Repblica Bolivariana de Venezuela

Universidad Central de Venezuela

Facultad de Arquitectura y Urbanismo

Asentamientos Humanos

Profesor: Enrique Blanco

Energa Fotovoltaica

Garca, Jessica

Lzaro, Juan Carlos

Valero, Rafael.

Introduccin

En la actualidad los paneles fotovoltaicos conocidos comnmente como paneles

solares, estn muy de moda pues muchas ciudades los estn incorporando a sus sistemas

para ayudar en el consumo de energa que se produce a diario, ciertamente estos paneles

generan energa y su impacto en el medio ambiente es muy bajo, haciendo de la energa

fotovoltaica una energa pura, limpia y renovable, convirtindola en una alternativa para

la produccin de energa en muchos lugares.

La energa solar fotovoltaica es una de las fuentes de energa renovable que ms

desarrollo est experimentando en los ltimos aos y con mayores expectativas para el

futuro, pues al tratarse de una energa con poco impacto sobre el medio ambiente la

convierte en una de las mejores opciones para el cuidado del mismo.

Si bien se sabe el cuidado del medio ambiente es algo que todos debemos tener

presente pues el cambio climtico y la destruccin de la capa de ozono es un problema

que nos afecta a todos, a raz de esto muchos pases estn incorporando la produccin de

energa fotovoltaica, en sus sistemas de produccin de electricidad. Adems de que su

forma de obtencin a travs de paneles es muy verstil y puede ser incorporado como

condicionante de diseo y como elemento arquitectnico en fachadas, cubiertas, etc.

Otro aspecto importante es que se trata de una energa gratuita, pero requiere una

inversin algo costosa al momento de ser instalado el sistema de obtencin, adems de

que para obtener energa a gran escala necesita de un gran espacio para la ubicacin de

los paneles solares.

La Energa Solar Fotovoltaica

La energa fotovoltaica es una forma de obtencin de energa elctrica a travs de

la transformacin directa de la radiacin solar en electricidad. Esta transformacin se

produce en unos dispositivos denominados paneles fotovoltaicos. La energa solar

fotovoltaica es una fuente de energa de origen renovable, obtenida directamente a partir

de la radiacin solar, lo que hace que su produccin y distribucin no genere grandes

daos al medio ambiente.

Los paneles, mdulos o colectores fotovoltaicos estn formados por dispositivos

semiconductores tipo diodo que, al recibir radiacin solar, se excitan y provocan saltos

electrnicos, generando una pequea diferencia de potencial en sus extremos.

La Energa Solar es captada en los paneles fotovoltaicos generando energa

elctrica (efecto fotovoltaico) en forma de corriente continua y a travs de un inversor es

transformada en corriente alterna, para as ser distribuida. Existen dos tipos de

instalaciones fotovoltaicas dependiendo del uso final que se le d a la electricidad

producida:

- Instalaciones Aisladas: En donde la electricidad es empleada para el autoconsumo

de viviendas unifamiliares o explotaciones agrcolas y ganaderas en las que, por su

ubicacin, el abastecimiento elctrico de la red implica una gran dificultad y un

elevado coste econmico.

- Instalaciones Conectadas a Red: En donde la energa es transformada en corriente

alterna mediante un inversor, y vertida a la red elctrica de distribucin nacional,

obtenindose as, adems de beneficios ambientales, beneficios econmicos

mediante su venta a las compaas elctricas.

La distribucin la energa se hace a travs de una instalacin fotovoltaica

conectada a una red, que consta de varios elementos donde independientemente de la

potencia, siempre mantienen el mismo funcionamiento, estos elementos son:

1. Generador Solar: Conjunto de paneles fotovoltaicos que captan energa luminosa y

la transforman en corriente contnua a baja tensin.

