ENERGÍA FOTOVOLTAICA

LA ENERGÍA FOTOVOLTAICA O ENERGÍA SOLAR ES AQUELLA ENERGÍA QUE ES OBTENIDA DE LA RADIACIÓN SOLAR. SE CAPTA MEDIANTE UN DISPOSITIVO SEMICONDUCTOR LLAMADO CÉLULA FOTOVOLTAICA O TAMBIÉN MEDIANTE UNA DEPOSION DE METALES SOBRE UN SUSTRATO DENOMINADA CÉLULA SOLAR DE PELÍCULA FINA.

RADIACIÓN SOLARSE CONOCE COMO RADIACIÓN SOLAR A LA SALIDA DEL SOL, QUE DESDE ONDAS DE LONGITUD CORTA DE ALTA ENERGÍA, COMO LO SON LOS RAYOS GAMMA, HASTA LAS RADIACIONES DE LA LONGITUD LARGA DE BAJA ENERGÍA, COMO SON LAS ONDAS DE RADIO. EN MEDIO DE ESTOS RANGOS ESTÁN LOS RAYOS X, LA LUZ VISIBLE Y EL CALOR O RADIACIÓN INFRAROJA, LA MEDIMOS COMO LA IRRADIANCIA.

LOS SISTEMAS FOTOVOLTAICOS CONVIERTEN LA LUZ DEL SOL EN ELECTRICIDAD, CUANDO SE USA LA LUZ DEL SOL DIRECTAMENTE PARA PRODUCIR CALOR, SE CONOCE COMO ENERGÍA SOLAR PASIVA. CUANDO LA LUZ SOLAR SE USA PARA PRODUCIR ALGUNA OTRA FORMA DE ENERGÍA, TAL COMO LA ELECTRICIDAD, SE CONOCE COMO LA POTENCIA SOLAR ACTIVA

Sistemas fotovoltaicos

LOS SISTEMAS FOTOVOLTAICOS LOS CARACTERIZAMOS POR SU TIPO DE PROCESO:

• PROCESO TÉRMICO

• PROCESO ELÉCTRICO

• PROCESO BIOQUÍMICO

UN SISTEMA FOTOVOLTAICO TIENE 3 COMPONENTES PRINCIPALES:

• MODULO FOTOVOLTAICO : EL MODULO FOTOVOLTAICO ES LA FUENTE DE POTENCIA DEL SISTEMA, PRODUCEN CORRIENTE DIRECTA, LA CUAL EN CASO DE SER NECESARIO SE PUEDE ALMACENAR EN LOS BANCOS DE BATERÍA.

• BANCO DE BATERÍA : EN LOS SISTEMAS QUE OPERAN SIN CONEXIÓN A LA RED ELÉCTRICA, ES DECIR OPERAN COMO SISTEMAS AISLADOS, DEBEN TENER UN RESPALDO PARA LAS HORAS DEL DÍA EN QUE NO SE DISPONGA DE LA LUZ SOLAR PARA PRODUCIR ELECTRICIDAD, ESTO SE LOGRA CON BANCOS DE BATERÍAS QUE SE CONECTAN EN SERIE O EN PARALELO AL SISTEMA.

• CONTROLADOR DE CARGA : UN CONTROLADOR DE CARGA ES UN DISPOSITIVO CON ELECTRÓNICA QUE ESTA CONECTADO ENTRE EL ARREGLO FOTOVOLTAICO Y EL BANCO DE BATERÍAS, SU FUNCIÓN PRIMARIA ES CONTROLAR LA CARGA QUE ENTRA A LA BATERÍA PREVIAMENTE DEL ARREGLO FOTOVOLTAICO.

LOS SISTEMAS FOTOVOLTAICOS PUEDEN SER :

• SISTEMAS CONECTADOS A LA RED

• SISTEMAS BASADOS EN BATERÍA

• SISTEMAS HÍBRIDOS

SISTEMAS CONECTADOS A LA RED : LAS CARGAS SON ALIMENTADAS EN PRIMERA INSTANCIA POR LA RED ELÉCTRICA DE LA COMPAÑÍA SUMISTRADORA, ESTE TIPO DE SISTEMA PUEDE ENVIAR POTENCIA DIRECTAMENTE A LAS CARGAS O REGRESARLA A LA RED ELÉCTRICA.

