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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA. LA UNIVERSIDAD DEL ZULIA. FACULTAD EXPERIMENTAL DE CIENCIAS. FORMACIÓN GENERAL A DISTANCIA (FORGAD) CÁTEDRA: METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN DOCUMENTAL. TECNOLOGIAS ALTERNATIVAS PARA EL DESARROLLO. IMPLEMENTACION DE PANELES SOLARES. (Monografía para la Unidad Curricular Metodología de la Investigación Documental) Elaborado por: Paul Buenaño. Mary Guzmán. Ernesto Lamby. Ender León. Génesis Rodríguez. Asesor Metodológico: Prof. Leonardo Fernández. Maracaibo, Diciembre 2012.

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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA.

LA UNIVERSIDAD DEL ZULIA.

FACULTAD EXPERIMENTAL DE CIENCIAS.

FORMACIÓN GENERAL A DISTANCIA (FORGAD)

CÁTEDRA: METODOLOGÍA DE LA

INVESTIGACIÓN DOCUMENTAL.

TECNOLOGIAS ALTERNATIVAS PARA EL DESARROLLO.

IMPLEMENTACION DE PANELES SOLARES.

(Monografía para la Unidad Curricular

Metodología de la Investigación Documental)

Elaborado por:

Paul Buenaño.

Mary Guzmán.

Ernesto Lamby.

Ender León.

Génesis Rodríguez.

Asesor Metodológico:

Prof. Leonardo Fernández.

Maracaibo, Diciembre 2012.

Page 2: Primer Avance Monografia Energia Solar.pdf

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Page 3: Primer Avance Monografia Energia Solar.pdf

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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA.

LA UNIVERSIDAD DEL ZULIA.

FACULTAD EXPERIMENTAL DE CIENCIAS.

FORMACIÓN GENERAL A DISTANCIA (FORGAD)

CÁTEDRA: METODOLOGÍA DE LA

INVESTIGACIÓN DOCUMENTAL.

TECNOLOGIAS ALTERNATIVAS PARA EL DESARROLLO.

IMPLEMENTACION DE PANELES SOLARES.

(Monografía para la Unidad Curricular

Metodología de la Investigación Documental)

Elaborado por:

Paul Buenaño.

Mary Guzmán.

Ernesto Lamby.

Ender León.

Génesis Rodríguez.

Asesor Metodológico:

Prof. Leonardo Fernández.

Maracaibo, Diciembre 2012.

Page 4: Primer Avance Monografia Energia Solar.pdf

4

TECNOLOGIAS ALTERNATIVAS PARA EL DESARROLLO.

IMPLEMENTACION DE PANELES SOLARES.

__________________________________

Buenaño González, Paul Antonio C.I.: 19.216.556

Av. 69B Sect. Panamericano

Casa Nº 77-84

La Limpia, Maracaibo.

Telf.: 0261-7546048.

[email protected]

__________________________________

Guzmán Blanco, Mary Eve C.I.: 20.510.542

Av. 2 Calle GH Casa 1-219

Sector 18 de Octubre, Maracaibo

Telf.: 0261-7432664.

[email protected]

__________________________________

Lamby Delgado, Ernesto Ezequiel C.I.: 18.495.219

Barrio San José Casa Nº 94-313.

Urb. Colinas del Gonzaga. Maracaibo

Telf.: 0424-1340916.

[email protected]

__________________________________

León Valero, Ender Ali C.I.: 19.899.084

Av. 9 con Calle K Casa Nº 10-86

Sector Monte Bello, Maracaibo.

Telf.: 0261-6152700.

[email protected]

__________________________________

Rodríguez Rincón, Génesis Fabiola C.I.: 20.380.535

Circunv. 2 Villa Arenas del Sol Casa Nº9

Sector Cumbres de Maracaibo, Maracaibo.

Telf.: 0261-6354508.

[email protected]

__________________________________

Prof. Leonardo Fernández.

Asesor Metodológico.

Page 5: Primer Avance Monografia Energia Solar.pdf

5

TECNOLOGÍAS ALTERNATIVAS PARA EL DESARROLLO.

IMPLEMENTACIÓN DE PANELES SOLARES.

Buenaño González, Paul Antonio C.I.: 19.216.556

Guzmán Blanco, Mary Eve C.I.: 20.510.542

Lamby, Ernesto C.I.: 18.495.219

León Valero, Ender Ali C.I.: 19.899.084

Rodríguez Rincón, Génesis Fabiola C.I.: 20.380.535

Calificación: ( ) ________________________

Observaciones:_____________________________________________________________

___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________

_______________

__________________________________

Prof. Leonardo Fernández.

Maracaibo, 14 de Diciembre de 2012

Page 6: Primer Avance Monografia Energia Solar.pdf

6

INDICE DE CONTENIDO.

Pág.

MATRIZ DOCUMENTAL 8

1. ENERGÍA SOLAR 8

1.1 Origen 8

1.2 Fundamentos Teóricos 8

2. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA ENERGÍA SOLAR 9

3. PROCESO DE OBTENCIÓN DE LA ENERGÍA 15

3.1 ¿Qué es una celda fotovoltaica? 15

3.2 Parámetros para las Fotoceldas 16

4. CLASIFICACIÓN DE LOS PANELES SOLARES 23

5. APLICACIONES 27

6. IMPACTO SOCIO-ECONÓMICO 31

INDICE DE FUENTES DOCUMENTALES 39

Page 7: Primer Avance Monografia Energia Solar.pdf

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ESQUEMA DE CONTENIDO.

1. ENERGÍA SOLAR

1.1 Origen

1.2 Fundamentos Teóricos

2. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA ENERGÍA SOLAR

3. PROCESO DE OBTENCIÓN DE LA ENERGÍA

3.1 ¿Qué es una celda fotovoltaica?

3.2 Parámetros para las Fotoceldas

4. CLASIFICACIÓN DE LOS PANELES SOLARES

5. APLICACIONES

6. IMPACTO SOCIO-ECONÓMICO

Page 8: Primer Avance Monografia Energia Solar.pdf

8

MATRZ DOCUMENTAL.

TITULO DE LA INVESTIGACION

TECNOLOGÍAS ALTERNATIVAS PARA EL DESARROLLO.

IMPLEMENTACIÓN DE PANELES SOLARES.

1. ENERGIA SOLAR

Ruiz Hernández, Valeriano. ”Las Energías Renovables: Energía Solar”. [Artículo en línea].

Disponible en: http://dialnet.unirioja.es/servlet/articulo?codigo=2097157. [Consulta: 2012,

Diciembre 7].

La energía solar tiene buenas expectativas de desarrollo en España, gracias al esfuerzo

continuado en investigación pública y privada, a la existencia de empresas dinámicas y con

imaginación en el sector energético y al apoyo de las administraciones públicas. Sin embargo,

es necesario hacer esfuerzos suplementarios para aumentar los apoyos y las inversiones en

energías renovables, porque constituyen la única forma de conseguir un sistema energético

sostenible y compatible con el futuro de la vida en la tierra.

STAFF CLUB SABER ELECTRÓNICA (2012). “Energía Solar Fotovoltaica y Celdas

Solares”. Club Saber Electrónica. Editorial QUARK S.R.L. Capital Federal, México. N 69 pp.

35-37.

Los sistemas de energía fotovoltaica permiten la transformación de la luz solar en energía

eléctrica, es decir, la conversión de una partícula luminosa con energía (fotón) en una energía

electromotriz (voltaica).

El elemento principal de un sistema de energía fotovoltaica es la célula fotoeléctrica, un

dispositivo construido de silicio (extraído de la arena común).

Los paneles solares están constituidos por cientos de estas celdas que, conectadas en forma

adecuada, suministran tensiones suficiente para, por ejemplo la recarga de unas baterías.

Tienen utilidad en múltiples campos, desde el ámbito doméstico, hasta los satélites artificiales.

Cuando la energía luminosa incide en la célula fotoeléctrica, existe un desprendimiento de

electrones de los átomos que comienzan a circular libremente en el material. Si medimos el

voltaje existente entre los dos extremos del material (positivo y negativo) observaremos que

existe una diferencia de potencial entre 0,5 y 0,6V.

Pero esta pequeña cantidad de energía es insuficiente e inútil, si no somos capaces de obtener

mayores voltajes y corrientes que permiten aplicaciones prácticas. Para ello se diseña en cada

oblea cientos de diodos, los cuales, interconectados en serie y paralelo son capaces de

suministrar tensiones de varios voltios, así como corrientes del orden de amperios.

Aunque las celdas solares eficientes han estado disponibles recién desde mediados de los años

50, la investigación científica del efecto fotovoltaico comenzó en 1839, cuando el científico

francés, Henri Becquerel descubrió que una corriente eléctrica podría ser producida haciendo

Page 9: Primer Avance Monografia Energia Solar.pdf

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brillar una luz sobre ciertas soluciones químicas.

El efecto fue observado primero en un material solido (el metal selenio) en 1877. Este

material fue utilizado durante muchos años para los fotómetros, que requerían de cantidades

muy pequeñas de energía. Una comprensión más profunda de los principios científicos, fue

provista por Albert Einstein en 1905 y Schottky en 1930, la cual fue necesaria antes de que las

células solares eficientes pudieran ser confeccionadas. Una célula solar de silicio que

convertía el 6% de la luz solar que incidía sobre ella en electricidad fue desarrollada por

Chapin, Pearson y Fuller en 1954, y esta es la clase de célula que fue utilizada en usos

especializados tales como satélites orbitales a partir de 1958.

Las celdas solares de silicio disponibles comercialmente en la actualidad tienen una eficiencia

de conversión en electricidad de la luz solar que cae sobre ellas de cerca del 18%, a una

fracción del precio de hace treinta años. En la actualidad existen una gran variedad de

métodos para la producción practica de celdas solares de silicio (amorfas, monocristalinas o

policristalinas), del mismo modo que para las celdas solares hechas de otros materiales

(seleniuro de cobre e indio, teluro de cadmio, arsenurio de galio, etc.).

