de sol, la
estructura que soporta los paneles pueden estar dotada de un sistema de seguimiento continuo
de la posición del sol (en ingles, “tracker”) con el fin de aprovechar mas la radiación
incidente, tanto a lo largo del día como en las diferentes épocas del año.
En relación con el tipo de movimiento de rotación que los mecanismos de seguimiento
producen, estos se dividen en sistemas de un solo eje y de dos ejes
Actualmente se utilizan tres sistemas para conseguir el movimiento de una estructura con
seguimiento solar:
a) Mediante un motor eléctrico y un mecanismo de engranajes, se produce un lento
movimiento rotatorio de la estructura, de forma que sincronice lo mejor posible con el
movimiento del sol.
b) Mediante el motor eléctrico y dispositivo de ajuste automático, que suele ser un
sistema electrónico.
Jadraque Gago, Eulalia (2011). “Uso de la energía solar fotovoltaica como fuente para el
suministro de energía eléctrica en el sector residencial” [Tesis doctoral en línea]. Universidad
de Granada, Beiro, Granada, España. Disponible en: http://hera.ugr.es/tesisugr/19852125.pdf.
[Consultado: 2012, Diciembre 12].
Energía solar fotovoltaica.
La energía solar fotovoltaica es aquella que se obtiene por medio del proceso directo de
transformación de la energía del sol en energía eléctrica. La transformación se realiza por
medio de módulos o paneles solares fotovoltaicos que captan la radiación solar. Los paneles
solares fotovoltaicos son elementos generadores de electricidad y están formados por células
fotovoltaicas.
Clasificación de los sistemas solares fotovoltaicos.
Se define sistema fotovoltaico el conjunto de componentes mecánicos, eléctricos y
electrónicos que concurren para captar y transformar la energía solar disponible,
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transformándola en utilizable como energía eléctrica.
Las instalaciones fotovoltaicas, formadas por un conjunto de placas solares, pueden ser de dos
tipo:
- Conectadas a la red: la energía es transformada en corriente alterna mediante los
inversores y vertida en la red eléctrica de distribución.
- Aisladas de la red: se utiliza para suministrar energía eléctrica a emplazamientos
aislados de la red. Están equipados con sistemas de acumulación de energía.
Elementos de un sistema solar fotovoltaico.
En esta tesis se trabaja con un diseño de un sistema fotovoltaico conectado a una red eléctrica
y ubicado en la cubierta del edifico. Este sistema consta de los siguientes elementos:
- El generador fotovoltaico.
Que recibe el nombre de célula solar. Este capta la energía solar transformándola en corriente
continua a través del efecto fotovoltaico. La célula fotovoltaica es un elemento semiconductor
en el que, de forma artificial, se crea un campo eléctrico permanente de manera que cuando se
expone a la luz solar se produce un flujo se produce un flujo de electrones que provoca la
aparición de dicha corriente.
Los tipos de paneles solares vienen dados por la tecnología de fabricación de las células, y son
fundamentalmente:
Silicio cristalino (monocristalino y multicristalino).
Silicio amorfo.
La célula fotovoltaica se comporta como un diodo: la parte expuesta a la radiación solar es la
N, y la parte situada en la zona de oscuridad, la P. Los terminales de conexión de la célula se
hallan sobra cada una de estas partes del diodo: la carga correspondiente a la zona P se
encuentra metalizada por completo, mientras que en la zona N el metalizado tiene forma de
peine, a fin de que la radiación solar llegue a semiconductor.
- El inversor.
Un elemento imprescindible en las instalaciones conectadas a redes es el inversor, cuya
función es convertir la corriente continua de la instalación en corriente alterna.
Proceso de producción de electricidad en un sistema conectado a la red eléctrica.
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El proceso de producción de electricidad en un sistema conectado a la red eléctrica será:
Captación de radiación solar mediante las células.
Producción de energía eléctrica en forma de corriente continua.
Conversión en corriente alterna mediante inversores.
Elevación de la tensión mediante un transformador de potencia.
Venta a la red eléctrica.
5. APLICACIONES
Sacco, Mario (2011). “Paneles Solares Transparentes (MIT)”. [Artículo en Línea] Neo Teo –
Revista Tecnológica. Disponible en: www.neoteo.com/paneles-solares-transparentes-mit. Año
de creación de la página web: 2005. [Consulta: 2012, Diciembre 3].