• SISTEMAS HIDRIDOS : FUNCIONAN CON GENERADORES EÓLICOS, DIÉSEL .

LOS SISTEMAS HIDRIDOS SUMINISTRAN UNA GRAN CANTIDAD DE ENERGÍA ELÉCTRICA YA QUE COMBINAN DOS TIPOS DE OBTENCIÓN DE ENERGÍA COMO LO SON LA ENERGÍA SOLAR Y LA EÓLICA, ESTAS TIENE COMO RECURSO EL VIENTO Y EL SOL QUE SON “ INAGOTABLES”.

• SISTEMAS BASADOS EN BATERÍAS : SE USAN EN LA ELECTRIFICACIÓN RURAL EN DONDE LA ÚNICA FUENTE DE ENERGÍA PUEDE SER EL SOL Y SE REQUIERE DE SISTEMAS DE ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA COMO RESPALDO, LAS BATERÍAS PUEDEN ALIMENTAR CARGAS EN CD O EN CA POR MEDIO DE UN INVERSOR.

LA INTENSIDAD DE LA RADIACIÓN SOLAR DEPENDE DE LA CAMBIANTE POSICIÓN DE LA TIERRA EN

EL ESPACIO, LA ROTACIÓN DE LA TIERRA, LA ATMOSFERA DE LA TIERRA(GASES, NUBES, POLVO).

• ROTACIÓN DE LA TIERRA : LA ROTACIÓN DE LA TIERRA DA COMO RESULTADO OBSERVAR QUE EL SOL PARECE ESTAR EN DIFERENTES LUGARES DEL CIELO A MEDIDA QUE PASA EL TIEMPO

• LA ATMOSFERA DE LA TIERRA : LOS GASES DE LA ATMOSFERA PERMANECEN APARENTEMENTE ESTABLES, SIN EMBARGO, EN LOS AÑOS RECIENTES LAS CONTAMINACIÓN POR PARTÍCULAS SUSPENDIDAS EN LA ATMOSFERA EVITA QUE UNA CIERTA FRACCIÓN DEL SOL INCIDA EN LA TIERRA. LAS NUBES SON FUERTEMENTE TRANSITORIAS Y PASAN DE UN LADO A OTRO, PRODUCIENDO SOMBRAS SOBRE LA TIERRA

• POSICIÓN DE LA TIERRA EN EL ESPACIO : LA TIERRA GIRA SOBRE SU PROPIO EJE, EL CUAL ESTA LIGERAMENTE INCLINADO CON RESPECTO AL SOL, EN A MEDIDA QUE LA TIERRA GIRA CON VELOCIDAD CONSTANTE, SE TENDRÁN CIERTOS PUNTOS EN LA ORBITA DE LA TIERRA CUANDO EL SOL BRILLA POR LARGOS PERIODOS, DEBIDO A LA POSICIÓN DE LA TIERRA EN EL ESPACIO, ESTA PARTE DEL MUNDO TIENDE A ESTAR MAS CERCA DEL SOL EN EL PERIODO DE UN DÍA, ESTA ES LA RAZÓN POR LA CUAL SE TIENEN LAS ESTACIONES.

LA IRRADIANCIALA IRRADIANCIA ES UNA MEDICIÓN IMPORTANTE, PERO LO QUE LA MAYORÍA DE LOS INSTALADORES SOLARES NECESITAN SABER ES LA IRRADIANCIA EN EL TIEMPO QUE ES LA CANTIDAD DE ENERGÍA QUE SE ESPERA IMPACTE A UN SISTEMA FOTOVOLTAICO. LA IRRADIANCIA POR UN PERIODO DE TIEMPO SE REFIERE COMO LA IRRADIACIÓN SOLAR, SE EXPRESA EN WATTS POR METRO CUADRADO IMPACTANDO LA SUPERFICIE DE LA TIERRA O UN MODULO FOTOVOLTAICO DURANTE UN CIERTO PERIODO DE TIEMPO ESPECIFICADO.

Ilustramos los conceptos gráficamente, la irradiancia es la línea oscura sencilla. el área bajo la curva es irradiación solar, la irradiancia total solar, durante un periodo dado, puede ser la irradiancia ocurrida en un día.