La palabra fotovoltaico (a) está formado por la combinación de dos palabras, una de origen

griego: foto, que significa luz, y el otro voltaico que significa eléctrico. El nombre resume la

acción de estas células: transformar, directamente, la energía luminosa en energía eléctrica.

2. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA ENERGIA SOLAR

Góngora, Roy Camacho; QUIROGA ALEJANDRO, María Del Rosario; Hoil Bolaina,

Herberth; Milla Carrillo, Pedro y Ramírez Ruiz, Fernando (2011). “Producción de energía

eléctrica a partir de la energía solar”. Revista Bio Era [Revista en línea], vol. 2, Nº3. pp. 20-

29 Disponible en: http://www.bioera.info/2(3)/3-electrica_Sol.pdf. [Consulta: 2012,

Diciembre 12].

La celda fotovoltaica.

Es un dispositivo formado por una delgada lámina de un material semi-conductor, muy a

menudo de silicio. Se trata del mismo silicio utilizado en la industria electrónica, cuyo coste

es todavía elevado (Berriz, 2009).

Composición de una celda fotovoltaica.

La celda fotovoltaica está hecha por una placa de silicio, normalmente de forma cuadrada, con

aproximadamente 10 cm. de lado y con un grosor que varía entre los 0,25 y los 0,35mm. Con

una superficie de más o menos 100 cm2. (Berriz, 2009).

Transformación de la energía solar a electricidad.

Page 10: Primer Avance Monografia Energia Solar.pdf

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La conversión de la radiación solar en energía eléctrica tiene lugar en la celda fotovoltaica,

que es el elemento base del proceso de transformación de la radiación solar en energía

eléctrica (Berriz, 2009).

La luz está formada por partículas, los fotones, que trasportan energía. Cuando un fotón con

suficiente energía golpea la celda, es absorbido por los materiales semiconductores y libera un

electrón. El electrón, una vez libre, deja detrás de sí una carga positiva llamada hueco (Berriz,

2009).

Por lo tanto, cuanto mayor sea la cantidad de fotones que golpean la celda, tanto más

numerosas serán las parejas electrón-hueco producidas por efecto fotovoltaico y por lo tanto

más elevada la cantidad de corriente producida (Berriz, 2009).

El módulo fotovoltaico.

Las celda solares constituyen un producto intermedio: proporcionan valores de tensión y

corriente limitados en comparación a los requeridos normalmente por los aparatos usuarios,

son extremadamente frágiles, eléctricamente no aisladas y sin un soporte mecánico. Se

ensamblan de la manera adecuada para formar una única estructura: el módulo fotovoltaico,

que es una estructura sólida y manejable. (Miguel, Hdez., 2007).

1. Los módulos pueden tener diferentes tamaños: los más utilizados están formados por

36 celdas conectadas eléctricamente en serie, con una superficie que oscila entre los

0,5 m 2 a los 1,3 m.

2. Las celdas están ensambladas entre un estrato superior de cristal y un estrato inferior

de material plástico (Tedlar). El producto preparado de esta manera se coloca en un

horno de alta temperatura, con vacío de alto grado. El resultado es un bloque único

laminado en el que las celdas están “ahogadas” en el material plástico fundido.

(Miguel, Hdez., 2007).

Luego se añaden los marcos, normalmente de aluminio; de esta manera se confiere una

resistencia mecánica adecuada y se garantizan muchos años de funcionamiento. En la parte

trasera del módulo se añade una caja de unión en la que se ponen los diodos de bypass y los

contactos eléctricos. (Miguel, Hdez., 2007).

Más módulos fotovoltaicos ensamblados mecánicamente entre ellos forman el panel, mientras

que un conjunto de módulos o paneles conectados eléctricamente en serie, forman la rama.

Más ramas conectadas en paralelo, para obtener la potencia deseada, constituyen el generador

fotovoltaico. Así el sistema eléctrico puede proporcionar las características de tensión y de

potencia necesarias para las diferentes aplicaciones. (Miguel, Hdez., 2007).

¿Cuánta energía produce un sistema fotovoltaico?

Page 11: Primer Avance Monografia Energia Solar.pdf

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La cantidad de energía producida en un sistema fotovoltaico depende básicamente de la

eficiencia de los módulos y de la irradiación solar, o de la radiación solar incidente.

(Sopena, 2006).

La radiación solar incidente en la tierra tiene un valor variable en función de la distancia entre

la Tierra y el Sol, o de la latitud de la localidad donde están instalados los módulos

fotovoltaicos (Sopena, 2006).

También es importante la inclinación de los módulos: una correcta inclinación influye mucho

en la cantidad de energía solar captada y por lo tanto en la cantidad de energía eléctrica

producida. (Sopena, 2006).

La presencia de la atmosfera, finalmente, implica una serie de fenómenos sobre la radiación

incidente, entre los cuales el efecto de filtro que reduce considerablemente la intensidad de la

radiación en el suelo y la fragmentación de la luz. (Sopena, 2006).

Se calcula aproximadamente que un metro cuadrado de módulos fotovoltaicos de buena

calidad, puede producir de media 180kwh al año (0,35 KWh al día en periodo invernal y 0,65

KWh al día en periodo estival). (Sopena, 2006).

Costo de un sistema fotovoltaico.

Un sistema fotovoltaico requiere un fuerte desembolso de capital inicial, pero luego los gastos

de gestión y de mantenimiento son muy reducidos (Sopena, 2006).

El análisis de todos los aspectos económicos relativos a un sistema fotovoltaico es muy

complejo. En especial, cada aplicación tiene que ser evaluada en su especifico contexto,

teniendo en cuenta sobre todo la energía eléctrica producida, la duración del sistema (se

calcula alrededor de 25 años), las dificultades de conexión a la red eléctrica, los incentivos

disponibles, etc. (Sopena, 2006).

En algunos casos la inversión inicial se amortiza rápidamente, ya que el costo de la conexión a

la red eléctrica sería superior al de la instalación de un sistema solar fotovoltaico (Sopena,

2006).

Pero en la mayoría de los casos un sistema fotovoltaico tiene un costo por KW instalado

mucho mayor que el costo del KW de un sistema de gran escala de la red eléctrica. Por lo

tanto, lo que puede hacer compensar la instalación de un sistema fotovoltaico son los

incentivos públicos en las zonas urbanas, o bien, en los casos de instalaciones aisladas del

sistema eléctrico, el costo unitario de un sistema fotovoltaico se hace conveniente al evitar el

costo de una línea de alta tensión o alternativamente el traslado de combustible (Sopena,

2006).

Mantenimiento de un sistema fotovoltaico.

Page 12: Primer Avance Monografia Energia Solar.pdf

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El fotovoltaico es un sistema estático, esto es, sin partes mecánicas en movimiento. El

generador fotovoltaico generalmente no requiere mantenimiento, excepto una limpieza

periódica con un paño mojado de la superficie anterior de los módulos. Esta limpieza sirve

para devolver la transparencia original al cristal que puede haberse reducido por culpa de

capas de polvo.

El regulador de carga no requiere ningún mantenimiento. Si la batería de acumulación es del

tipo de Plomo-ácido no sellada, debe controlarse el nivel del líquido una vez al año. Hace falta

también mantener una buena limpieza de los contactos entre los bornes y los terminales de los

cables de conexión, aplicando periódicamente una capa de vaselina. Hay que instalar la

batería en lugares suficientemente sombreados y ventilados.

Debe controlarse periódicamente que los cables de conexión entre el generador fotovoltaico,

la batería y el regulador estén en perfecto estado, así como que posibles causas accidentales no

provoquen incisiones en el aislante externo (Sopena, 2006).

Ventajas y desventajas de la energía solar.

Entre las ventajas más importantes podemos destacar que: Es una energía no contaminante;

Proviene de una fuente de energía inagotable; Es un sistema de aprovechamiento de energía

idóneo para zonas donde el tendido eléctrico no llega(campo, islas), o es dificultoso y costoso

su traslado; Los sistemas de captación solar son de fácil mantenimiento; El coste disminuye a

medida que la tecnología va avanzando (el costo de los combustibles aumenta con el paso del

tiempo porque cada vez hay menos); En las ventajas podemos destacar varias particularidades:

como que se recalca que no es contaminante y es una energía inagotable, esto es sumamente

importante, mas importante que el dinero y la inversión que pueda costar este tipo de fuentes

de energía. Principalmente porque se está mirando desde este punto de vista por la naturaleza

y la tierra. (Daniel Macías, 2005).

Entre las desventajas más importantes podemos encontrar: El nivel de radiación fluctúa de una

zona a otra y de una estación del año a otra. Para recolectar energía solar a gran escala se

requieren grandes extensiones de terreno. Además requiere gran inversión inicial. Se debe

complementar este método de convertir energía con otros y Los lugares donde hay mayor

radiación, son lugares desérticos y alejados, (energía que no se aprovecha para desarrollar

actividad agrícola o industrial, etc.). (Daniel Macías, 2005).

Aunque la mayoría de las opiniones son positivas, las placas solares también tienen algunas

críticas como la de Robert Huber, premio Nobel de Química en 1988 por sus estudios sobre la

fotosíntesis quien durante su intervención en el Foro Joly mostró su oposición a la instalación

de células fotovoltaicas diciendo “no se puede cubrir un país fértil con paneles solares. La

energía fotovoltaica es cinco veces más cara que la hidroeléctrica”.

Romero Tous, Marcelo (2010). Energía Solar Fotovoltaica. Barcelona, España. Ediciones

CEAC. pp. 24-26.

Solo las fuentes de energía que explotan recursos renovables, como el viento, el agua, la

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biomasa, la geotermia o el son, son inagotables a escala humana. Además, pueden cubrir toda

la demanda de energía mundial; la irradiación solar, en una hora, deja en la superficie terrestre

tanta energía como la humanidad consume en un año.

Por otro lado, las energías renovables no contribuyen a incrementar el CO2 y otros gases

causantes del efecto invernadero y el calentamiento global, por lo que su aprovechamiento es

sostenible y básico para conseguir la seguridad de abastecimiento. Por ello, contamos con las

energías renovables para nuestro futuro energético.