Los paneles fotovoltaicos, mdulos fotovoltaicos o colectores solares

fotovoltaicos (llamados a veces paneles solares, aunque esta denominacin abarca otros

dispositivos) estn formados por un conjunto de celdas (clulas fotovoltaicas) que

producen electricidad a partir de la luz que incide sobre ellos. La potencia mxima que

puede suministrar un mdulo se denomina potencia pico. La mayor parte de los paneles

solares se construyen asociando primero clulas en serie hasta conseguir el nivel de

tensin deseado, y luego asociando en paralelo varias asociaciones serie de clulas para

alcanzar el nivel de corriente necesario. Adems, el panel cuenta con otros elementos a

parte de las clulas solares, que hacen posible la adecuada proteccin del conjunto frente

a los agentes externos; asegurando una rigidez suficiente, posibilitando la sujecin a las

estructuras que lo soportan y permitiendo la conexin elctrica.

Elementos de los paneles fotovoltaicos

Cubierta exterior de cara al sol: Es de vidrio y debe facilitar la trasmisin de

radiacin solar. Se caracteriza por su resistencia mecnica, alta transmisividad y

bajo contenido en hierro

Encapsulante: De silicona o ms frecuentemente EVA (etilen - vinil acetato) es

importante que no se afecte su transparencia por la continua exposicin al sol,

buscndose un ndice de refraccin similar al del vidrio protector para no afectar

las condiciones de radiacin.

Proteccin Posterior: Debe ser rgida y dar proteccin frente a los agentes

atmosfricos. Usualmente se utilizan lminas formadas por distintas capas de

materiales y de diferentes caractersticas

Marco metlico: De aluminio, asegura suficiente rigidez y estanqueidad al

conjunto, incorporando los elementos de sujecin a la estructura exterior del

panel. La unin entre el marco metlico y los elementos que forman el modulo

est realizada mediante distintos tipos de sistemas resistentes a las condiciones de

trabajo del panel

Cableado y bordes de conexin: habituales en las instalaciones elctricas,

protegidos por medio de cajas estancas

Diodo de proteccin: Su misin es proteger contra sobrecargas u otras

alteraciones de las condiciones de funcionamiento del panel

2. Acumulador: Almacena la energa producida por el generador. Una vez

almacenada existen dos opciones:

a. Sacar una lnea de este para la instalacin (utilizar lmpara y elementos de

consumo elctrico).

b. Transformar a travs de un inversor la corriente continua en corriente

alterna.

3. Regulador de carga: Su funcin es evitar sobrecargas o descargas excesivas al

acumulador, puesto que los daos podran ser irreversibles. Debe asegurar que el

sistema trabaje siempre en el punto de mxima eficacia.

4. Inversor: Tambin llamado ondulador, tiene como funcin transformar energa

elctrica en forma de tensin continua en energa elctrica en forma de tensin

alterna, con amplitud y frecuencia deseada por el usuario o el diseador. Los

inversores son utilizados en una gran variedad de aplicaciones, desde pequeas

fuentes de alimentacin para ordenadores hasta aplicaciones industriales para

manejar alta potencia. Los inversores tambin son utilizados para convertir la

corriente continua generada por los paneles solares fotovoltaicos, bateras en

corriente alterna y de esta manera poder ser inyectados en la red elctrica o

usados en instalaciones elctricas aisladas, es decir, se encarga de transformar la

corriente continua producida por el campo fotovoltaico en corriente alterna, la

cual alimentar directamente a los usuarios.

Un sistema fotovoltaico no tiene por qu constar siempre de estos elementos,

pudiendo prescindir de uno o ms de stos, teniendo en cuenta el tipo y tamao de

las cargas a alimentar, adems de la naturaleza de los recursos energticos en el lugar

de instalacin.

Ventajas de La Energa Solar Fotovoltaica

La produccin de energa solar fotovoltaica cuenta con innumerables ventajas,

medioambientales y econmicas que la convierten en una buena alternativa en la

produccin elctrica actual.

Ventajas medioambientales

La produccin de energa a travs de fuentes renovables contribuye a desarrollar un

planeta limpio y sostenible. La sociedad cada vez toma ms conciencia de los beneficios

tanto medioambientales como econmicos que supone la generacin de energa limpia.