LA GANANCIA SOLAR ESTA TAMBIÉN REDUCIDA EN EL UNIVERSO DEBIDO A QUE LOS DÍAS SON MAS CORTOS , ES DECIR, HAY MENOS HORAS DE LUZ DE DÍA DURANTE LOS MESES DE INVIERNO. LA LONGITUD DEL DÍA ESTA DETERMINADA POR EL ANGULO DE LA TIERRA CON RELACIÓN AL SOL. DURANTE EL INVIERNO EL HEMISFERIO NORTE LA MAYORÍA DE LOS RAYOS SOLARES CAEN SOBRE EL HEMISFERIO SUR. ESTOS TRES FACTORES BAJAN LA DENSIDAD DE ENERGÍA, INCREMENTO EN LA ABSORCIÓN Y DÍAS MAS CORTOS, REDUCEN LA CANTIDAD DE ENERGÍA DISPONIBLE A UN SISTEMA FOTOVOLTAICO DURANTE EL INVIERNO.

EN EL VERANO EN EL HEMISFERIO NORTE LA TIERRA SE INCLINA HACIA EL SOL, ESTO REPRESENTA VARIOS CAMBIOS, UNO DE ELLOS ES QUE EL SOL ESTA POSICIONADO MAS ALTO EN EL CIELO, COMO RESULTADO DE ESTO, LA LUZ DEL SOL PASANDO SOBRE EL HEMISFERIO NORTE PASA A TRAVÉS DE MENOS ATMOSFERA, LO CUAL REDUCE LA ABSORCIÓN Y LA DISPERSIÓN, ESTO A SU VEZ INCREMENTA LA IRRADANCIA SOLAR, LO QUE INCREMENTA LA POTENCIA DE SALIDA DEL ARREGLO FOTOVOLTAICO.

EL ANGULO FORMADO ENTRE EL SOL Y EL HORIZONTE EN CUALQUIER MOMENTO DURANTE CUALQUIER HORA DEL DÍA, SE REFIERE COMO EL ANGULO DE ALTITUD.

EL ANGULO DE ALTITUD DECRECE DEL SOLSTICIO DE VERANO AL SOLSTICIO DE INVIERNO. DESPUÉS DEL SOLSTICIO DE INVIERNO, NUEVAMENTE EL ANGULO DE ALTITUD SE INCREMENTA, CRECIENDO POCO CADA DÍA HASTA QUE RETORNA AL SOLSTICIO DE VERANO.

• SOLSTICIO DE VERANO : EN EL SOLSTICIO DE VERANO EL HEMISFERIO NORTE ESTA INCLINADO 23.5 GRADOS HACIA EL SOL.

• SOLSTICIO DE INVIERNO : EN EL SOLSTICIO DE INVIERNO EL HEMISFERIO NORTE ESTA INCLINADO 23.5 GRADOS CON RESPECTO AL SOL (RETIRADO)

TRAYECTORIAS DEL SOL SEGÚN EL SOLSTICIO EN QUE SE ENCUENTRE CON RESPECTO A UN PANEL SOLAR

LOS PUNTOS MEDIDOS ENTRE LOS CICLOS DE 6 MESES ENTRE LOS SOLSTICIOS DE INVIERNO Y VERANO SE CONOCEN COMO EQUINOCCIOS, LA PALABRA EQUINOCCIO ES DERIVADA DE LAS PALABRAS EN LATÍN EQUIUS ( IGUAL) Y NOX (NOCHE). EN EL EQUINOCCIO LAS HORAS DE LUZ DE DÍA SON IGUALES A LAS HORAS DE OSCURIDAD. EL EQUINOCCIO DE PRIMAVERA OCURRE ALREDEDOR DEL 20 DE MARZO Y EL EQUINOCCIO DE OTOÑO OCURRE ALREDEDOR DEL 22 DE SEPTIEMBRE, ESTAS FECHAS MARCAN EL INICIO DE LA PRIMAVERA Y EL OTOÑO RESPECTIVAMENTE

EN FORMA IDEAL UN ARREGLO SOLAR DEBERÍA APUNTAR DIRECTAMENTE AL SOL DESDE LA SALIDA HASTA LA PUESTA PARA PRODUCIR LA MAYOR CANTIDAD DE ENERGÍA, DE MANERA QUE SE OPTIMICE LA DENSIDAD DE ENERGÍA INCIDIENDO SOBRE EL ARREGLO, ESTE ES EL PRIMER BENEFICIO DE ORIENTAR UN ARREGLO EN LA DIRECCIÓN DEL SOL TANTO SEA POSIBLE.