Y en ese futuro, la energía solar fotovoltaica debe ser una parte esencial del conjunto de

fuentes de energía renovable. Ello se justifica por sus características, pues presenta indudables

ventajas frente a otras fuentes convencionales.

Ventajas de la utilización de la energía solar como recurso

Un inmenso potencial, al no tener limite la energía solar que podemos captar y además

disponer de superficie suficiente como para cubrir varias veces toda nuestra demanda

de energía.

Un balance energético muy positivo, pues genera, dependiendo de las tecnologías y la

localización de las instalaciones, entre diez y veinte veces más energía de la que se

necesito para producirlas.

Una total independencia de importaciones energéticas, al tener su origen en un recurso

tan autóctono como es la radiación sobre el lugar.

Su presencia a lo largo y ancho de toda la superficie terrestre permite la ubicación de

sistemas fotovoltaicos en cualquier parte. Dependiendo de la latitud, generara más o

menos electricidad, pero siempre se obtendrá energía, incluso con niveles mínimos de

luz solar.

Una sencillez y fiabilidad extraordinarias, que posibilitan ofrecer garantías de

funcionamiento de varias décadas.

La vida útil de los generadores fotovoltaicos es elevada y además exige un

mantenimiento mínimo en tiempo, costes y especialización profesional, ya que puede

instalarse de forma que un simple particular se encargue de ello.

Una gran versatilidad, pudiéndose utilizar en aplicaciones minúsculas, como una

calculadora o cargador portátil, o en extensas plantas con decenas de hectáreas.

Una gran modularidad: la potencia y tensión necesarias se alcanzan simplemente,

adicionando módulos. Si se quiere 1kW, se conectan en promedio cinco o seis

módulos, y si se quieren 10MW, se conectan, de igual forma, 50.000 o 60.000

módulos.

Una producción máxima al mediodía, justo cuando hay mayor demanda de energía.

Con ello se aplana el pico de la demanda, se reduce el precio de la electricidad y se

necesitan menos inversiones en las redes eléctricas de distribución.

Gutiérrez, Luis Carlos (2007). “Energía a partir de módulos fotovoltaicos integrados en la

cubierta”. Revista Directivos Construcción [Revista en línea], Nº204. pp. 67-70. Disponible

en: http://pdfs.wke.es/4/0/2/1/pd0000014021.pdf. [Consulta: 2012, Diciembre 13].

Page 14: Primer Avance Monografia Energia Solar.pdf

14

Aprovechar la energía solar es sostenible, sensato y seguro. La técnica para beneficiarse de

todo su rendimiento es moderna y eficaz, cumpliendo las exigencias de un abastecimiento

duradero y a la vez respetuoso con el medio ambiente.

Los sistemas para la impermeabilización de la cubierta con módulos fotovoltaicos

integrados - módulos-PV - son respetuosos con el medio ambiente, duraderos, sólidos y

extraordinariamente resistentes a la intemperie.

El sistema con Módulos-PV puede instalarse en cualquier tipo de cubierta, sea plana o

inclinada, pudiéndose adaptar a cualquier forma de construcción de un edificio industrial,

comercial, residencial, etc. La única condición recomendable es que la cubierta tenga un

mínimo de pendiente suficiente, para que la escorrentía del agua de lluvia proceda a su

auto-evacuación.

Debido a su escaso peso, esta tecnología no supone un aumento considerable para la carga

estática de la construcción de la cubierta ni del edificio, ya que no se necesita instalar una

subestructura especial para la sustentación del sistema, como ocurre con los paneles solares

convencionales. Asimismo, las ráfagas de vientos fuertes no suponen ningún problema, ni

es necesaria la instalación de pararrayos independiente.

La aplicación del sistema con Módulos- PV repercute positivamente en los aspectos

económicos y funcionales de la impermeabilización de la cubierta.

Beneficios de la implementación de un sistema fotovoltaico con respecto al medio

ambiente.

La instalación de este sistema, que fomenta el aprovechamiento de la energía solar, está

formada por una cubierta fotovoltaica conectada a la red. Además, este sistema asegura la

impermeabilización de la cubierta. Otra de las particularidades del sistema es su respeto

hacia el medio ambiente, dado que reduce las emisiones de CO2 en aproximadamente 42

toneladas anualmente.

Solar Roof está compuesto por módulos de silicio amorfo integrados, a través de la

tecnología Triple Junction de Solar Integrated, por un sistema de tres elementos de silicio

superpuesto que genera electricidad aprovechando los diferentes espectros de la luz solar.

Se trata de un sistema que está colocado entre dos electrodos conductores (polo positivo y

polo negativo) consiguiendo un módulo que se integra directamente en las membranas

poliméricas de Sika Sarnafil (FPO). De esta manera, consigue un sistema ligero, estanco e

irrompible que garantiza una menor caída de potencia en situaciones de alta temperatura.

También destaca por la insensibilidad a las sombras parciales ya que al tener intercalado un

diodo de derivación en cada una de las células la totalidad del sistema no se ve afectado en

el momento que se producen sombras parciales en su superficie. Asimismo, se garantiza la

estanqueidad total de la cubierta combinando los módulos de silicio amorfo flexibles con la

propia impermeabilización de la cubierta, fabricada con membranas poliméricas de Sika

Sarnafil.

Los módulos se instalan mediante robot automático de soldadura térmica entre las

Page 15: Primer Avance Monografia Energia Solar.pdf

15

membranas previamente fijadas de manera mecánica al soporte resistente.

De esta manera, se consigue el poder disponer de un doble sistema de impermeabilización

totalmente estanco, que a su vez capta energía solar fotovoltaica.

El sistema que se forma es totalmente integrado y muy ligero (5 kg/m2 aprox de carga) de

fácil y rápida ejecución y sobre todo duradero, sólido y resistente a la intemperie.

Rendimiento de un sistema fotovoltaico.

Grado de aprovechamiento teórico de la superficie: 100%.

Pérdida por sombreado: 0%.

Orientación de los Módulos-PV: cualquiera.

Rendimiento con orientación Sur: 92% Rendimiento por orientación Suroeste: 92%.

Principales ventajas del sistema fotovoltaico.

- Alta eficiencia incluso con luz difusa.

El Módulo-PV fotovoltaico destaca por un rendimiento por encima de la

media, en particular con radiación solar baja.

- Insensibilidad frente a ensombrecimiento parcial.

Gracias al diodo de derivación de que dispone cada célula, el rendimiento

con ensombrecimiento parcial es sustancialmente más alto que en los

módulos tradicionales.

- Mayor grado de rendimiento en verano a temperaturas más altas.

Gracias al proceso autorregenerativo a temperaturas de módulo de más de

40ºC, aumenta el grado de eficiencia de la tecnología Triple Junction

especialmente en el semestre cálido. La instalación del sistema de

captación de energía fotovoltaica integrado en una cubierta sin ventilación

trasera, refuerza este efecto positivo.

- Ventajas del Módulo-PV:

• Ligero

• Flexible

• Irrompible

3. PROCESO DE OBTENCION DE ENERGIA

Escobedo, Diego (2011). “¿Qué es una celda solar?”. [Artículo en línea]. Disponible en:

http://www.dforceblog.com/2008/07/18/que-es-una-celda-solar/. [Consulta: 2012, Diciembre

10].

Una celda solar o celda fotovoltaica es un instrumento que genera electricidad directamente de

la luz visible, debido al efecto fotovoltaico.

Para poder generar energía útil, se deben interconectar un cierto número de celdas para formar

Page 16: Primer Avance Monografia Energia Solar.pdf

16

un panel solar, también conocido como un módulo fotovoltaico.

Generalmente, la cantidad de poder que se genera con un panel solar es de 12 voltios, los

cuales se pueden utilizar de manera independiente o como conjunto en una red.

El número de celdas solares o el tamaño del panel solar lo determina la cantidad de luz

disponible, y la energía requerida.

La cantidad de energía generada por una celda solar es determinada por la cantidad de luz que

cae directamente sobre ella, lo cual a su vez está determinado por el clima y la hora del

día. En la mayoría de los casos resulta necesario almacenar la energía generada, para así

hacer mejor uso de las celdas solares.

Es posible conectar una red o arreglo de paneles de energía solar, conformados por celdas

solares o celdas fotovoltaicas, a la red eléctrica para asistir a los paneles cuando la energía

requerida es mayor a la energía generada. Estos costos pueden recuperarse al vender los

excedentes de energía producidos a la compañía eléctrica.

Las celdas solares generalmente esta hechas a base de silicón, el mismo material que se utiliza

para transistores y circuitos integrados. El silicón es tratado para que cuando le llegue la luz,

se liberen los electrones, generando una corriente eléctrica.

Celdas solares amorfas

La tecnología amorfa es comúnmente utilizada en los paneles solares pequeños, como en las

calculadoras y lámparas de jardín, aunque cada vez son más usadas para paneles de mayor

tamaño.

Están conformadas de una película de Silicón depositada sobre otra lámina de materiales

como el acero. El panel se forma de una sola pieza y las celdas individuales no son tan

visibles como en otro tipo de paneles.

La eficiencia de los paneles solares de celdas amorfas no es tan alta como la de aquellos

paneles conformados por celdas solares individuales.

Celdas solares cristalinas

Las celdas solares cristalinas se interconectan unas con otras para formar paneles solares.

Cada celda solar produce un voltaje individual de 0.5 a 0.6 volts, se requieren 36 celdas

solares o celdas fotovoltaicas para producir un circuito abierto de cera de 20 volts. El cual es

suficiente para cargar una batería de 12 volts.

Las celdas solares monocristalina, se cortan de una sola pieza de cristal de silicón, mientras

que las celdas solares policristalinas se hacen a base de múltiples cristales.

Barber, Rodrigo. “Como funciona la energía solar”. WikiCiencia [Articulo en línea].

Disponible en: http://www.wikiciencia.org/como-funciona/energia-solar/index.php.