Proviene de una fuente inagotable, el sol

No contamina, no produce emisiones de CO2 u otros gases

No precisa de un suministro exterior, no consume combustible, ni

necesita presencia de otros recursos como el agua o el viento

No produce ruidos

Reduce la dependencia energtica de los pases

La mayor produccin coincide con las horas de mayor consumo

Los sistemas son sencillos y fciles de instalar

Elevada versatilidad, los sistemas pueden instalarse en casi cualquier

lugar y las instalaciones pueden ser de cualquier tamao

Las instalaciones son fcilmente modulables, con lo que se puede

aumentar o reducir la potencia instalada fcilmente segn las

necesidades

Las plantas apenas requieren mantenimiento y tienen un riesgo de

avera muy bajo

Los mdulos gozan de una larga vida

Los sistemas resisten condiciones climticas extremas: granizo, viento,

fro

Es un sistema de aprovechamiento de energa idneo para zonas donde

el tendido elctrico no llega o es dificultoso y costoso su traslado

Fomenta la creacin de empleo local

Atrae inversores

Mejora su imagen al generar energa no contaminante

El coste de los componentes disminuye a medida que avanza la

tecnologa

Proporciona ahorros econmicos

Ventajas econmicas

Es cada vez un mayor nmero de pases (Brasil, Italia, Mxico) se est

imponiendo una legislacin que permite el autoconsumo, generando notables ahorros

econmicos para propietarios e inversores de plantas solares fotovoltaicas, pues dicha

energa al depender de la radiacin solar es una energa completamente gratuita.

Desventajas de la energa solar fotovoltaica

Los costos de instalacin son altos, requiere de una gran inversin inicial.

Los lugares donde hay mayor radiacin solar, son lugares desrticos y alejados de

las ciudades.

Para recolectar energa solar a gran escala se requieren grandes extensiones de

terreno.

Falta de elementos almacenadores de energa econmicos y fiables.

Es una fuente de energa difusa, la luz solar es una energa relativamente de baja

densidad.

Posee ciertas limitaciones con respecto al consumo ya que no puede utilizarse ms

energa de la acumulada en perodos en donde no haya sol.

Aplicaciones de la Energa Fotovoltaica

Tradicionalmente este tipo de energa se utilizaba para el suministro de energa

elctrica en lugares donde no era rentable la instalacin de lneas elctricas. Con el tiempo

su uso se ha ido diversificando y expandiendo hasta el punto que actualmente resultan de

gran inters las instalaciones solares en conexin con la red elctrica.

La energa fotovoltaica tiene muchsimas aplicaciones, en sectores como las

telecomunicaciones, automocin, nuticos, parqumetros. Tambin podemos encontrar

instalaciones fotovoltaicas en lugares como carreteras, ferrocarriles, plataformas

petrolferas o incluso en puentes, gaseoductos y oleoductos.

Junto con una pila auxiliar, se usa habitualmente en ciertas aplicaciones de poco

consumo como boyas o aparatos en territorios remotos, o simplemente cuando la

conexin a una central de energa sea impracticable. Su utilizacin a gran escala se ve

restringida por su alto costo, tanto de compra como de instalacin. Hasta ahora, los

paneles fotovoltaicos ocupan una pequea porcin de la produccin mundial de energa.

Experimentalmente han sido usados para dar energa a automviles, por ejemplo

en el World solar challenge a travs de Australia. Muchos yates y vehculos terrestres los

usan para cargar sus bateras lejos de la red elctrica.

Tiene tantas aplicaciones como pueda tener la electricidad. La nica limitacin

existente es el coste del equipo o el tamao del campo de paneles.

Algunos usos:

Electrificacin de viviendas rurales

Suministro de agua a poblaciones

Naves ganaderas

Pastores elctricos

Telecomunicaciones: repetidores de seal,

telefona mvil y rural

Tratamiento de aguas: desalinizacin, cloracin

Sealizaciones (martima, ferroviaria, terrestre y area) y alumbrado pblico

Conexin a la red

Proteccin catdica

Sistemas de telecontrol va satlite, deteccin de incendios

Electrificacin de pueblos en reas remotas (electrificacin rural).