En los laboratorios del MIT, los científicos están elaborando una tecnología que permitirá
aprovechar toda la superficie de una ventana convencional como un gran panel generador de
energía. Si pudiéramos sumar toda la superficie cubierta de vidrio que hoy posee cualquier
edificio moderno, comprenderíamos que este avance puede proporcionar energía para las
luces junto a otros dispositivos, y reduciría los costes de instalación mediante el
aprovechamiento de las estructuras de ventanales existentes. Este desarrollo de los
laboratorios del MIT permitiría utilizar los cristales sin interferir con la posibilidad de ver a
través de ellos. La clave de la tecnología está centrada una célula fotovoltaica basada en
moléculas orgánicas, que aprovecha la energía de la luz infrarroja, mientras que la luz visible
puede pasar sin impedimento alguno.
En la actualidad se considera que el costo de instalación de un sistema tradicional de
energía solar, basado en los clásicos paneles de silicio de película delgada (thin film), se lleva
consigo entre la mitad y las dos terceras partes de los gastos de la instalación. Esto es
contabilizando el gasto en los paneles y los componentes estructurales de las unidades
exteriores, sin enumerar los sistemas internos de almacenamiento, puesta en forma
y distribución de la energía, afirmó Vladimir Bulovic, profesor en el Departamento de
Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación del MIT. Sin embargo, el sistema
fotovoltaico transparente que acaba de desarrollar junto a Richard Lunt, un investigador
postdoctoral en el Laboratorio de Investigación de Electrónica, podría disminuir en gran
medida los costos en materiales estructurales.
Todos los intentos conocidos de crear celdas solares transparentes tienen, o tenían, muy
baja eficiencia (menos del 1% de la radiación solar se convierte en electricidad), o utilizan
elementos que bloquean demasiado el paso de la luz y le impiden alcanzar un desempeño
práctico para el uso en las ventanas. En forma reciente, los investigadores del MIT fueron
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capaces de encontrar una formulación química específica para sus células que, cuando se
combina con revestimientos de reflexión “parcialmente infrarrojos”, brinda a ambos una gran
transparencia a luz visible y una eficiencia considerablemente mayor, comparándolos con las
versiones anteriores. En un edificio nuevo o en uno existente, donde las ventanas están siendo
remplazadas, la adición del material transparente de celdas solares para el cristal sería un
costo adicional relativamente pequeño, ya que el costo del cristal, los marcos y la
instalación sería la misma con o sin el componente solar, aunque es demasiado temprano en el
proceso para poder estimar los costes reales.
Con las ventanas modernas de doble panel, el material fotovoltaico puede estar cubierto
quedando en la parte interior, donde estaría completamente protegido de la intemperie. Sólo
las conexiones de cableado a las ventanas y un regulador de voltaje serían necesarios para
completar el sistema en una casa. Esta no será la solución definitiva a todas las necesidades
energéticas, afirmó Bulovic, sino que es parte de "una familia de soluciones" para producir
energía sin emisiones de gases de efecto invernadero. Además, es atractivo, porque puede ser
añadido a las casas que se están construyendo en este momento, en lugar de necesitar del gran
espacio e infraestructura que un sistema tradicional de paneles fotovoltaicos requiere.
Bulovic asegura que el trabajo se encuentra todavía en una fase muy temprana y hasta
ahora han logrado una eficiencia del 1,7% en el prototipo de celdas solares, pero esperan que
con un mayor desarrollo puedan ser capaces de llegar a un 12%, lo que sería comparable a los
actuales paneles solares comerciales. "Será todo un desafío llegar allí", afirma Lunt, "pero es
una cuestión que requiere la optimización de la composición y configuración de los materiales
fotovoltaicos”. Los investigadores esperan que, después de un mayor desarrollo en el
laboratorio, seguido por el trabajo de fabricación, la tecnología pueda convertirse en un
producto comercial práctico dentro de una década.
El uso de las grandes superficies vidriadas de los edificios existentes podría ofrecer un
área de superficie mucho más amplia respecto a la que pueden disponer los paneles solares
tradicionales. En las mañanas y los atardeceres, con el sol bajo en el cielo, los lados de los
edificios de las grandes ciudades son iluminados en plenitud y esto permitirá que se pueda
alcanzar, en esos momentos, una cantidad significativa de energía generada. Max Shtein,
profesor de Ciencias de los Materiales en la Universidad de Michigan, afirma que este trabajo
demuestra uno de los aspectos fundamentales de la utilidad de la ingeniería de investigación y
añade que este es uno de los tantos métodos que se están experimentando en la actualidad
poniendo énfasis en que la mayor incertidumbre de esta investigación está puesta en la vida
útil que puedan tener estas células fotovoltaicas orgánicas. Como beneficio adicional, el
proceso de fabricación de las células propuestas por los investigadores del MIT podrá ser más
respetuoso del medio ambiente, ya que no requiere los procesos de uso intensivo de energía
que se utilizan para fabricar las tradicionales celdas solares de silicio.