Page 17: Primer Avance Monografia Energia Solar.pdf

17

[Consulta: 2012, Diciembre 9].

Aprovechar los rayos solares es uno de los recursos energéticos ilimitados de que disponemos

y usamos desde siempre.

La tierra, todos los días, recibe una cantidad inmensa de energía del sol. Esta energía calienta

e irradia la superficie terrestre y es la responsable entre otras cosas de la vida y los flujos de la

atmósfera y los mares.

El sol se aprovecha de muchas maneras, no solo con los famosos paneles solares, sino también

con otros métodos igual de útiles e importantes. Estos métodos no siempre transforman la

energía del sol en energía eléctrica, sino que también aprovechan el calor del sol en forma

directa.

Se puede catalogar la forma de aprovechar la energía solar de muchas maneras, entre las que

destacamos:

Energía solar fotovoltaica: Transforma los rayos solares directamente en electricidad.

Energía solar foto térmica: Que aprovecha el calor en sí mismo. Es el método

técnicamente menos complejo.

Energía solar termoeléctrica: Transforma el calor solar en energía eléctrica en forma

no directa. Es una aplicación de la energía solar foto térmica.

Energía solar fotovoltaica

Paneles solares

Los paneles solares son la forma más conocida a nivel popular para el aprovechamiento de la

energía solar.

Las células fotovoltaicas están formadas por diodos semiconductores especialmente

dispuestos para recibir los rayos solares. Estos semiconductores, son materiales que no son

buenos conductores ni aislantes, sin embargo al ser contaminados con otros materiales,

adquieren propiedades especiales.

Estas propiedades permiten usar los semiconductores (entre otras importantes aplicaciones

como son los diodos o transistores) para atrapar los fotones de la luz liberando de ellos

electrones, creando una carga eléctrica.

Uniendo muchas de esas células y sumando en serie sus cargas, obtenemos cantidades

significativas de electricidad que luego puede acumularse y convertirse en corriente alterna.

Energía solar foto térmica

Colectores térmicos solares

Page 18: Primer Avance Monografia Energia Solar.pdf

18

Los colectores solares reciben el calor del sol y lo transfieren a un fluido.

Un ejemplo son los colectores de agua caliente, tanques preparados para tener máxima

exposición al sol y calentar el agua que contienen. Hay variedad de diseños con diversos

niveles de complejidad, y dependiendo del calor que reciban (clima, ubicación, época del año)

consiguen calentar agua hasta 65 grados Celsius.

Ese agua caliente sirve para usos como ducharse, calefaccionar ambientes y piscinas. Estos

sistemas se usan cada vez más en regiones ecuatoriales donde el nivel de los rayos solares son

altos durante todo el año.

Los hornos solares son otro tipo de colectores solares, pero en este caso el fluido al que se

transfiere el calor es el aire del recipiente, que luego calienta el contenido.

En muchos de los casos este tipo de colectores tienen un sistema parabólico, que mediante

espejos concentra los rayos solares para obtener mayores temperaturas.

Existen infinidad de colectores solares. Un invernadero, es otro ejemplo de colector solar

simple de baja temperatura.

Energía solar termoeléctrica

Centrales térmicas solares

Se denomina “energía solar termoeléctrica” a la aplicación de la energía solar foto térmica

para generar energía eléctrica.

Las centrales térmicas solares utilizan grandes sistemas de espejos móviles llamados

helióstatos que concentran rayos solares en un punto específico, generando altas temperaturas

y calentando un fluido.

Ese fluido luego se puede utilizar para producir electricidad mediante un generador. Hay

diseños que canalizan el calor sobre un motor Stirling, y tienen un gran rendimiento.

Moreno, Glenis y Martínez, Fernando. “Celdas Fotovoltaicas” [Articulo en línea]. Disponible

en: http://celdasfotovoltaicas.blogspot.com/. [Consulta: 2012, Diciembre 9].

Las Celdas Fotovoltaicas, son sistemas fotovoltaicos que convierten directamente parte de la

luz solar en electricidad. Algunos materiales presentan una propiedad conocida como efecto

fotoeléctrico en su forma más simple, estos materiales se compone de un ánodo y un cátodo

recubierto de un material fotosensible. La luz que incide sobre el cátodo libera electrones que

son atraídos hacia el ánodo, de carga positiva, originando un flujo de corriente proporcional a

la intensidad de la radiación, que hace que absorban fotones de luz y emitan electrones.

Cuando estos electrones libres son capturados, el resultado es una corriente eléctrica que

puede ser utilizada como electricidad. Las celdas fotovoltaicas se fabrican principalmente de

silicio (el segundo elemento más abundante en la corteza terrestre). Actualmente, existen

celdas fotovoltaicas, por ejemplo, en nuestras calculadoras solares así como en los cohetes

Page 19: Primer Avance Monografia Energia Solar.pdf

19

espaciales.

Principio de Funcionamiento

La conversión directa de luz en electricidad a nivel atómico se llama generación fotovoltaica.

Algunos materiales presentan una propiedad conocida como efecto fotoeléctrico, que hace

que absorban fotones de luz y emitan electrones. Cuando se captura a estos electrones libres

emitidos, el resultado es una corriente eléctrica que puede ser utilizada como energía para

alimentar circuitos. Las celdas fotovoltaicas, llamadas también celdas solares, están

compuestas de la misma clase de materiales semiconductores que se usan en la industria

microelectrónica, como por ejemplo el silicio.

Una delgada lámina semiconductora, especialmente tratada, forma un campo eléctrico,

positivo en un lado y negativo en el otro. Cuando incide energía luminosa sobre ella, los

electrones son golpeados y extraídos de los átomos del material semiconductor. Como se han

dispuesto conductores eléctricos en forma de una rejilla que cubre ambas caras del

semiconductor, los electrones circulan para formar una corriente eléctrica que aporta

energía. Cuando la luz solar pega en una celda sola resta puede ser: reflejada, absorbida o

pasar limpiamente a través de esta. No obstante, solo aquella luz absorbida es la que va a

generar electricidad. La energía de la luz es transferida a electrones en los átomos de la celda

foto voltaica. Con su nueva energía, estos escapan de sus posiciones normales en los átomos

del material semiconductor foto voltaico y se convierten en parte del flujo eléctrico.

Debido al flujo de electrones y agujeros, los dos semiconductores se comportan como una

batería, creando un campo eléctrico en la superficie dónde ellos se juntan en la unión o juntura

p/n. El campo eléctrico obliga a los electrones a trasladarse desde el semiconductor hacia la

superficie negativa de donde quedan disponibles para ser ocupados por algún circuito eléctrico

o acumulación. Al mismo tiempo los hoyos se mueven en dirección contraria hacia la

superficie positiva donde se van a esperar a los electrones que vienen en dirección contraria.

García Villas, Marinella (1999). Energía solar fotovoltaica y cooperación al desarrollo [Libro

en línea]. Madrid, España: Editorial IEPALA. pp. 63-64 .Disponible en:

http://books.google.co.ve/books?id=43uE8RFk _6YC&pg=PA63&dq=paneles+solares+

factores&hl=es419&sa=X&ei=m5rGUJe2D7Sw0QH9kYD4Dg&ved=0CDIQ6AEwAg#v

=onepage&q=paneles%20solares%20factores&f=false. [Consulta: 2012, Diciembre 10].

Los principales parámetros que caracterizan un panel fotovoltaico son:

1) CORRIENTE DE CORTOCIRCUITO Isc: Es la máxima intensidad que proporciona el

panel, y corresponde a la corriente que entrega cuando se conectan directamente los

dos bornes. Isc suele rondar los 3 A.

2) TENSIÓN DE CIRCUITO ABIERTO Voc: es el máximo voltaje que proporciona el

panel, correspondiente al caso en que los bornes están “al aire”. Voc suele ser menor

de 22 V para módulos que vayan a trabajar a 12 V.

Page 20: Primer Avance Monografia Energia Solar.pdf

20

3) PUNTO DE MÁXIMA POTENCIA: Existe un punto de funcionamiento (Ipmax,

Vpmax) para el cual la potencia entregada es máxima (PM=Ipmax*Vpmax). Ese es el

punto de máxima potencia del panel, y su valor se da en Vatios (W). Cuando trabaja

en este punto, se obtiene el mayor rendimiento posible del panel. Sin embargo, no hay

que olvidar que en la practica la tensión de trabajo viene determinado por la batería o

el convertidos DC/DC. Los valores típicos Ipmax y Vpmax son algo menores a los Isc

y Voc.

4) FACTOR DE FORMA FF: El factor de forma es la relación entre la potencia máxima

que el panel puede entregar y el producto Isc*Voc. Da una idea de la calidad del panel

porque es una medida de lo escarpada que es su curva característica, de forma que

cuanto más se aproxima a la unidad, mayor potencia puede proporcionar. Los valores

comunes suelen estar entre 0’7 y 0’8.

5) EFICIENCIA O RENDIMIENTO: es el cociente entre la máxima potencia eléctrica

que el panel puede entregar a la carga y la potencia de la radiación solar Pl incidente

sobre el panel, habitualmente en torno al 10%.

Teniendo en cuenta las definiciones de factor de forma y del punto de máxima potencia, se

llega a la siguiente igualdad:

García-García, Enrique; Moubarak Meziani, Yahya; Velázquez Pérez, Jesús Enrique y Calvo

Gallego, Jaime (2012). “Energía solar: Células solares de silicio” [Artículo en línea].

Disponible en: http://www.scienceinschool.org/2012/issue23/solar/spanish. [Consulta: 2012,

Diciembre 13].

A medida que las reservas de petróleo se agotan las células solares se presentan como una

fuente de energía alternativa. ¿Cómo funcionan? y, ¿cómo podemos aprovechar todo su

potencial?

Aunque sea de forma indirecta, el Sol es el origen de la mayoría de las fuentes de energía

que utilizamos en la Tierra. No sólo los derivados del petróleo o la biomasa, sino también el

viento, por mencionar algunas. El uso de células solares permite capturar la energía solar de

forma directa.

