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Paneles de energía
solar fotovoltaica

Energía solar fotovoltaica

Energía solar fotovoltaica

La energía solar fotovoltaica consiste en la transformación directa de la radia­ción solar en energía eléctrica. Este tipo de energía, a menudo se la denomina directamente energía fotovoltaica.

Esta transformación en energía eléctrica se consigue aprovechando las propiedades de los materiales semiconductores mediante las células fotovoltaicas. El material más común utilizado para los sistemas fotovoltaicos es silicio amorfo, policristalino o monocristalino, teluro de cadmio y seleniuro / sulfuro de indio y cobre.

La energía solar fotovoltaica tiene ventajas específicas como fuente de energía:

La producción de energía puede ser a gran escala para el consumo en general o a pequeña escala para consumo en pequeñas viviendas, refugios de montaña o sitios aislados.

¿Cuál es la situación actual de la energía fotoeléctrica?

La energía fotovoltaica es la tercera fuente de energía renovable en términos de capacidad global. Las fuentes renovables que ocupan la primera posición són después de la energía hidráulica y eólica.

La Agencia Internacional de Energía espera un crecimiento de 700 a 880 GW de 2019 a 2024. Según el pronóstico, la energía fotovoltaica podría convertirse en la tecnología con la mayor capacidad instalada a mediados de la década de 2020.

En 2018, la capacidad fotovoltaica instalada en todo el mundo aumentó a más de 515 gigavatios (GW) cubriendo aproximadamente el dos por ciento de la demanda mundial de electricidad .

¿Cómo se transforma la radiación solar en electricidad?

Para transformar la radiación solar en electricidad se utilizan los paneles fotovoltaicos. Estos paneles estan compuestas de células fotovoltaicas. Estas célculas tienen la particularidad que al recibir la radiación del Sol ge genera una corriente eléctrica.

Las instalaciones fotovoltaicas pueden ser montadas en el suelo, en la azotea, en la pared o flotantes. El soporte puede ser fijo o usar un seguidor solar para seguir al sol a través del cielo.

Silicio

La fabricación de las células fotovoltaicas es un proceso costoso, tanto económicamente como en tiempo. El sílicio con el que se fabrican la mayor parte de las células fotovoltaicas es un material muy abundante en la Tierra. Sin embargo, el procesamiento del silicio es laborioso y com­plicado. Mediante unos procesos muy complicados se elabroan lingotes de silicio. Posteriormente, de estos lingotes de silicio se cortarán las obleas (células fotovoltaicas).

Otra fuente de obtención de silicio es el reciclado de la industria electrónica.

En la actualidad se están preparando otros materiales de mayor ren­dimiento.

¿Qué eficiencia tiene la energía fotovoltaica?

Energía solar fotovoltaica

Dependiendo de la construcción, los módulos fotovoltaicos pueden producir electricidad a partir de una gama concreta de frecuencias de la luz. De todos modos, en general no puede cubrir toda la gama solar (en concreto, la luz ultravioleta, infrarroja y baja o difusa).

Gran parte de la energía de la luz solar incidente no se aprovecha por los paneles solares. Si los paneles se iluminaran con luz monocromática se podrían obtener eficiencias muy superiores.

Por tanto, otro concepto de diseño es la de dividir la luz en diferentes longitudes de onda y dirigir los haces en diferentes células sintonizadas en estos rangos. Esto ha sido proyectado para ser capaz de elevar la eficiencia en un 50%.

Científicos de Spectrolab, una filial de Boeing, informaron del desarrollo de células solares multi-unión con una eficiencia de más del 40%. Esta mejora era un nuevo récord mundial de células solares fotovoltaicas. Los científicos de Spectrolab también predicen que las células solares de concentración podrían llegar eficiencias de más de 45% o incluso 50% en el futuro, con eficiencias teóricas de alrededor del 58% en las células con más de tres uniones.

Actualmente, la tasa mejor de conversión de la luz solar en energía fotovoltaica en los nuevos productos comerciales consigue una eficiencia del módulo solar de alrededor de 21,5%.

¿Cuáles son los usos y aplicaciones de la energía solar fotovoltaica?

Energía solar fotovoltaica

La principal aplicación de una instalación de energía solar fotovoltaica es la producción de energía eléctrica a partir de la radiación solar.

