5.- La Tecnología Fotovoltaica

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    07-Nov-2015
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  • La tecnologa fotovoltaica (FV) genera electricidad a partir de la luz. El secreto de este

    proceso es el uso de un material semiconductor que puede ser adaptado para liberar

    electrones, las partculas de carga negativa que son la base de la electricidad. El material

    semiconductor ms utilizando en las clulas fotovoltaicas es el silicio, un elemento que se

    encuentra en la arena de mar. Todas las clulas FV tienen al menos dos capas de este tipo

    de semiconductores, una con carga positiva y otra con carga negativa. Cuando la luz incide

    en el semiconductor, el campo elctrico que se crea en la unin entre ambas capas hace que

    fluya electricidad. A mayor intensidad de la luz, mayor ser el flujo de electricidad, aunque

    un sistema fotovoltaico no necesita luz solar potente para funcionar, ya que puede generar

    electricidad incluso en das nublados.

    La energa solar se puede transformar de dos maneras:

    La primera utiliza una parte del espectro electromagntico de la energa del sol para

    producir calor. A la energa obtenida se le llama energa solar trmica. La transformacin se

    realiza mediante el empleo de colectores trmicos.

    La segunda, utiliza la otra parte del espectro electromagntico de la energa del sol para

    producir electricidad. A la energa obtenida se le llama energa solar fotovoltaica. La

    transformacin se realiza por medio de mdulos o paneles solares fotovoltaicos.

    La energa solar fotovoltaica se utiliza generalmente, en aquellos lugares donde no existe

    acceso a la red elctrica convencional. Este sistema recibe el nombre de sistema

    fotovoltaico y los equipos que lo forman reciben el nombre de componentes fotovoltaicos.

    Un conjunto de equipos construidos e integrados especialmente para realizar cuatro

    funciones fundamentales:

    Transformar directa y eficientemente la energa solar en energa elctrica Almacenar adecuadamente la energa elctrica generada Proveer adecuadamente la energa producida (el consumo) y almacenada Utilizar eficientemente la energa producida y almacenada

    En el mismo orden antes mencionado, los componentes fotovoltaicos encargados de

    realizar las funciones respectivas son:

    i. El mdulo o panel fotovoltaico

    ii. La batera

    iii. El regulador de carga

    iv. El inversor

    v. Las cargas de aplicacin (el consumo)

  • En instalaciones fotovoltaicas pequeas es frecuente, adems de los equipos antes

    mencionados, el uso de fusibles para la proteccin del sistema. En instalaciones medianas y

    grandes, es necesario utilizar sistemas de proteccin ms complejos y, adicionalmente,

    sistemas de medicin y sistemas de control de la carga elctrica generada.

    Para llevar a cabo esta conversin se utilizan unos dispositivos denominados clulas

    solares, constituidos por materiales semiconductores en los que artificialmente se ha creado

    un campo elctrico constante (mediante una unin p-n). Cuando sobre un semiconductor

    incide una radiacin luminosa con energa suficiente para romper los enlaces de los

    electrones de valencia y generar pares electrn-hueco, la existencia de una unin p-n separa

    dichos pares, afluyendo electrones a la zona n y huecos a la zona p, creando en resumen

    una corriente elctrica que atraviesa la unin desde la zona n a la p, y que puede ser

    entregada a un circuito exterior (saliendo por la zona p y entrando por la n). De esta

    manera, cuando se expone una clula solar a la luz del sol se hace posible la circulacin de

    electrones y la aparicin de corriente elctrica entre las dos caras de la clula.

  • Tipos de Clulas

    Silicio Monocristalino: material de silicio caracterizado por una disposicin

    ordenada y peridica de tomo, de forma que solo tiene una orientacin cristalina,

    es decir, todos los tomos estn dispuestos simtricamente. sc-Si (single

    crystal).Presentan un color azulado oscuro y con un cierto brillo metlico. Alcanzan

    rendimientos de hasta el 17%.

    Silicio policristalino: silicio depositado sobre otro sustrato, como una capa de10-30

    micrmetros y tamao de grano entre 1 micrmetro y 1 mm. Las direcciones de

    alineacin van cambiando cada cierto tiempo durante el proceso de deposicin.

    Alcanzan rendimientos de hasta el 12%.

    Silicio amorfo: compuesto hidrogenado de silicio, no cristalino, depositado sobre

    otra sustancia con un espesor del orden de 1 micrmetro. am-Si, o am-Si:H No

    existe estructura cristalina ordenada, y el silicio se ha depositado sobre un soporte

    transparente en forma de una capa fina. Presentan un color marrn y gris oscuro.

    Las clulas de silicio amorfo (no cristalino) parecen tener unas perspectivas de

    futuro muy esperanzadoras. Esta tecnologa permite disponer de clulas de muy

    delgado espesor y fabricacin ms simple y barata, aunque con eficiencia del 6-8%.