El Sol es una estrella de tamaño medio, relativamente antigua, compuesta de plasma caliente.

Éste radia energía electromagnética sobre un gran rango espectral. Situado a una distancia de

150 millones de kilómetros, nuestro planeta recibe una irradiancia de 1366 W/m2 (1 W= 1 J·s)

del Sol, pero no toda alcanza la superficie terrestre puesto que la atmósfera absorbe y refleja

un 30% de esta densidad de potencia. Aún así, cada metro cuadrado de la superficie terrestre

recibe una media del orden de 1000 J/s del Sol.

Con el fin de entender este resultado de una forma completa, merece la pena destacar que el

consumo total de energía en el 2010 fue de 5 x 1020

J. La Tierra recibe 1.8 x 1017

J/s, de los

Page 21: Primer Avance Monografia Energia Solar.pdf

21

cuales 1.3 x 1017

J/s llegan a la superficie, si asumimos que nuestro planeta es una esfera

perfecta de 6370 km. Por lo tanto, en tan sólo una hora recibimos la misma cantidad de

energía que consumimos a lo largo de un año.

Por desgracia esto no es tan sencillo. Debido a factores meteorológicos, la declinación solar y

la rotación terrestre, la irradiancia media por metro cuadrado es de o 230 W/m2. Si repetimos

el cálculo anterior con estos datos, el tiempo necesario para abastecer el consumo energético

anual aumenta hasta las cinco horas y media – todavía es muy poco tiempo.

De este simple razonamiento se concluye que la energía solar es una reserva prometedora,

pero ¿cómo podemos recolectarla y utilizarla?

¿Qué sucede en el interior de una célula fotovoltaica?

El fenómeno fotovoltaico es la base del funcionamiento de las células solares

contemporáneas. Éste fue descubierto por el físico francés Edmond Becquerel en 1839,

cuando observó que la conductividad de algunos materiales aumentaba cuando éste era

expuesto a la luz solar. La explicación del fenómeno tuvo que esperar hasta el siguiente siglo

con el desarrollo de la mecánica cuántica. La radiación electromagnética se puede explicar

como un chorro de objetos cuánticos llamados fotones. Cuando los fotones son absorbidos en

el material pueden provocar la promoción de electrones a un estado de mayor energía (banda

de conducción), potencialmente realzando la conductividad del material.

Semiconductores como el silicio son materiales fotovoltaicos porque la energía asociada a los

fotones del visible es del mismo orden que la necesaria para promover un electrón a la banda

de conducción. Sin embargo, los semiconductores tienen pocos electrones libres y, por lo

tanto, baja conductividad. Para incrementarla se añade pequeñas porciones de otros

materiales, impurezas, en un proceso llamado dopado.

El silicio dopado es el material más utilizado en electrónica. El silicio puro cuenta con cuatro

electrones de valencia que comparte con los átomos vecinos. Al añadir impurezas con más o

menos electrones de valencia (como el fósforo o el boro), se modifican las propiedades

conductoras del anfitrión. El fósforo tiene cinco electrones de valencia, de modo que cuando

un átomo está rodeado por átomos de silicio, el quinto electrón permanece débilmente ligado.

Esto indica que podrá alcanzar la banda de conducción más fácilmente, aumentando la

conductividad del silicio. A el silicio dopado con fósforo se le llama tipo-n (tipo negativo)

puesto que el dopaje aumenta el número de cargas negativas (electrones) libres. Por el

contrario, el boro sólo tiene tres electrones de valencia. La falta de un electrón en la red del

silicio crea un “hueco”. Como los electrones serán capaces de moverse de un hueco a otro, la

conductividad del material se ve incrementada. Al dopaje con boro se le llama tipo-p (tipo

positivo).

Este fenómeno se usa en las células solares para recolectar la energía procedente del Sol y

transformarla en energía eléctrica. La célula solar elemental está formada por la unión de dos

semiconductores con dopajes complementarios, formando la llamada unión p-n. En una región

en torno a la unión los electrones del dopaje tipo-n perciben los huecos del lado dopado tipo-p

Page 22: Primer Avance Monografia Energia Solar.pdf

22

y viajan para llenarlos – formando el llamado par electrón-hueco. Cuando un fotón golpea uno

de esos pares capaz de separar los componentes del par liberando ambas cargas y generando

una corriente eléctrica, cuando hay una carga externa conectada.

No todos los portadores generados por este proceso contribuyen a la corriente. Una gran

porción se recombina generando calor. Esto reduce la eficiencia de conversión de la célula

solar (definida como el porcentaje de la energía solar recibida que se convierte en energía

eléctrica). Éste parámetro es uno de los más importantes en cuanto a calidad de la célula solar.

Células solares de silicio actualmente comerciales tienen una eficiencia del orden del 20%,

por lo que todavía se pueden hacer extensos esfuerzos de cara e mejorar este valor.

Energía fotovoltaica en la práctica

Ahora tenemos una idea de qué sucede en el interior de una célula solar, pero ¿hasta qué

punto son prácticas para capturar la energía del Sol?. Un módulo de células solares tiene una

superficie aproximada de 1.3 m2 y consiste en una matriz de unas 50 células individuales. Un

módulo es capaz de entregar unos 200 W (dependiendo de la tecnología) así que un montaje

con cinco módulos entregaría una potencia suficiente para cubrir las necesidades medias de

una casa (cerca de 1 kW). Sobre el papel la demanda energética europea sería satisfecha con

tan sólo cubrir el 1 % de la superficie con células solares. Sin embargo, las células solares

sólo se podrán utilizar para cubrir parte de nuestra demanda energética.

En el 2010 cerca del 1 % de energía producida en Europa tuvo origen fotovoltaico. Las

estimaciones optimistas afirman que Europa podría generar del 30 al 50 % de energía de este

modo. No se pueden realizar estimaciones más precisas, puesto que es una tecnología en

continuo desarrollo.

Una de las limitaciones de la energía solar es que la cantidad de energía producida es

fuertemente dependiente de las condiciones ambientales, como el tiempo, el ángulo que

forma el sol con la superficie normal del dispositivo, la suciedad depositada sobre la

superficie y, por supuesto, la noche. Las llamadas redes inteligentes son un modelo de

instalación en el cual otras fuentes de energía -térmica, plantas nucleares...- se suman a la

solar para abastecer la demanda que no puedan generar las células solares en tiempo real. En

este marco de explotación energética las células solares están jugando un papel fundamental.

La mayor aplicabilidad de las células solares es en pequeñas instalaciones, donde la energía es

producida en casas particulares, en teléfonos de carretera, plantas industriales, barcos, coches

e incluso en la Estación Espacial Internacional.

De modo que aunque estamos muy lejos de abastecer la demanda energética global en cinco

horas solares, la energía solar se afianza como una fuente de energía segura. La próxima vez

que enciendas la caldera o el televisor, piensa que el sol ha ayudado para alimentarlo.

Page 23: Primer Avance Monografia Energia Solar.pdf

23

4. CLASIFICACION DE LOS PANELES SOLARES

Fernández Barrera, Manuel. Energía solar: electricidad fotovoltaica. (2010). Madrid- España.

Editorial: Liberfactory. p.p. 17-18.

Una célula fotovoltaica está formada por materiales semiconductores que forman una unión P-

N, capaz de producir una barrera de potencial que hace posible el efecto fotovoltaico.

El tamaño de cada célula, depende fundamentalmente del proceso de fabricación, varia

normalmente desde unos pocos centímetros cuadrados hasta más de 100 cm2, y su forma

puede ser circular, cuadrada, o de otras formas geométricas que se asimilan a las primeras.

Las células se interconexionan en serie unas con otras, para lograr una diferencia de potencial

para el circuito exterior que sea adecuada a efectos prácticos (normalmente entre 6V y 24V) y

para que los electrones expulsados de una sean recogidos por la siguiente, comunicándoles

energía adicional.

Tipos de Células

Las células pueden clasificarse en función de la naturaleza y características de los materiales

semiconductores que las forman, en varios grupos.

La primera célula que se produjo industrialmente y la más común, es la formada por silicio

puro monocristalino.

Si durante el proceso de fabricación se deja solidificar lentamente, en un molde rectangular, la

pasta de silicio, se obtiene un sólido formado por una gran cantidad de pequeños cristales o

granos de silicio, del cual pueden cortarse células policristalinas cuadradas. Estas células con

más económicas, aunque sus rendimientos son algo menores que las monocristalinas.

Las células de película delgada, son más recientes, su producción se basa en la fabricación de

una película continua, que se diferencia de los anteriores, ya que no produce celdas

individuales (que posteriormente han de ser conectadas en serie para obtener el voltaje

suficiente para las aplicaciones más habituales), sino una finísima capa de solamente 1µm o

2µm de espesor de material semiconductores que se deposita sobre un sustrato apropiado, no

requiriendo interconexiones interiores.

Algunas células de película delgada son tan extremadamente finas que los fotones que no

logran transmitir su energía a los electrones, las atraviesa. Pudiendo fabricarse módulos semi-

transparentes que podrían utilizarse en multitud de aplicaciones.

Hoy en día, se continúan los estudios para conseguir una mayor eficacia mayor de las células,

por ejemplo un equipo de investigadores dirigido por Shawn-Yu Lin, del Instituto Politécnico

Rensselaer, ha descubierto y demostrado un nuevo método para superar dos de las mayores

barreras que limitar a la energía solar. Desarrollando un nuevo recubrimiento antirreflectante

que eleva la cantidad de luz del Sol capturada por las células, absorbiendo el espectro solar

completo desde casi cualquier ángulo.

Page 24: Primer Avance Monografia Energia Solar.pdf

24

Una célula solar de silicio no tratada solo absorbe el 67,4 por ciento de la luz del Sol que

incide sobre ella, por lo que se refleja casi un 33%, desaprovechándolo.