Instalaciones mdicas en reas rurales.

Corriente elctrica para casas de campo.

Sistemas de comunicaciones de emergencia.

Faros, boyas y balizas de navegacin martima.

Bombeo para sistemas de riego, agua potable en reas rurales y abrevaderos para

el ganado.

Vehculos de recreo propulsados por electricidad solar captada en movimiento.

Sealizacin ferroviaria.

Sistemas para cargar los acumuladores de barcos.

Fuente de energa para naves espaciales.

Postes SOS (Telfonos de emergencia de carretera).

Parqumetros.

Recarga de bicicletas, scooters y otros vehculos elctricos.

Sin duda que an queda mucho por avanzar en la tecnologa de los paneles solares,

especialmente en materia de eficiencia, pero esta energa es considerada una de las

fuentes energticas ms limpias existentes hoy da, y cada vez se hace ms competitiva

frente a otros tipos de energas, lo que prev un gran desarrollo en la industria de paneles

solares en el futuro.

Las Huertas Solares

El huerto solar es un modelo de produccin de energa que se basa en la

agrupacin de instalaciones solares fotovoltaicas individuales, pertenecientes a distintos

titulares, en un terreno o parcela que rene las condiciones ptimas para la produccin de

energa solar.

Las instalaciones fotovoltaicas individuales producen una energa que venden a las

empresas distribuidora de energa elctrica. De esta forma, los distintos usuarios

comparten el terreno, infraestructuras, etc. pudiendo reducir los costes de instalacin,

mantenimiento y vigilancia.

El objetivo principal de las Huertas Solares es la produccin de energa elctrica

para ser inyectada y vendida al sistema elctrico nacional, consiguiendo as un aumento

progresivo del porcentaje de energa limpia consumida.

Planta de energa solar fotovoltaica de Base de la Fuerza Area de Nellis, Nevada (EE. UU.).

Ventajas

Incremento de la rentabilidad del proyecto para cada inversor individual

porque se abarata el coste de la gestin administrativa, infraestructuras,

mantenimiento, limpieza, vigilancia,...

Los generadores fotovoltaicos se pueden comprar a precios inferiores debido al

volumen de unidades que se compra.

Se concentra los efectos medioambientales negativos en zonas de escaso valor

ambiental.

En la zona donde se instalan se generan puestos de trabajo.

Cualquier persona fsica o jurdica puede invertir en instalaciones fotovoltaicas,

aun no disponiendo de un terreno adecuado propio.

Productores Mundiales de Energa Fotovoltaica

JAPN: Actualmente, es el principal pas productor de energa fotovoltaica a nivel

mundial, el segundo puesto lo ocupa ALEMANIA.

ESPAA: Es uno de los pases europeos con niveles ms altos de radiacin solar y tiene un

elevado mercado potencial interior en sistemas conectados a la red. Pero, por contra, en

la implantacin de energa solar se encuentra por detrs de pases nrdicos como Suecia,

Holanda o Alemania.

En Espaa inciden 1.500 kilowatios/hora/m2 que se pueden aprovechar

directamente (calor) o se pueden convertir en otra fuente de energa (electricidad). La

produccin mundial de mdulos fotovoltaicos viene creciendo desde el ao 2000 en un

30% anual y actualmente Espaa es considerada, junto con Estados Unidos, Israel y

Australia, como uno de los grandes inversores mundiales en el desarrollo de la energa

solar para producir electricidad.

En Venezuela tambin se ha dado inicio desde el ao 2001 a la prctica de

experiencias de aprovechamiento de la energa solar, siendo el poblado de Los Cedros, en

el estado Sucre, uno de los pioneros en esta materia, pues algunas de sus casas se

abastecen de la electricidad proveniente de paneles solares, teniendo la capacidad y

potencia suficiente para satisfacer las necesidades de la poblacin en materia fotovoltaica.