FUNANDI/DiCyT (2011). “Paneles Solares Permiten El Secado Del Café Y Remplazan El
Elevado Consumo De Energía”. [Artículo en Línea] DiCyT, Sección Ciencia. Disponible en:
http://www.dicyt.com/noticias/paneles-solares-permiten-el-secado-del-cafe-y-reemplazan-el-
elevado-consumo-de-energia. Año de creación de la página web: 2011. [Consulta: 2012,
29
Diciembre 3].
Dentro de los resultados que pretende la investigación se encuentra el aprovechar la intensidad
del sol como fuente inagotable de energía, y a través de unos sistemas de colectores solares,
recibir todo ese flujo de energía y convertirla en calor, con el propósito de aplicarlo en los
cultivos para su cuidado y adecuado desarrollo. Adán Silvestre Gutiérrez, docente-
investigador y promotor de esta investigación, la cual salió adelante por un trabajo en
conjunto entre la Universidad Libre de la ciudad de Pereira y la Secretaria de Desarrollo de la
Gobernación de Risaralda, cuenta que la aplicación de los paneles solares en el caso de los
cultivos de café, apunta a suplantar el secado del grano, el cual se hace utilizando gas, diesel y
cisco. “Lo que se hace es remplazar la alimentación eléctrica por la solar. Estos paneles se
pueden adaptar en fincas para el control de la humedad y de la temperatura en el secado”,
explicó el experto.
En el caso de los cultivos de flores, la aplicación de los paneles solares se pude hacer en
ambientes cubiertos y controlados “Esta energía solar sirve para regular el calor en ciudades
como Bogotá, donde se presentan fuertes heladas y los cultivos atraviesan problemas”,
declaró Silvestre Gutiérrez a la agencia de noticias DICYT.
La investigación adelantada señala que la energía que proviene de sol llega en 24 voltios y los
paneles solares, la reciben, la regulan y la transforman en 110 voltios “y una vez que se tenga
la energía en 110 voltios, se puede aplicar en cualquier elemento que se haya diseñado en
colectores solares”, indicó el investigador.
Estos colectores solares son importados de los Estados Unidos y cuentan con una dimensión
de 60 centímetros de ancho por 120 centímetros de largo. Los materiales en los cuales están
elaborados los paneles son parte derivados de polietilenos con marcos metálicos en aluminio.
En Europa, -cuenta el investigador- varias instituciones han incorporado estos paneles solares
en su planes de desarrollo hacia el año 2050, con el propósito de que la energía obtenida
provenga de procedimientos alternativos distintos a los que ofrece el petróleo, como la solar,
la eólica o la maretomotriz, la cual se obtiene de aprovechar las mareas, que al ser recogida en
un alternador, se puede utilizar para la generación de electricidad, la cual es más útil,
renovable y limpia.
En las afueras de la ciudad de Pereira, (Risaralda), -agregó Gutiérrez- los paneles solares se
han utilizado en algunos ensayos para la iluminación del túnel de puente helicoidal (autopista
del Eje Cafetero–Colombia). También hay viviendas que cuentan con calentadores de agua y
sistemas de iluminación en el interior de las casas que funcionen con energía solar, además
cursa un proyecto para utilizar los paneles en la iluminación con energía solar de la concesión
vial entre Armenia y Manizales y hay una iniciativa para construir viviendas de interés social
(para familias de escasos recursos económicos) con la aplicación de soluciones energéticas
solares.
Pero un obstáculo para la aplicación de esta tecnología es el alto costo de cada batería, el cual
puede llegar a ser de 15 millones de pesos (aproximadamente unos seis mil ochocientos
30
Euros), “en realidad es una inversión alta, lo que pasa es que con el tiempo el costo va
disminuyendo y eso lo hace rentable”, destaca el docente.
El tiempo de duración de las baterías es de 12 años, y esa inversión se puede distribuir en ese
tiempo y resulta mejor que la comunidad cuente con su propia energía.
Segui Chilet, Salvador y Jimeno Salas, Francisco (2002). Fundamentos básicos de la
electrónica de potencia [Libro en línea]. Valencia, España: Editorial de la UPV. pp. 79-84.
Disponible en:
http://books.google.co.ve/books?id=ydcdCPsGUr0C&pg=PA77&dq=paneles+solares+
acumuladores&hl=es419&sa=X&ei=AsnGUNacM7K60AH9noGYAg&ved=0CC8Q6A
EwAQ#v=onepage&q=paneles%20solares%20acumuladores&f=false. [Consulta: 2012,
Diciembre 10].