Durante la investigación, después de que una superficie de silicio fuese tratada con la nueva

capa creada por Lin mediante nano ingeniería, el material absorbió el 96,21 por ciento de la

luz solar que incidió en el. Esta gran ganancia en la absorción se mantuvo en todo el espectro

de la luz del Sol incidente, desde la ultravioleta a la infrarroja, pasando por la visible. La

nueva capa de Lin también resuelve con éxito el desafío de los ángulos.

La nueva capa antirreflectante absorbe la luz del Sol de manera uniforme desde todos los

ángulos. Esto significa que un panel solar estacionario tratado con ese recubrimiento

absorbería el 96,21 por ciento de la luz del Sol, sin importar la posición de este en el cielo.

Así, junto con una absorción espectral significativamente mejorada de la luz del Sol, el

descubrimiento de Lin también podría hacer posible una nueva generación de paneles solares

estacionarios más eficaces, y dejar obsoletos a los sistemas de seguimiento solar.

Fernández Barrera, Manuel (2010). Energía solar: Electricidad fotovoltaica [Libro en línea].

Madrid, España: Editorial liberfactory. pp. 29-35. Disponible en:

http://books.google.co.ve/books?id=EVHJbI1i-eMC&pg=PA28&dq=paneles+solares&hl=es-

419&sa=X&ei=E5bGUKGDIMjH0QGFjIFg&ved=0CCwQ6AEwAA#v=onepage&q&f=false

[Consulta: 2012, Diciembre 10].

Los diferentes tipos de paneles los podemos clasificar atendiendo a diferentes criterios:

- Según el tipo de células que contienen. Así se habla de paneles monocristalinos,

policristalinos y amorfos.

- Según el tipo de material con que están fabricadas las células que contienen;

paneles de silicio, de arseniuro de galio, de teluro de cadmio, de película de silicio,

etc.

- Teniendo en cuenta la potencia que el panel es capaz de producir. Las potencias

nominales más usuales que se pueden encontrar en el mercado son: 5W, 10W,

20W, 35W, 40W, 75W, 100W y 175W.

- Según la tensión o voltaje, los más usados son los de 12V, por coincidir con la

tensión de los acumuladores que más se emplean.

- Según aprovechen la radiación por un sola cara o por las dos.

La estructura soporte también cumple la importante misión de fijar la inclinación que

tomaran los módulos, que deberán instalarse siempre mirando hacia el ecuador.

Esta inclinación dependiendo del emplazamiento, se recomienda que sea la siguiente:

- 20º mayor que la latitud para instalaciones de función prioritaria en invierno,

como la servicios eléctricos o refugios de montaña.

- 15º mayor que la latitud para instalaciones de funcionamiento más o menos

uniforme durante todo el año. Como por ejemplo la de electrificación de viviendas,

bombas de agua, repetidores de TV, etc.

Page 25: Primer Avance Monografia Energia Solar.pdf

25

- Igual que la latitud para instalaciones de funcionamiento prioritario en primavera o

verano, como las de campamento y lugares de veraneo.

- Un 85% de la latitud para instalaciones cuyo objetivo sea captar la máxima energía

posible a lo largo del año, como es el captar máxima energía posible a lo largo del

año, como es el caso de conexión a red para la venta de la electricidad generada

Estructuras con seguimiento solar

Con estructuras fijas el ángulo de incidencia solamente se aproximara a lo 90º en los

momentos centrales del día y únicamente en determinadas épocas del año.

Para conseguir que los paneles se encuentren siempre perpendiculares a los rayos de sol, la

estructura que soporta los paneles pueden estar dotada de un sistema de seguimiento continuo

de la posición del sol (en ingles, “tracker”) con el fin de aprovechar mas la radiación

incidente, tanto a lo largo del día como en las diferentes épocas del año.

En relación con el tipo de movimiento de rotación que los mecanismos de seguimiento

producen, estos se dividen en sistemas de un solo eje y de dos ejes

Actualmente se utilizan tres sistemas para conseguir el movimiento de una estructura con

seguimiento solar:

a) Mediante un motor eléctrico y un mecanismo de engranajes, se produce un lento

movimiento rotatorio de la estructura, de forma que sincronice lo mejor posible con el

movimiento del sol.

b) Mediante el motor eléctrico y dispositivo de ajuste automático, que suele ser un

sistema electrónico.

Jadraque Gago, Eulalia (2011). “Uso de la energía solar fotovoltaica como fuente para el

suministro de energía eléctrica en el sector residencial” [Tesis doctoral en línea]. Universidad

de Granada, Beiro, Granada, España. Disponible en: http://hera.ugr.es/tesisugr/19852125.pdf.

[Consultado: 2012, Diciembre 12].

Energía solar fotovoltaica.

La energía solar fotovoltaica es aquella que se obtiene por medio del proceso directo de

transformación de la energía del sol en energía eléctrica. La transformación se realiza por

medio de módulos o paneles solares fotovoltaicos que captan la radiación solar. Los paneles

solares fotovoltaicos son elementos generadores de electricidad y están formados por células

fotovoltaicas.

Clasificación de los sistemas solares fotovoltaicos.

Se define sistema fotovoltaico el conjunto de componentes mecánicos, eléctricos y

electrónicos que concurren para captar y transformar la energía solar disponible,

Page 26: Primer Avance Monografia Energia Solar.pdf

26

transformándola en utilizable como energía eléctrica.

Las instalaciones fotovoltaicas, formadas por un conjunto de placas solares, pueden ser de dos

tipo:

- Conectadas a la red: la energía es transformada en corriente alterna mediante los

inversores y vertida en la red eléctrica de distribución.

- Aisladas de la red: se utiliza para suministrar energía eléctrica a emplazamientos

aislados de la red. Están equipados con sistemas de acumulación de energía.

Elementos de un sistema solar fotovoltaico.

En esta tesis se trabaja con un diseño de un sistema fotovoltaico conectado a una red eléctrica

y ubicado en la cubierta del edifico. Este sistema consta de los siguientes elementos:

- El generador fotovoltaico.

Que recibe el nombre de célula solar. Este capta la energía solar transformándola en corriente

continua a través del efecto fotovoltaico. La célula fotovoltaica es un elemento semiconductor

en el que, de forma artificial, se crea un campo eléctrico permanente de manera que cuando se

expone a la luz solar se produce un flujo se produce un flujo de electrones que provoca la

aparición de dicha corriente.

Los tipos de paneles solares vienen dados por la tecnología de fabricación de las células, y son

fundamentalmente:

Silicio cristalino (monocristalino y multicristalino).

Silicio amorfo.

La célula fotovoltaica se comporta como un diodo: la parte expuesta a la radiación solar es la

N, y la parte situada en la zona de oscuridad, la P. Los terminales de conexión de la célula se

hallan sobra cada una de estas partes del diodo: la carga correspondiente a la zona P se

encuentra metalizada por completo, mientras que en la zona N el metalizado tiene forma de

peine, a fin de que la radiación solar llegue a semiconductor.

- El inversor.

Un elemento imprescindible en las instalaciones conectadas a redes es el inversor, cuya

función es convertir la corriente continua de la instalación en corriente alterna.

Proceso de producción de electricidad en un sistema conectado a la red eléctrica.

Page 27: Primer Avance Monografia Energia Solar.pdf

27

El proceso de producción de electricidad en un sistema conectado a la red eléctrica será:

Captación de radiación solar mediante las células.

Producción de energía eléctrica en forma de corriente continua.

Conversión en corriente alterna mediante inversores.

Elevación de la tensión mediante un transformador de potencia.

Venta a la red eléctrica.

5. APLICACIONES

Sacco, Mario (2011). “Paneles Solares Transparentes (MIT)”. [Artículo en Línea] Neo Teo –

Revista Tecnológica. Disponible en: www.neoteo.com/paneles-solares-transparentes-mit. Año

de creación de la página web: 2005. [Consulta: 2012, Diciembre 3].

En los laboratorios del MIT, los científicos están elaborando una tecnología que permitirá

aprovechar toda la superficie de una ventana convencional como un gran panel generador de

energía. Si pudiéramos sumar toda la superficie cubierta de vidrio que hoy posee cualquier

edificio moderno, comprenderíamos que este avance puede proporcionar energía para las

luces junto a otros dispositivos, y reduciría los costes de instalación mediante el

aprovechamiento de las estructuras de ventanales existentes. Este desarrollo de los

laboratorios del MIT permitiría utilizar los cristales sin interferir con la posibilidad de ver a

través de ellos. La clave de la tecnología está centrada una célula fotovoltaica basada en

moléculas orgánicas, que aprovecha la energía de la luz infrarroja, mientras que la luz visible

puede pasar sin impedimento alguno.

En la actualidad se considera que el costo de instalación de un sistema tradicional de

energía solar, basado en los clásicos paneles de silicio de película delgada (thin film), se lleva

consigo entre la mitad y las dos terceras partes de los gastos de la instalación. Esto es

contabilizando el gasto en los paneles y los componentes estructurales de las unidades

exteriores, sin enumerar los sistemas internos de almacenamiento, puesta en forma

y distribución de la energía, afirmó Vladimir Bulovic, profesor en el Departamento de

Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación del MIT. Sin embargo, el sistema

fotovoltaico transparente que acaba de desarrollar junto a Richard Lunt, un investigador

postdoctoral en el Laboratorio de Investigación de Electrónica, podría disminuir en gran

medida los costos en materiales estructurales.

Todos los intentos conocidos de crear celdas solares transparentes tienen, o tenían, muy

baja eficiencia (menos del 1% de la radiación solar se convierte en electricidad), o utilizan

elementos que bloquean demasiado el paso de la luz y le impiden alcanzar un desempeño

práctico para el uso en las ventanas. En forma reciente, los investigadores del MIT fueron

Page 28: Primer Avance Monografia Energia Solar.pdf

28

capaces de encontrar una formulación química específica para sus células que, cuando se

combina con revestimientos de reflexión “parcialmente infrarrojos”, brinda a ambos una gran

transparencia a luz visible y una eficiencia considerablemente mayor, comparándolos con las

versiones anteriores. En un edificio nuevo o en uno existente, donde las ventanas están siendo

remplazadas, la adición del material transparente de celdas solares para el cristal sería un

costo adicional relativamente pequeño, ya que el costo del cristal, los marcos y la

instalación sería la misma con o sin el componente solar, aunque es demasiado temprano en el

proceso para poder estimar los costes reales.