    Su principal campo de aplicacin en la actualidad se encuentra en la alimentacin

    de relojes, calculadoras, etc. Son muy adecuadas para confeccin de mdulos

    semitransparentes empleados en algunas instalaciones integradas en edificios.

  • Regulador de carga

    El sistema de regulacin tiene bsicamente dos funciones:

    Evitar sobrecargas y descargas profundas de la batera, ya que esto puede provocar

    daos irreversibles en la misma. Si, una vez que se ha alcanzado la carga mxima,

    se intenta seguir introduciendo energa en la batera, se iniciaran procesos de

    gasificacin o de calentamiento que acortaran sensiblemente la duracin de la

    misma.

    Impedir la descarga de la batera a travs de los paneles en los periodos sin luz.

    Inversor

    La mayora de los electrodomsticos convencionales necesitan para funcionar corriente

    alterna a 120V y 60hz de frecuencia. Puesto que los paneles como las bateras trabajan

    siempre en CC, es necesaria la presencia de un inversor que transforme la corriente

    continua en alterna. Las principales caractersticas vienen determinadas por la tensin de

    entrada del inversor, que se debe adaptar a la del generador, la potencia mxima que puede

    proporcionar la forma de onda en la salida (sinusoidal pura o modificada, etc.), la

    frecuencia de trabajo y la eficiencia, prximas al 85%.

    Bateras

    La funcin prioritaria de las bateras es la de acumular la energa que se produce para poder

    ser utilizada en la noche o durante periodos prolongados de mal tiempo.

    Otra importante funcin de las bateras es la de proveer una intensidad de corriente superior

    a la que el generador fotovoltaico pueden entregar. Tal es el caso de un motor, que en el

    momento del arranque puede demandar una corriente de 4 a 6 veces su corriente nominal

    durante unos pocos segundos. Las bateras de plomo - cido se aplican ampliamente en los

    sistemas de generacin fotovoltaicos se recomienda sean de ciclo profundo.

    Dentro de la celda, la tensin real de la batera depende de su estado de carga, si est

    cargando, descargando o en circuito abierto. Se puede hacer una clasificacin de las

    bateras en base a su capacidad de almacenamiento de energa (medido en Ah a la tensin

    nominal) y a su ciclo de vida (nmero de veces en que la batera puede ser descargada y

    cargada a fondo antes de que se agote su vida til).

  • La cantidad de energa que es capaz de almacenar una batera depende de su capacidad, que

    se mide en Amperes hora. Por ejemplo, suponiendo una descarga total una batera de

    100Ah puede suministrar un amperio durante 100h o 2 amperios durante 50 h, o 5 A

    durante 20 h.

    Potencia

    La capacidad energtica nominal de los mdulos fotovoltaicos se indica en watts-pico

    (Wp), lo cual indica la capacidad de generar electricidad en condiciones ptimas de

    operacin. La capacidad real de un mdulo fotovoltaico difiere considerablemente de su

    capacidad nominal, debido a que bajo condiciones reales de operacin la cantidad de

    radiacin que incide sobre las celdas es menor que bajo condiciones ptimas. Por ejemplo,

    un mdulo de 55 Wp es capaz de producir 55 W ms o menos un 10% de tolerancia cuando

    recibe una radiacin solar de 1 000 watts por metro cuadrado (W/m2). En condiciones

    reales, este mismo mdulo producira una potencia mucho menor que 55 W.

    En el mercado, se pueden encontrar mdulos fotovoltaicos de baja potencia, desde 5 Wp;

    de potencia media, por ejemplo 55 Wp; y de alta potencia, hasta 160 Wp. En aplicaciones

    de electrificacin rural suelen utilizarse paneles fotovoltaicos con capacidades

    comprendidas entre los 50 y 100 Wp. La vida til de un panel fotovoltaico puede llegar

    hasta 30 aos, y los fabricantes generalmente otorgan garantas de 20 o ms aos. El

    mantenimiento del panel solamente consiste de una limpieza del vidrio para prevenir que

    las celdas fotovoltaicas no puedan capturar la radiacin solar. La eleccin apropiada del

    tipo y capacidad del mdulo fotovoltaico depende de las caractersticas propias de la

    instalacin fotovoltaica, tales como radiacin solar existente y consumo energtico

    requerido.

    Tipos de sistemas FV

    Conectado a la red. La conexin con la red elctrica permite vender a la compaa la electricidad sobrante. La electricidad se importa desde la red despus durante las horas de

    oscuridad. Se utiliza un convertidor de voltaje para convertir la corriente continua

    producida por el sistema en corriente alterna para su empleo con aparatos elctricos

    normales.

    Soporte a la red. Tambin puede conectarse un sistema a la red elctrica local como batera de refuerz