Elementos que incluye un sistema fotovoltaico
- Un generador fotovoltaico. Constituido por paneles solares que producen tensión
continua y corriente constante.
- Un generador auxiliar, que complementa al anterior en los momentos de insuficiente
radiación. Con mucha frecuencia está constituido por un grupo termoeléctrico
alimentado por diesel o gasolina.
- Un acumulador de energía que adapta los diferentes ritmos de producción y demanda
almacenando energía en los momentos en que la producción es superior a la demanda, y
entregándola en el caso contrario. En la mayoría de los sistemas esta constituido por un
acumulador electroquímico, o batería de plomo ácido. Con menos frecuencia se utilizan
baterías de niquel-cadmio. Algunas veces, en vez de almacenar energía, se recurre a
almacenar directamente el producto final del sistema; agua en los sistemas de bombeo
por ejemplo.
- Una carga que utiliza la energía eléctrica producida por los generadores y que puede
adoptar muchas formas: equipo DC (iluminación, televisión, enlaces de
telecomunicación, etc.), equipos AC (motores eléctricos, iluminación, etc.) e incluso la
propia red de suministro y distribución de electricidad convencional en alterna.
- Un conjunto de equipos que actúan de interfaz entre todos los definidos anteriormente y
que ejercen funciones de protección y de control. Genéricamente, se agrupan bajo el
nombre de acondicionamiento de potencia y, quizás los de uso mas frecuente son los
reguladores de la carga de baterías y los convertidores DC-CA o inversores.
APLICACIONES FOTOVOLTAICAS
- Telecomunicaciones
Son muchos los equipos relacionados con la telecomunicación en general, que se
ubican en lugares de difícil acceso (montaña, oteros, etc.) y, con frecuencia,
alejados de la Red Eléctrica Convencional. Tiene sentido recurrir a la solución
fotovoltaica cuando su coste es inferior al de extender la red.
31
- Electrificación rural.
Entre el 75 y el 80% de la población mundial no tiene acceso a las redes de la
distribución de electricidad. Este contexto, y por razones económicas similares a la
señaladas en el apartado anterior, ha permitido el desarrollo de un importante
sector del mercado fotovoltaico destinado a la electrificación de viviendas,
escuelas, granjas, etc.
- Aplicaciones agropecuarias
Algunas industrias de ramo agropecuario se caracterizan por ser relativamente
intensivas en ocupación de suelo y, a la vez, poco consumidores de energía.
- Bombeo de agua
Los recursos hídricos tienden a disminuir en muchas zonas del planeta, en parte
debido al aumento de población y en parte, debido a las sequías pertinaces que se
repiten desde la década de los 70. En amplias zonas de África y Asia existen ya
graves problemas de abastecimiento y la situación tiene a empeorar.
Los sistemas de bombeo fotovoltaicos presentan características que lo hacen
especialmente atractivos para esta regiones.
- Conexión a la Red Eléctrica
En términos estrictamente económicos, la inyección en la red eléctrica de energía
de origen fotovoltaico sólo se justifica si su coste es comparable al de las fuentes
de energía convencional, lo que no es el caso en el momento de escribir este texto.
La modularidad propia de la tecnología fotovoltaica hace que el coste unitario de la
energía de la energía producida dependa poco del tamaño de los sistemas.
6. IMPACTO SOCIO-ECONOMICO
Valvuena, Álvaro. (2012). “Científicos crean celdas solares transparentes” [Articulo en línea].
Disponible en: http://www.empresate.org/2012/07/25/sabiasque-cientificos-crean-celdas-
solares-transparentes/. [Consulta: 2012, Diciembre 6].
Investigadores de la Universidad de California de Los Ángeles han desarrollado una serie de
celdas solares transparentes que podrían ser instaladas en los hogares y otros edificios para
generar electricidad mientras las personas pueden ver hacia afuera. Este tipo de celdas solares
permiten el paso de la luz visible y captura la energía de los rayos infrarrojos, un fragmento de
la luz que no podemos ver.
Hasta el momento, las celdas solares se encuentran en los típicos paneles azules o verdes con
una cuadrícula responsable de la conducción de la energía recolectada. Sin embargo, las
celdas presentadas tienen una transparencia de hasta el 66%, permitiendo que puedan ser
usadas en ventanas, e incluso pantallas de dispositivos móviles. Así publicó en su extracto el
portal de divulgación de trabajos científicos ACS.