Con las ventanas modernas de doble panel, el material fotovoltaico puede estar cubierto

quedando en la parte interior, donde estaría completamente protegido de la intemperie. Sólo

las conexiones de cableado a las ventanas y un regulador de voltaje serían necesarios para

completar el sistema en una casa. Esta no será la solución definitiva a todas las necesidades

energéticas, afirmó Bulovic, sino que es parte de "una familia de soluciones" para producir

energía sin emisiones de gases de efecto invernadero. Además, es atractivo, porque puede ser

añadido a las casas que se están construyendo en este momento, en lugar de necesitar del gran

espacio e infraestructura que un sistema tradicional de paneles fotovoltaicos requiere.

Bulovic asegura que el trabajo se encuentra todavía en una fase muy temprana y hasta

ahora han logrado una eficiencia del 1,7% en el prototipo de celdas solares, pero esperan que

con un mayor desarrollo puedan ser capaces de llegar a un 12%, lo que sería comparable a los

actuales paneles solares comerciales. "Será todo un desafío llegar allí", afirma Lunt, "pero es

una cuestión que requiere la optimización de la composición y configuración de los materiales

fotovoltaicos”. Los investigadores esperan que, después de un mayor desarrollo en el

laboratorio, seguido por el trabajo de fabricación, la tecnología pueda convertirse en un

producto comercial práctico dentro de una década.

El uso de las grandes superficies vidriadas de los edificios existentes podría ofrecer un

área de superficie mucho más amplia respecto a la que pueden disponer los paneles solares

tradicionales. En las mañanas y los atardeceres, con el sol bajo en el cielo, los lados de los

edificios de las grandes ciudades son iluminados en plenitud y esto permitirá que se pueda

alcanzar, en esos momentos, una cantidad significativa de energía generada. Max Shtein,

profesor de Ciencias de los Materiales en la Universidad de Michigan, afirma que este trabajo

demuestra uno de los aspectos fundamentales de la utilidad de la ingeniería de investigación y

añade que este es uno de los tantos métodos que se están experimentando en la actualidad

poniendo énfasis en que la mayor incertidumbre de esta investigación está puesta en la vida

útil que puedan tener estas células fotovoltaicas orgánicas. Como beneficio adicional, el

proceso de fabricación de las células propuestas por los investigadores del MIT podrá ser más

respetuoso del medio ambiente, ya que no requiere los procesos de uso intensivo de energía

que se utilizan para fabricar las tradicionales celdas solares de silicio.

FUNANDI/DiCyT (2011). “Paneles Solares Permiten El Secado Del Café Y Remplazan El

Elevado Consumo De Energía”. [Artículo en Línea] DiCyT, Sección Ciencia. Disponible en:

http://www.dicyt.com/noticias/paneles-solares-permiten-el-secado-del-cafe-y-reemplazan-el-

elevado-consumo-de-energia. Año de creación de la página web: 2011. [Consulta: 2012,

Page 29: Primer Avance Monografia Energia Solar.pdf

29

Diciembre 3].

Dentro de los resultados que pretende la investigación se encuentra el aprovechar la intensidad

del sol como fuente inagotable de energía, y a través de unos sistemas de colectores solares,

recibir todo ese flujo de energía y convertirla en calor, con el propósito de aplicarlo en los

cultivos para su cuidado y adecuado desarrollo. Adán Silvestre Gutiérrez, docente-

investigador y promotor de esta investigación, la cual salió adelante por un trabajo en

conjunto entre la Universidad Libre de la ciudad de Pereira y la Secretaria de Desarrollo de la

Gobernación de Risaralda, cuenta que la aplicación de los paneles solares en el caso de los

cultivos de café, apunta a suplantar el secado del grano, el cual se hace utilizando gas, diesel y

cisco. “Lo que se hace es remplazar la alimentación eléctrica por la solar. Estos paneles se

pueden adaptar en fincas para el control de la humedad y de la temperatura en el secado”,

explicó el experto.

En el caso de los cultivos de flores, la aplicación de los paneles solares se pude hacer en

ambientes cubiertos y controlados “Esta energía solar sirve para regular el calor en ciudades

como Bogotá, donde se presentan fuertes heladas y los cultivos atraviesan problemas”,

declaró Silvestre Gutiérrez a la agencia de noticias DICYT.

La investigación adelantada señala que la energía que proviene de sol llega en 24 voltios y los

paneles solares, la reciben, la regulan y la transforman en 110 voltios “y una vez que se tenga

la energía en 110 voltios, se puede aplicar en cualquier elemento que se haya diseñado en

colectores solares”, indicó el investigador.

Estos colectores solares son importados de los Estados Unidos y cuentan con una dimensión

de 60 centímetros de ancho por 120 centímetros de largo. Los materiales en los cuales están

elaborados los paneles son parte derivados de polietilenos con marcos metálicos en aluminio.

En Europa, -cuenta el investigador- varias instituciones han incorporado estos paneles solares

en su planes de desarrollo hacia el año 2050, con el propósito de que la energía obtenida

provenga de procedimientos alternativos distintos a los que ofrece el petróleo, como la solar,

la eólica o la maretomotriz, la cual se obtiene de aprovechar las mareas, que al ser recogida en

un alternador, se puede utilizar para la generación de electricidad, la cual es más útil,

renovable y limpia.

En las afueras de la ciudad de Pereira, (Risaralda), -agregó Gutiérrez- los paneles solares se

han utilizado en algunos ensayos para la iluminación del túnel de puente helicoidal (autopista

del Eje Cafetero–Colombia). También hay viviendas que cuentan con calentadores de agua y

sistemas de iluminación en el interior de las casas que funcionen con energía solar, además

cursa un proyecto para utilizar los paneles en la iluminación con energía solar de la concesión

vial entre Armenia y Manizales y hay una iniciativa para construir viviendas de interés social

(para familias de escasos recursos económicos) con la aplicación de soluciones energéticas

solares.

Pero un obstáculo para la aplicación de esta tecnología es el alto costo de cada batería, el cual

puede llegar a ser de 15 millones de pesos (aproximadamente unos seis mil ochocientos

Page 30: Primer Avance Monografia Energia Solar.pdf

30

Euros), “en realidad es una inversión alta, lo que pasa es que con el tiempo el costo va

disminuyendo y eso lo hace rentable”, destaca el docente.

El tiempo de duración de las baterías es de 12 años, y esa inversión se puede distribuir en ese

tiempo y resulta mejor que la comunidad cuente con su propia energía.

Segui Chilet, Salvador y Jimeno Salas, Francisco (2002). Fundamentos básicos de la

electrónica de potencia [Libro en línea]. Valencia, España: Editorial de la UPV. pp. 79-84.

Disponible en:

http://books.google.co.ve/books?id=ydcdCPsGUr0C&pg=PA77&dq=paneles+solares+

acumuladores&hl=es419&sa=X&ei=AsnGUNacM7K60AH9noGYAg&ved=0CC8Q6A

EwAQ#v=onepage&q=paneles%20solares%20acumuladores&f=false. [Consulta: 2012,

Diciembre 10].

Elementos que incluye un sistema fotovoltaico

- Un generador fotovoltaico. Constituido por paneles solares que producen tensión

continua y corriente constante.

- Un generador auxiliar, que complementa al anterior en los momentos de insuficiente

radiación. Con mucha frecuencia está constituido por un grupo termoeléctrico

alimentado por diesel o gasolina.

- Un acumulador de energía que adapta los diferentes ritmos de producción y demanda

almacenando energía en los momentos en que la producción es superior a la demanda, y

entregándola en el caso contrario. En la mayoría de los sistemas esta constituido por un

acumulador electroquímico, o batería de plomo ácido. Con menos frecuencia se utilizan

baterías de niquel-cadmio. Algunas veces, en vez de almacenar energía, se recurre a

almacenar directamente el producto final del sistema; agua en los sistemas de bombeo

por ejemplo.

- Una carga que utiliza la energía eléctrica producida por los generadores y que puede

adoptar muchas formas: equipo DC (iluminación, televisión, enlaces de

telecomunicación, etc.), equipos AC (motores eléctricos, iluminación, etc.) e incluso la

propia red de suministro y distribución de electricidad convencional en alterna.

- Un conjunto de equipos que actúan de interfaz entre todos los definidos anteriormente y

que ejercen funciones de protección y de control. Genéricamente, se agrupan bajo el

nombre de acondicionamiento de potencia y, quizás los de uso mas frecuente son los

reguladores de la carga de baterías y los convertidores DC-CA o inversores.

APLICACIONES FOTOVOLTAICAS

- Telecomunicaciones

Son muchos los equipos relacionados con la telecomunicación en general, que se

ubican en lugares de difícil acceso (montaña, oteros, etc.) y, con frecuencia,

alejados de la Red Eléctrica Convencional. Tiene sentido recurrir a la solución

fotovoltaica cuando su coste es inferior al de extender la red.

Page 31: Primer Avance Monografia Energia Solar.pdf

31

- Electrificación rural.

Entre el 75 y el 80% de la población mundial no tiene acceso a las redes de la

distribución de electricidad. Este contexto, y por razones económicas similares a la

señaladas en el apartado anterior, ha permitido el desarrollo de un importante

sector del mercado fotovoltaico destinado a la electrificación de viviendas,

escuelas, granjas, etc.

- Aplicaciones agropecuarias

Algunas industrias de ramo agropecuario se caracterizan por ser relativamente

intensivas en ocupación de suelo y, a la vez, poco consumidores de energía.

- Bombeo de agua

Los recursos hídricos tienden a disminuir en muchas zonas del planeta, en parte

debido al aumento de población y en parte, debido a las sequías pertinaces que se

repiten desde la década de los 70. En amplias zonas de África y Asia existen ya

graves problemas de abastecimiento y la situación tiene a empeorar.

