Energías renovables. Transformando la luz solar
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Energías renovables. Transformando la luz solar

375234 • 08/12/2018

Las células solares, o células fotovoltaicas, convierten la luz solar directamente en electricidad. La energía fotovoltaica pertenece a las energías renovables, toma su nombre del proceso de conversión de la luz (fotones) en electricidad (voltaje).

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Los paneles fotovoltaicos son muy diferentes a los paneles solares térmicos que capturan el calor del sol para producir agua caliente, aunque algunos ahora los hay que combinan un panel fotovoltaico y un colector solar térmico.

Las células fotovoltaicas rígidas de silicio son generalmente de aproximadamente 150 mm² y producen una pequeña cantidad de electricidad de unos 0 a 5 voltios.

Esto significa que para generar una mayor tensión mediante un gran número de células, 36 a 72, se conectan en serie para formar un panel fotovoltaico, luego los paneles se conectan entre sí para crear un conjunto fotovoltaico. Por lo general, un arreglo consistirá de alrededor de 10 paneles para una aplicación doméstica de energías renovables.

Las células solares de película delgada utilizan capas de materiales semiconductores de unos pocos micrones de espesor. Al ser semi flexibles, pueden utilizarse como parte de elementos de construcción como tejas y sistemas de acristalamiento.

Las nuevas tecnologías en energías renovables producen células solares aplicadas mediante tecnologías de prensas de estampación que utilizan tintes solares e integradas con plásticos conductores.

La vida útil estimada de un módulo fotovoltaico es de 30 años y se espera que su rendimiento se mantenga por encima del 80% de la potencia inicial después de unos 25 años de uso.

La huella de carbono en la fabricación de artefactos de energías renovables fotovoltaica ha disminuido aproximadamente un 50% en los últimos 10 años debido a mejoras en el rendimiento, ahorro de materias primas y mejoras en los procesos de fabricación.

Transformación de la luz solar en electricidad

Los paneles solares están clasificados en términos de potencia máxima expresada en kWp y es la potencia  de salida en luz solar brillante de 1000W/m² y a una temperatura del aire de 25 ºC. La salida de los paneles se reduce a medida que aumenta la temperatura, 1 kWp de un conjunto de energías renovables fotovoltaico bien situado en Europa debería ser capaz de producir unos 700 a  800 kWh de electricidad al año.

La cantidad de radiación solar incidente dependerá de la latitud del sitio, la dirección en que los paneles estén orientados y el ángulo de inclinación de los paneles. Se dispone de una calculadora en línea para obtener estimaciones de la energía potencial generada en los emplazamientos en Europa.

Incluso en días nublados, la luz difusa resultante proporcionará electricidad útil, sin embargo, el rendimiento se verá reducido si el sitio está regularmente sombreado, como por ejemplo en edificios adyacentes o vegetación cercana.

Células fotovoltaicas para energías renovables

Existen tres tipos principales de células fotovoltaicas que por sus eficiencias porcentuales indican qué cantidad de la radiación solar entrante se convertirá en electricidad, habiendo más pérdidas debido a los sistemas de control y al cableado:

  • Silicio monocristalino: con una eficiencia típica del 15%, unos 100 kWh por m² por año, estos son típicamente de color oscuro con líneas cercanas de conductores finos.
  • Silicio policristalino: con una eficiencia típica de al menos el 13%, de 100 kWh por m² por año, con una apariencia verdaderamente cristalina.
  • Película delgada: con una eficiencia típica del 7%, de 60 kWh por m² por año, que pueden integrarse tejas o paneles de vidrio.

La energías renovables fotovoltaica cristalina representa actualmente más del 90% de los sistemas instalados y el coste de los materiales es más elevado para los tipos de células más eficientes, aunque la integración de las tecnologías de capa fina en los elementos de construcción aumenta su coste.

Aprovechamiento de la energías renovables fotovoltaicas

Los sistemas fotovoltaicos pueden alimentar sistemas que están totalmente desconectados de la red, en el ámbito rural, esto permite que cualquier exceso de energía producida se venda a la compañía de suministro eléctrico, y proporciona un suministro de red normal a las instalaciones cuando la generación fotovoltaica es insuficiente.