De conseguirse la masificación de estas nuevas celdas, podríamos ver una revolución en el
uso de la energía solar. Hoy en día es necesario otorgar grandes espacios a las instalaciones de
celdas solares, pero con este invento sería posible encontrarlas en prácticamente todos los
edificios y casas sin que hubiera un cambio significativo en el estilo de vida de la gente, o en
32
la funcionalidad del lugar.
Yang Yang, titular del desarrollo, reporta que las celdas fueron elaboradas utilizando un
nuevo tipo de polímero que produce energía al absorber mucha de la luz infrarroja, que no es
visible, lo que permite que las celdas sean transparentes en un 70 por ciento al ojo humano.
Prieto, Raúl. (2012). “Mejoras de tecnologías en las energía solar fotovoltaica” [Articulo en
línea]. Disponible es: http://energias-renovables-y-limpias.blogspot.com/2012/10/mejoras-de-
tecnologia-en-energia-solar-fotovoltaica.html .[Consulta: 2012, Diciembre 10].
Una vez visto lo que se puede conseguir con mejoras en la tecnología, como podemos
ver en el artículo ¿Qué se consigue con las mejoras tecnológicas en la energía solar
fotovoltaica?, ahora vamos a ver cuáles mejoras actualmente se han puesto en funcionamiento,
o se están estudiando en este campo:
- Fabricación de paneles solares flexibles mediante el uso de un material de revestimiento
energético descontaminante. Explicándolo un poco mejor, os comento que las células
fotovoltaicas antes de esta tecnología no tenían ningún tipo de revestimiento bactericida,
descontaminante o purificante, ya que siempre estaban encapsuladas y por tanto no expuestas
al medio ambiente. Pero con el uso de este revestimiento se abrieron los caminos para el uso
de paneles solares translúcidos y flexibles, adaptables a cualquier superficie, para así poder
encontrar ya en el mercado actual tejas que producen electricidad, cristales aislantes que
producen electricidad al mismo tiempo que dejan pasar luz al interior de la edificación, etc.
- Fabricación de paneles solares flotantes. Con este nuevo avance se elimina el problema de
espacio que se presenta al querer instalar un campo solar fotovoltaico, aprovechando
superficies de aguas planas de algún pantano, embalse, etc., generando energía en zonas que
no sean ni reservas naturales, ni centros turísticos ni en mar abierto.
- Nuevos diseños de paneles solares que abaratan la instalación. Se han diseñado paneles
solares que son mucho más fáciles de instalar y por tanto reducen bastante el importe de la
mano de obra, parte del presupuesto bastante importante en una instalación de paneles solares.
- Herramientas de concentración de la luz solar hacen que se necesiten menos células solares
para captar la misma cantidad de energía. Entre estas herramientas se usan espejos y
materiales reflectantes de la luz solar para enfocar los reflejos hacia la célula solar,
concentrando toda la luz en la célula, pero también se usan cristales con el efecto que crea una
lupa para crear rayos de luz más intensos también enfocados sobre la propia célula solar.
- Se ha creado ya varios prototipos de máquinas que consiguen crear células solares con una
simple impresión en 3D, con sistemas que representar muy sencillos y rápidos comparados
con los métodos actuales, aunque se está investigando aún cómo poder industrializar el
proceso, y también el poder conseguir rendimientos de captación de energía más elevados
para esas células solares, ya que actualmente no consiguen captar tanta energía como las
fabricadas con los procesos habituales.
- Continuamente se está estudiando el uso de nuevos materiales que hace posible que se vayan
33
aumentando poco a poco los rendimientos de los paneles solares, y que se prevea poder captar
hasta un 45% de la energía de la luz solar. Entre otros muchos materiales, se están realizando
estudios muy diversos de adicción de nuevos materiales como el pentaceno, teluro de cadmio,
fosfuro de zinc, óxido cuproso, etc.
- Se está estudiando la introducción de puntos cuánticos con carga de energía puede significar
que se pueda captar la energía de la luz visible, pero también la de la luz infrarroja, lo que
provocaría poder captar energía incluso durante la noche y así llegar a aumentar el
rendimiento de los paneles solares hasta el 45%.
- Se están estudiando nuevos procesos de producción de silicio para usos solar, mucho más
económicos, debido a la necesidad de hasta un 80% menos de energía, incluso llegando a
generar un 90% menos de CO2 en el proceso de su fabricación.