LA ROTACIÓN DE LA TIERRA DEFINE CADA UNA DE LAS ESTACIONES.

PANELES FOTOVOLTAICOS

LAS CELDAS FOTOVOLTAICAS SON DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS DE ESTADO SOLIDO, COMO LOS TRANSISTORES, DIODOS Y OTRAS COMPONENTES DEL QUIPO ELECTRÓNICO. ESTOS DISPOSITIVOS SE REFIEREN COMO DE ESTADO SOLIDO, DEBIDO A QUE EL FLUJO DE ELECTRONES ES ENTRE MATERIALES SOLIDOS. LA MAYORÍA DE CELAS SOLARES EN USO ACTUALMENTE ESTÁN HECHAS DE UNOS DE LOS MATERIALES MAS ABUNDANTES EN EL PLANETA, EL SILICIO EL CUAL SE EXTRAE DEL CUARZO Y LA ARENA

OTROS MATERIALES USADOS EN LA TECNOLOGÍA FOTOVOLTAICA SON EL GALIO Y EL SULFATO DE CADMIO.

UN PANEL SOLAR ES UN CONJUNTO DE CELDAS FOTOVOLTAICAS INTERCONECTADAS Y DISPUESTAS EN UNA ESTRUCTURA DE SOPORTE QUE USA MATERIALES COMUNES, DEBIENDO POSIBILITAR EL AGRUPAMIENTO E INTERCONEXIÓN DE LOS ELEMENTOS EN FORMA SIMPLE. EL ARREGLO PUEDE DISPONER DE EQUIPO PARA ORIENTACIÓN DEL PANEL CONFORME AL MOVIMIENTO DEL SOL.

LOS COSTOS DEL SISTEMA FOTOVOLTAICO SON DETERMINADOS PRINCIPALMENTE POR EL ÁREA DEL COLECTOR, QUE A SU VEZ, DEPENDE DE LA EFICIENCIA CON QUE LA RADIACIÓN SOLAR SE CONVIERTE A ELECTRICIDAD. ESTO ES VALIDO PARA UN CELDA PLANA (DONDE EL ÁREA PRINCIPAL ES DE MATERIAL FOTOVOLTAICO ACTIVO) Y TAMBIÉN PARA CONCENTRADORES ( ÁREA CUBIERTA POR LENTES O ESPEJOS).

LA EFICIENCIA DEL SISTEMA DEPENDE DE LA FRACCIÓN DE ENERGÍA SOLAR QUE ALCANZA A LA CÉLULA Y QUE ES CONVERTIDA A POTENCIA ELÉCTRICA,. LA EFICIENCIA ES MÁXIMA CUANDO LA POTENCIA ES MÁXIMA.

Sistema fotovoltaico domestico

Podemos observar el panel solar, los artefactos de consumo y el regulador, en un conjunto aseguran un buen funcionamiento del sistema

ELECTRIFICACIÓN RURALLOS SISTEMAS AISLADOS POR LO GENERAL, SE USAN EN LO QUE SE HA DENOMINADO COMO ELECTRIFICACIÓN RURAL EN DONDE LA ÚNICA FUENTE DE ENERGÍA PUEDE SER EL SOL Y SE REQUIERE DE SISTEMAS DE ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA COMO RESPALDO, ESTE TIPO DE ELECTRIFICACIÓN ES UN EJEMPLO CLARO DE LA UTILIZACIÓN DE BANCOS DE BATERÍAS.

EJEMPLOS DE LOS DIFERENTES TIPOS DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS.

PLANTAS FOTOVOLTAICAS

ESTOS SISTEMAS ESTÁN CONECTADOS A LA RED, PRODUCEN UNA CANTIDAD IMPORTANTE DE ELECTRICIDAD EN UN PUNTO ÚNICO. EL TAMAÑO DE ESTAS PLANTAS VARIA DE UNA CENTENA DE KILOWATTS A MEGA WATTS. ALGUNAS DE ESTAS GRANDE INSTALACIONES ESTA SOBRE EDIFICIOS GRANDES INDUSTRIALES O EN EL SUELO, PRÓXIMO A CENTROS DE CONSUMO RESIDENCIAL O INDUSTRIAL QUE EXIGEN UN CONSUMO MUY ELEVADO DE ENERGÍA ELÉCTRICA.