Los sistemas fotovoltaicos varían desde sistemas pequeños, montados en el techo o integrados en edificios con capacidades desde unas pocas hasta varias decenas de kilovatios, hasta grandes centrales eléctricas a escala de servicios públicos de cientos de megavatios.

Las principales aplicaciones son las siguientes:

  • Sistemas integrados en tejados y edificios.  Los sistemas fotovoltaicos de los tejados se suelen adaptar a los edificios existentes, generalmente montados sobre la estructura del techo existente o en las paredes existentes.
  • Colector solar fotovoltaico térmico híbrido.Estos sistemas son sistemas que convierten la radiación solar en energía térmica y eléctrica.
  • Concentrador fotovoltaico. Los concentradores utilizan lentes y espejos curvos para enfocar la luz solar en células solares pequeñas. De este modo se consigue una potencia fotovoltaica mucho mayor.
  • Electrificación rural. Este tipo de aplicación solar se utilza en aldeas rurales donde las línias eléctricas estan muy alejadas de la población.
  • Centrales eléctricas. Estas centrales son granjas solares para obtener una alta producción de potencia eléctrica.
  • Solar flotante. Los sistemas de energía solar flotante se instalan en sitios donde hay poca superfície de tierra disponible. Los paneles solares, en este caso, se encuentran flotando en una superfície acuática como en un pantano, lago, etc.
  • Sistemas independientes. El ejemplo más claro de estos sistemas son las calculadores solares.
  • En transporte. Utilizada para obtener potencia motriz.
  • Telecomunicaciones y señalización.
  • Aplicaciones de naves espaciales.

Instalaciones aisladas y connectadas a la red

Principalmente se diferencian dos tipos de instalaciones fotovoltaicas:

  • Instalaciones fotovoltaicas de conexión a red, donde la energía que se produce se utiliza íntegramente para la venta a la red eléctrica de distribución.
  • Instalaciones fotovoltaicas aisladas de red, que se utilizan para autoconsumo, ya sea una vivienda asilada, una estación repetidora de tele­comunicación, u otros lugares remotos. Permite obtener electricidad, bombeo de agua para riego, etc.

Dentro de las aplicaciones de la energía fotovoltaica no conectada a la red encontramos en muchos ámbitos de la vida cuotidiana. La energía fotovoltaica se utiliza en pequeños aparatos como calculadoras, como para el alumbrado público en determinadas zonas, para elimenar motores electricos e incluso se han desarrollado automóbiles y aviones que funcionan exclusivamente aprovechando la radiación solar como fuente de energía.

Dentro de las instalaciones fotovoltaicas conectadas a la red existen las plantas de energía solar fotovoltaica. Una planta de energía fotovoltaica, también un parque solar, es una gran planta de generación de energía, diseñada para la venta de su producción a la red eléctrica. También se le conoce como una granja solar, especialmente si está ubicada en áreas agrícolas.

Historia de la energía fotovoltaica

La energía fotovoltaica generada con el efecto fotovoltaico se reconoció por primera vez el 1839 por el físico francés Becquerel.  Sin embargo, no fue hasta el año 1883 que fue construida la primera célula solar por Charles Fritts con una eficiencia de un 1%. Durante la primera mitad del siglo XX varias fueron las mejoras para aumentar su eficiencia.

En 1946, Russel Ohl patentó la moderna unión entre los materiales semiconductores que actualmente se utiliza. Pero el avance tecnológico más importante llegó en 1954 cuando los Laboratorios Bell, Experimentando con los semiconductores, desarrollaron la primera célula fotovoltaica de silicio, con un rendimiento del 4,5%.

 

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    Referencias

    1. Roper, L. David. World Photovoltaic Energy
    2. Swanson, R. M. (2009). Photovoltaics Power Up
    3. «Photovoltaic Effect»  Mrsolar.com
    4. «The photovoltaic effect»  Encyclobeamia.solarbotics.net.
    5. «La fotovoltaica ya se codea en costes con la nuclear». El periódico de la energía.
    6. "Renewables 2019". IEA. Retrieved 26 January 2020.
    7. "PV report 2019" (PDF). Fraunhofer ISE.

    Última revisión: 25 de marzo de 2020