- Se están estudiando nuevos avances conseguidos mediante el uso de la nanotecnología para
la fabricación de paneles solares fotovoltaicos. Estos avances hacen que se prevea para un
futuro cercano, conseguir rendimientos de los paneles de hasta el 80%, pudiendo incluso
captar energía durante la noche. Este estudio se basa en la creación, mediante la
nanotecnología, de microantenas del tamaño de unas 25 veces menor que el grosor de un pelo
humano, y conformadas a su vez por millones de fibras metálicas, las cuales pueden llegar a
captar incluso la energía de la luz infrarroja. Ésta puede ser la tecnología aplicada a este
campo que es más prometedora hoy en día, aunque aún está bajo estudio como se podrá
convertir la energía captada por estas microantenas para poder ser utilizada en usos normales.
Fairley, Peter (2012). “Argument Over the Value of Solar Focuses on Spain”. IEEE Spectrum.
Volumen 49, número 9. pp. 11-12.
Oil producers are working harder than ever to replace their reserves and, increasingly, turning
to nonconventional petroleum sources such as Canada's tarry bitumen and ultra-deep-water
offshore wells. As they do so, they are investing more energy to deliver each new barrel of oil.
Similar trends are playing out for natural gas and coal, and a growing number of energy
analysts are worried. They see these accelerating trends—what they call fossil fuels' declining
energy return on investment, or EROI—as an ill portent for the global economy.
The critical question for the future is whether renewable energy sources can fill the gap,
sustaining the energy surplus that has supported explosive growth in human life span and
population since the industrial revolution. A book due out later this year promises a hardnosed
look at solar energy— the fastest growing form of renewable energy—and is likely to raise
plenty of eyebrows.
Coauthored by ecologist Charles A.S. Hall and Spanish telecom and solar systems engineer
Pedro A. Prieto, the book is a case study of Spain's utility-scale installations of photovoltaics.
It will be, the authors claim, the first comprehensive analysis of large- scale PV based on data
rather than models. Hall—a professor at the State University of New York College of
Environmental Science and Forestry, in Syracuse— formalized the concept of EROI more
than 40 years ago, as the energy yielded by an energy- gathering activity divided by the
34
energy invested in that activity.
While mum on their EROI numbers, Hall and Prieto say the book will demonstrate that
building and operating PV requires considerably more energy than its promoters claim. And,
they add, fossil fuels provide the bulk of the energy investment.
The conclusion is that solar PV systems are very much underpinned by a fossil fuel society,"
says Prieto.
Prieto cites two dozen energy inputs left out of many life-cycle analyses of photovoltaic
systems. He witnessed these inputs directly while building one of Spain's earliest utility-scale
solar facilities—a 1-megawatt plant in Extremadura that began operating in 2006— and while
supporting subsequent PV installations.
The factors include construction of roads, water pipes and transmission lines to serve the
often-remote solar sites, and even international flights to get on-site help from specialist
engineers.
All told, says Prieto, the result could be an EROI figure even lower than the already
controversial EROI of 6.8 that Hall previously cited for PV, which would make it inferior to
most other forms of power generation. According to Prieto we are "very far" from having
solar power systems that provide substantial net energy to society, and he is not much more
optimistic about similarly fast-growing wind power.
Not all energy analysts tracking EROI accept this dim view of renewable energy. For one
thing, analyses of fossil fuels likely neglect to count many real- world energy inputs such as
those that Prieto is adding to solar’s baggage. For another, PV efficiency is rising fast. An
updated analysis published this March by Marco Raugei, a life- cycle expert at Barcelona's
Universitat Pompeu Fabra, and two U.S.-based colleagues calculates EROIs of 19 to 38 for
various PV module types.
Joshua Pearce, an associate professor of materials science and engineering at Michigan
Technological University, notes that energy policies could improve real returns from solar
energy by offering incentives for the use of the highest-EROI systems. Centralized solar farms
full of cheap crystalline silicon modules—which EROI studies show to be the most energy
intensive of PV installations—dominate the market because they are the most profitable to
build.
A deployment scheme designed to reward EROI instead would shift the calculus, says Pearce:
"Before a single centralized PV facility was erected. we would have thin-film P V panels
integrated into every appropriate rooftop."
Stanford University energy systems expert Adam Brandt, meanwhile, discounts PV's current
reliance on fossil energy. What's important, he says, is that a PV installation can use fossil
energy to produce carbon-free power—a critical response to climate change. "If you consume
one unit of fossil fuel and get something like 8 or 12 units of solar energy out, that's a positive
story," Brandt says.