Instalación de energías renovables fotovoltaicas

El trabajo mecánico asociado a paneles fotovoltaicos es escaso y existe un mercado maduro para el suministro de sistemas de montaje flexibles, sin embargo, existe un trabajo controlado que requiere electricistas capacitados, y la instalación de paneles montados en el techo normalmente requeriría un instalador capacitado.

Los módulos de energías renovables fotovoltaicos generan electricidad cuando están expuestos a la luz del día y los módulos individuales no se pueden apagar, a diferencia de otras instalaciones eléctricas, un sistema fotovoltaico implica trabajar en un sistema de baja tensión.

Las instalaciones típicas de los módulos fotovoltaicos tienen un peso de 10 a 13 kg/m², siendo los principales tipos de instalación:

  • Montaje en techo o pared de sistemas fotovoltaicos enmarcados, sistemas fotovoltaicos sobre perfilería que deben sobresalir menos de 200 mm para satisfacer los requisitos de planificación normales.
  • Energías renovables fotovoltaicas integrada en el techo o en la pared, donde el panel es una sección de la superficie.
  • Pizarras y tejas que serán más caros como componentes individuales, pero pueden reducir el gasto al desplazar las baldosas y pizarras estándar.
  • Energía fotovoltaica montada en superficie, de capa fina, sistemas fotovoltaicos flexibles que se fijan a un componente del edificio, como un panel de vidrio o un tejado plano.
  • Instalaciones sobre perfileria metálica, autoportantes o adosadas al edificio, fijados a los techos o en el suelo para proporcionar una inclinación y orientación óptimas.

Los desarrollos más recientes muestran una variedad de formas de colectores solares de energías renovables integrados, incluyendo:

  • Tejas solares montadas sobre tejados.
  • Pizarras solares montadas sobre listones que pueden sustituir a algunas partes del techo.
  • Vidrios laminados solares en los que la energía fotovoltaica adopta la forma de vidrios semitransparentes.

Esto puede ofrecer la oportunidad de incluir la energía fotovoltaica en un proyecto en el que, antes por estética hubieran impedido su uso.

En un sistema conectado a la red electrica, la corriente continua de los módulos alimenta a un inversor para su conversión a 240 V de corriente alterna y su conexión a la red eléctrica. El inversor estará situado cerca de los paneles para reducir las pérdidas de transmisión de CC, que necesita ventilación y puede zumbar. En aplicaciones más grandes se pueden utilizar varios inversores para proporcionar una mayor resistencia contra fallos.

La unidad del inversor normalmente controla la conexión del sistema de energías renovables fotovoltaico a la red (así como las cargas del edificio). Si se produce un corte de corriente, los inversores se apagan automáticamente para proteger a los ingenieros que trabajan en las líneas eléctricas.

En sistemas aislados de la red, la energía de corriente contínua se alimenta a un controlador de carga antes de ser suministrada a un medio de almacenamiento, como las baterías de ácido de plomo. Un sistema solar fotovoltaico conectado a la red no requiere baterías.

Pueden utilizarse soluciones de energías renovables especializadas para proporcionar sistemas híbridos que permitan que los sistemas basados en la red funcionen de forma segura fuera de la red, en combinación con baterías, pero normalmente los sistemas diseñados para la red no son utilizables directamente con el almacenamiento de baterías.

Un informe reciente del programa de sistemas de energía fotovoltaica de la agencia internacional AIE establece la esperanza de vida de los equipos asociados a las instalaciones fotovoltaicas:

  •  Paneles fotovoltaicos: 30 años para tecnologías de módulos.
  •  Inversores: 15 años para las pequeñas instalaciones fotovoltaicas residenciales.
  •  Estructuras: 30 años para cubiertas y fachadas, y entre 30 y 60 años instalaciones a nivel de suelo sobre soportes metálicos.
  • Cableado: 30 años.

La prueba de campo doméstico fotovoltaico en 2006 mostró que para sistemas de energías renovables de tamaño bastante pequeño de alrededor de 1.6 kWp, una fracción significativa de la demanda del edificio puede ser satisfecha por el sistema fotovoltaico, con una mayoría de sistemas que proporcionan entre el 20 y el 80% de la carga anual del edificio, con un promedio del 51%.

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