De igual forma se han instalado unas 60 plantas potabilizadoras de agua que

utilizan energa solar, en el marco del programa Sembrando Luz, que tambin instal en

zonas completamente aisladas otros 768 sistemas fotovoltaicos.

Estos recursos apuntan a que Venezuela es un pas con gran potencial para el

desarrollo de la energa solar, donde se promedia que si se recibe una insolacin solar

promedio de cinco horas diarias, se puede incrementar hasta en un 10% la adecuacin de

nuevas plantas ubicadas a las posiciones del sol con esta novedosa tecnologa.

Potencia fotovoltaica anual instalada en Espaa. Fuente: Asociacin de la industria

fotovoltaica

Evolucin del Mercado Fotovoltaico mundial

Produccin elctrica en la provincia de alicante Espaa. 40% por energa fotovoltaica

Ejemplos de las Aplicaciones de la Energa Fotovoltaica

Estacin de servicio mvil en Francia que recarga la energa de los coches elctricos

mediante energa fotovoltaica.

Marquesina solar situada en el aparcamiento de la Universidad Autnoma de Madrid

(Madrid, Espaa).

Fachada fotovoltaica en el edificio MNACTEC (Tarrasa, Espaa).

Instalacin fotovoltaica sobre tejado en una residencia de Boston (Massachusetts, Estados

Unidos).

Parque solar en Waldpolenz, Alemania

Detalle de los paneles solares fotovoltaicos de la Estacin Espacial Internacional.

Sanyo Green Energy Park, donde triunfa la energa solar

En la ciudad de Kasai (Japn) se ubica el Green Energy Park donde Sanyo, perteneciente al grupo empresarial Panasonic posee sus instalaciones dedicadas a la investigacin de tecnologas limpias, y donde la energa solar fotovoltaica adquiere un relevante papel en la generacin, almacenamiento y consumo de la energa del parque empresarial.

Edificio de Oficinas Administrativas Sanyo

Unos 5.200 paneles fotovoltaicos de alta eficiencia recubren no solo el tejado sino tambin la fachada del edificio de sus oficinas comerciales y administrativas, permitiendo mejorar el sombreado del edificio y el uso de la energa. La instalacin produce la energa equivalente al consumo medio de 330 familias.

Otra caracterstica de los paneles es que son " bifaciales", en el sentido que no solo captan los rayos del sol directos sobre su superficie frontal, sino tambin los rayos dispersos de la superficie trasera. De esta forma, el aire excedente de los acondicionadores se utiliza para enfriar los mdulos, permitiendo mantener una alta eficiencia de los mismos, incluso durante los meses de calor del verano.

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Adyacente al edificio se encuentra el " Solar Parking Lot " con capacidad para 100 bicicletas elctricas donde la electricidad generada por los mdulos fotovoltaicos instalados en el techo se almacena en bateras y se utiliza para la recarga de las bateras de las bicicletas.

rbol Solar, Sanyo.

Para la recarga de las bateras de los vehculos elctricos se han instalado "rboles solares". La energa generada se almacena en bateras de iones de litio. Se han incorporado tres tipos de sistemas de recarga, dependiendo del tiempo empleado, subdividindose en alta velocidad - velocidad media & baja velocidad (modo de ahorro).

Un factor crtico para Sanyo ha sido como almacenar la energa solar producida. En este sentido, han desarrollado un amplio sistema donde se han instalado ms de 1.000 unidades de bateras standards. A la vez, se ha desarrollado un sistema de gestin de estas bateras (BMS), donde mediante el control permanente de la tensin elctrica y la temperatura, permite maximizar el rendimiento del sistema de almacenamiento en su conjunto.

La iluminacin exterior tambin es alimentada va energa solar, lo mismo que la luminaria LED del logotipo de la compaa ubicado en la fachada del edificio principal.

Se estima que el Green Energy Park reduce un total de 2.480 toneladas de CO2 de forma anual, cantidad equivalente a la que absorben unos 177 mil rboles.

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