35
If the optimists are wrong, however, prepare for a shock. In a 2009 paper, Hall and his
colleagues estimated that energy supplies with an EROI of at least 12 to 13 were required to
support the trappings of modern developed nations, such as higher education, technological
progress, and high art. Oil and gas production in the United States may have already fallen
below that threshold, the paper says, and global production appears to be following fast.
The implications, according to Prieto and Hall, are sobering. In fact, Prieto believes he is
already witnessing economic decline caused, in part, by petroleum's dwindling EROI. He sees
it manifested in Spain's debt crisis. "Energy is the ability to do work. If we do not have more
energy one year than the preceding year, we will hardly be able to grow," he says. "And, if
there is no growth, the financial system collapses."
Smil, Vaclav (2012). “A Skeptic Looks at Alternative Energy”. IEEE Spectrum. Volumen 49,
número 7. pp. 44-49.
“In June 2004 the editor of an energy journal called to ask me to comment on a just-
announced plan to build the world's largest photovoltaic electric generating plant. Where
would it be, I asked—Arizona? Spain? North Africa? No, it was to be spread among three
locations in rural Bavaria, southeast of Nuremberg.
I said there must be some mistake. I grew up not far from that place, just across the border
with the Czech Republic, and I will never forget those seemingly endless days of summer
spent inside while it rained incessantly. Bavaria is like Seattle in the United States or Sichuan
province in China. You don't want to put a solar plant in Bavaria, but that is exactly where the
Germans put it. The plant, with a peak output of 10 megawatts, went into operation in June
2005.
It happened for the best reason there is in polities: money. Welcome to the world of new
renewable energies, where the subsidies rule— and consumers pay.”
Without these subsidies, renewable energy plants other than hydroelectric and geothermal
ones can't yet compete with conventional generators. There are several reasons, starting with
relatively low capacity factors—the most electricity a plant can actually produce divided by
what it would produce if it could be run full time. The capacity factor of a typical nuclear
power plant is more than 90 percent; for a coal-fired generating plant it's about 65 to 70
percent. A photovoltaic installation can get close to 20 percent—in sunny Spain—and a wind
turbine, well placed on dry land, from 25 to 30 percent. Put it offshore and it may even reach
40 percent. To convert to either of the latter two technologies, you must also figure in the need
to string entirely new transmission lines to places where sun and wind abound, as well as the
need to manage a more variable system load, due to the intermittent nature of the power.
What was the german government thinking in 2004, when it offered a subsidy, known as a
feed-in tariff, that guaranteed investors as much as €0.57 per kilowatt-hour for the next two
decades of photovoltaic generation? At the time, the average price for electricity from other
sources was about €0.20/kWh; by comparison, the average U.S. electricity price in 2004 was
7.6 cents, or about €o.o6/kWh. With subsidies like that, it was no wonder that Bavaria Solar
park was just the beginning of a rush to build photovoltaic plants in Germany. By the end of
2011, Germany's PV installations had a capacity of nearly 25 gigawatts, which was more than
36
a third of the global total. If you subsidize something enough, at first it can seem almost
reasonable; only later does reality intervene. This past March, stung by the news that Germans
were paying the second highest electricity rates in Europe, the German parliament voted to cut
the various solar subsidies by up to 29 percent.
Such generous subsidies are by no means a German peculiarity. They have been the norm in
the new world of renewable energies; only their targets differ. Spain also subsidized wind and
PV generation before cutting its feed-in tariff for large installations by nearly 50 percent in
2010.
The matter of affordable costs is the hardest promise to assess, given the many assorted
subsidies and the creative accounting techniques that have for years propped up alternative
and renewable generation technologies.
The solar enthusiasts love to take the history of impressively declining prices for photovoltaic
cells and project them forward to imply that we'll soon see installed costs that are amazingly
low.
But other analyses refute the claims of cheap wind electricity, and still others take into
account the fact that photovoltaic installations require not just cells but also frames, inverters,
batteries, and labor. These associated expenses are not plummeting at all, and that is why the
cost of electricity generated by residential solar systems in the United States has not changed
dramatically since 2000. At that time the national mean was close to 40 U.S. cents per
kilowatt-hour, while the latest Solarbuzz data for 2012 show 28.91 cents per kilowatt- hour in
sunny climates and 63.60 cents per kilowatt-hour in cloudy ones. That's still far more
expensive than using fossil fuels, which in the United States cost between 11 and 12 cents
per kilowatt-hour in 2011. The age of mass-scale, decentralized photovoltaic generation is not
here yet.
The ultimate justification for alternative energy centers on its mitigation of global warming:
Using wind, solar, and biomass sources of energy adds less greenhouse gas to the atmosphere.
But because greenhouse gases have global effects, the efficacy of this substitution must be
judged on a global scale. And then we have to face the fact that the
Western world's wind and solar contributions to the reduction of carbon-dioxide emissions are
being utterly swamped by the increased burning of coal in China and India
Boyd, John (2012). “Japan’s Green Dreams Delayed”. IEEE Spectrum. Volumen 49, número
3. p 11.
Fukushima Dai-ichi nuclear disaster, with nuclear power's future uncertain, Japan's parliament
passed a bill in August aiming to boost green energy production. The bill—commonly called
the feed-in tariff or FIT law—requires Japan's 10 power utilities to purchase electricity
generated by suppliers of such renewable energy sources as solar, wind, and biomass and is
slated to go into effect this summer. But its implementation is far from ready, and some
energy experts believe it will be decades before it really helps.
There are also physical obstacles hindering the plan's implementation. With mountainous
terrain covering over 70 percent of Japan, fiat land for living and agriculture is at a premium.
37
This makes it difficult to install large solar and wind projects.
According to government data, installed and planned solar farms are only around one-tenth to
one-half the size of the largest sites in the United States and Europe, limiting their potential
and cost competitiveness.
Considering all these challenges, some industry watchers don't see renewables as a nearterm
energy source. The Institute of Applied Energy (IAE), an independent research organization in
Tokyo, estimates it will be several decades before solar and wind energy makes a significant
contribution to Japan's energy needs.
"At present, nonhydro renewable energies combined is just 1 percent of Japan's power
generation," says Kazuaki Matsui, executive director of IAE. Though supporters of green
energy will disagree, Matsui believes it is just not possible to install solar and wind farms in
the huge numbers necessary over the next 20 years to make a serious difference. "We might
expect some sizable [output] from renewables, maybe in 2050."
Bourzac, Katherine (2012). “Paneles solares baratos y flexibles gracias al uso de células de
carbono” [Artículo en Línea]. Disponible en:
http://www.technologyreview.es/read_article.aspx?id=41800 [Consulta: 2012, Diciembre 10].
Células de carbono: La célula solar hecha completamente de carbono consiste en una capa
fotoactiva colocada entre dos electrodos.
Con una sorprendente mezcla de nuevos nanomateriales, un grupo de investigadores de la
Universidad de Stanford (Estados Unidos) ha creado las primeras células solares hechas
completamente de carbono. Sus componentes fotovoltaicos no producen mucha electricidad,
pero a medida que la tecnología se perfeccione, estas células de carbono podrían resultar
baratas, imprimibles, flexibles y suficientemente resistentes para soportar ambientes y climas
extremos.
El objetivo no es reemplazar las células solares hechas de silicio y otros materiales
inorgánicos, indica Zhenan Bao, profesor de ingeniería química en la Universidad de Stanford
y director del estudio. Más bien, se trata de crear nuevos segmentos de mercado. "El carbono
es uno de los elementos más abundantes en la tierra, y es versátil", indica Bao.
El carbono tiene una notable resistencia: el grafeno, de un átomo de grosor, y los largos y
delgados nanotubos de carbono son dos de los materiales más fuertes jamás puestos a prueba.
Los componentes fotovoltaicos creados solo con carbono convierten menos del 1 por ciento
de la energía de la luz en electricidad (en comparación, una célula solar de silicio convierte
alrededor del 20 por ciento de la luz). Sin embargo, Bao asegura que su grupo trabajó
principalmente con materiales poco sofisticados, en los que hicieron pocos ajustes. Atribuye
parte del problema a la rugosidad de las películas de carbono, que entorpecen los viajes de las
cargas, y señala que debería ser posible suavizarlas si se mejoran los métodos de
transformación.
38
Hay otros grupos de investigación centrados en la creación de mejores materiales de carbono
para las capas activas de componentes fotovoltaicos. Según unos cálculos teóricos efectuados
por Jeffrey Grossman en el MIT (Instituto Tecnológico de Massachusetts, en EE.UU.), las
células solares de carbono deberían ser capaces de llegar al 13 por ciento de eficiencia de
conversión.
Para que las células solares de carbono sean comercialmente viables, señala Shenqiang Ren,
profesor asistente de química en la Universidad de Kansas (EE.UU.), su eficiencia debe
superar el 10 por ciento. El laboratorio de Ren estableció el récord de eficiencia de conversión
de las células solares de carbono (equipadas con electrodos metálicos convencionales) en un
1,3 por ciento en septiembre, en un trabajo publicado en ACS Nano. Ese es aproximadamente
el rendimiento que tuvieron las primeras células solares de polímero, señala.
39
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