Los sistemas de bombeo fotovoltaicos presentan características que lo hacen

especialmente atractivos para esta regiones.

- Conexión a la Red Eléctrica

En términos estrictamente económicos, la inyección en la red eléctrica de energía

de origen fotovoltaico sólo se justifica si su coste es comparable al de las fuentes

de energía convencional, lo que no es el caso en el momento de escribir este texto.

La modularidad propia de la tecnología fotovoltaica hace que el coste unitario de la

energía de la energía producida dependa poco del tamaño de los sistemas.

6. IMPACTO SOCIO-ECONOMICO

Valvuena, Álvaro. (2012). “Científicos crean celdas solares transparentes” [Articulo en línea].

Disponible en: http://www.empresate.org/2012/07/25/sabiasque-cientificos-crean-celdas-

solares-transparentes/. [Consulta: 2012, Diciembre 6].

Investigadores de la Universidad de California de Los Ángeles han desarrollado una serie de

celdas solares transparentes que podrían ser instaladas en los hogares y otros edificios para

generar electricidad mientras las personas pueden ver hacia afuera. Este tipo de celdas solares

permiten el paso de la luz visible y captura la energía de los rayos infrarrojos, un fragmento de

la luz que no podemos ver.

Hasta el momento, las celdas solares se encuentran en los típicos paneles azules o verdes con

una cuadrícula responsable de la conducción de la energía recolectada. Sin embargo, las

celdas presentadas tienen una transparencia de hasta el 66%, permitiendo que puedan ser

usadas en ventanas, e incluso pantallas de dispositivos móviles. Así publicó en su extracto el

portal de divulgación de trabajos científicos ACS.

De conseguirse la masificación de estas nuevas celdas, podríamos ver una revolución en el

uso de la energía solar. Hoy en día es necesario otorgar grandes espacios a las instalaciones de

celdas solares, pero con este invento sería posible encontrarlas en prácticamente todos los

edificios y casas sin que hubiera un cambio significativo en el estilo de vida de la gente, o en

Page 32: Primer Avance Monografia Energia Solar.pdf

32

la funcionalidad del lugar.

Yang Yang, titular del desarrollo, reporta que las celdas fueron elaboradas utilizando un

nuevo tipo de polímero que produce energía al absorber mucha de la luz infrarroja, que no es

visible, lo que permite que las celdas sean transparentes en un 70 por ciento al ojo humano.

Prieto, Raúl. (2012). “Mejoras de tecnologías en las energía solar fotovoltaica” [Articulo en

línea]. Disponible es: http://energias-renovables-y-limpias.blogspot.com/2012/10/mejoras-de-

tecnologia-en-energia-solar-fotovoltaica.html .[Consulta: 2012, Diciembre 10].

Una vez visto lo que se puede conseguir con mejoras en la tecnología, como podemos

ver en el artículo ¿Qué se consigue con las mejoras tecnológicas en la energía solar

fotovoltaica?, ahora vamos a ver cuáles mejoras actualmente se han puesto en funcionamiento,

o se están estudiando en este campo:

- Fabricación de paneles solares flexibles mediante el uso de un material de revestimiento

energético descontaminante. Explicándolo un poco mejor, os comento que las células

fotovoltaicas antes de esta tecnología no tenían ningún tipo de revestimiento bactericida,

descontaminante o purificante, ya que siempre estaban encapsuladas y por tanto no expuestas

al medio ambiente. Pero con el uso de este revestimiento se abrieron los caminos para el uso

de paneles solares translúcidos y flexibles, adaptables a cualquier superficie, para así poder

encontrar ya en el mercado actual tejas que producen electricidad, cristales aislantes que

producen electricidad al mismo tiempo que dejan pasar luz al interior de la edificación, etc.

- Fabricación de paneles solares flotantes. Con este nuevo avance se elimina el problema de

espacio que se presenta al querer instalar un campo solar fotovoltaico, aprovechando

superficies de aguas planas de algún pantano, embalse, etc., generando energía en zonas que

no sean ni reservas naturales, ni centros turísticos ni en mar abierto.

- Nuevos diseños de paneles solares que abaratan la instalación. Se han diseñado paneles

solares que son mucho más fáciles de instalar y por tanto reducen bastante el importe de la

mano de obra, parte del presupuesto bastante importante en una instalación de paneles solares.

- Herramientas de concentración de la luz solar hacen que se necesiten menos células solares

para captar la misma cantidad de energía. Entre estas herramientas se usan espejos y

materiales reflectantes de la luz solar para enfocar los reflejos hacia la célula solar,

concentrando toda la luz en la célula, pero también se usan cristales con el efecto que crea una

lupa para crear rayos de luz más intensos también enfocados sobre la propia célula solar.

- Se ha creado ya varios prototipos de máquinas que consiguen crear células solares con una

simple impresión en 3D, con sistemas que representar muy sencillos y rápidos comparados

con los métodos actuales, aunque se está investigando aún cómo poder industrializar el

proceso, y también el poder conseguir rendimientos de captación de energía más elevados

para esas células solares, ya que actualmente no consiguen captar tanta energía como las

fabricadas con los procesos habituales.

- Continuamente se está estudiando el uso de nuevos materiales que hace posible que se vayan

Page 33: Primer Avance Monografia Energia Solar.pdf

33

aumentando poco a poco los rendimientos de los paneles solares, y que se prevea poder captar

hasta un 45% de la energía de la luz solar. Entre otros muchos materiales, se están realizando

estudios muy diversos de adicción de nuevos materiales como el pentaceno, teluro de cadmio,

fosfuro de zinc, óxido cuproso, etc.

- Se está estudiando la introducción de puntos cuánticos con carga de energía puede significar

que se pueda captar la energía de la luz visible, pero también la de la luz infrarroja, lo que

provocaría poder captar energía incluso durante la noche y así llegar a aumentar el

rendimiento de los paneles solares hasta el 45%.

- Se están estudiando nuevos procesos de producción de silicio para usos solar, mucho más

económicos, debido a la necesidad de hasta un 80% menos de energía, incluso llegando a

generar un 90% menos de CO2 en el proceso de su fabricación.

- Se están estudiando nuevos avances conseguidos mediante el uso de la nanotecnología para

la fabricación de paneles solares fotovoltaicos. Estos avances hacen que se prevea para un

futuro cercano, conseguir rendimientos de los paneles de hasta el 80%, pudiendo incluso

captar energía durante la noche. Este estudio se basa en la creación, mediante la

nanotecnología, de microantenas del tamaño de unas 25 veces menor que el grosor de un pelo

humano, y conformadas a su vez por millones de fibras metálicas, las cuales pueden llegar a

captar incluso la energía de la luz infrarroja. Ésta puede ser la tecnología aplicada a este

campo que es más prometedora hoy en día, aunque aún está bajo estudio como se podrá

convertir la energía captada por estas microantenas para poder ser utilizada en usos normales.

Fairley, Peter (2012). “Argument Over the Value of Solar Focuses on Spain”. IEEE Spectrum.

Volumen 49, número 9. pp. 11-12.

Oil producers are working harder than ever to replace their reserves and, increasingly, turning

to nonconventional petroleum sources such as Canada's tarry bitumen and ultra-deep-water

offshore wells. As they do so, they are investing more energy to deliver each new barrel of oil.

Similar trends are playing out for natural gas and coal, and a growing number of energy

analysts are worried. They see these accelerating trends—what they call fossil fuels' declining

energy return on investment, or EROI—as an ill portent for the global economy.

The critical question for the future is whether renewable energy sources can fill the gap,

sustaining the energy surplus that has supported explosive growth in human life span and

population since the industrial revolution. A book due out later this year promises a hardnosed

look at solar energy— the fastest growing form of renewable energy—and is likely to raise

plenty of eyebrows.

Coauthored by ecologist Charles A.S. Hall and Spanish telecom and solar systems engineer

Pedro A. Prieto, the book is a case study of Spain's utility-scale installations of photovoltaics.

It will be, the authors claim, the first comprehensive analysis of large- scale PV based on data

rather than models. Hall—a professor at the State University of New York College of

Environmental Science and Forestry, in Syracuse— formalized the concept of EROI more

than 40 years ago, as the energy yielded by an energy- gathering activity divided by the

Page 34: Primer Avance Monografia Energia Solar.pdf

34

energy invested in that activity.

While mum on their EROI numbers, Hall and Prieto say the book will demonstrate that

building and operating PV requires considerably more energy than its promoters claim. And,

they add, fossil fuels provide the bulk of the energy investment.

The conclusion is that solar PV systems are very much underpinned by a fossil fuel society,"

says Prieto.

Prieto cites two dozen energy inputs left out of many life-cycle analyses of photovoltaic

systems. He witnessed these inputs directly while building one of Spain's earliest utility-scale

solar facilities—a 1-megawatt plant in Extremadura that began operating in 2006— and while

supporting subsequent PV installations.

The factors include construction of roads, water pipes and transmission lines to serve the

often-remote solar sites, and even international flights to get on-site help from specialist

engineers.

All told, says Prieto, the result could be an EROI figure even lower than the already

controversial EROI of 6.8 that Hall previously cited for PV, which would make it inferior to

most other forms of power generation. According to Prieto we are "very far" from having

solar power systems that provide substantial net energy to society, and he is not much more

optimistic about similarly fast-growing wind power.

Not all energy analysts tracking EROI accept this dim view of renewable energy. For one

thing, analyses of fossil fuels likely neglect to count many real- world energy inputs such as

those that Prieto is adding to solar’s baggage. For another, PV efficiency is rising fast. An

updated analysis published this March by Marco Raugei, a life- cycle expert at Barcelona's

Universitat Pompeu Fabra, and two U.S.-based colleagues calculates EROIs of 19 to 38 for

various PV module types.

Joshua Pearce, an associate professor of materials science and engineering at Michigan

Technological University, notes that energy policies could improve real returns from solar

energy by offering incentives for the use of the highest-EROI systems. Centralized solar farms

full of cheap crystalline silicon modules—which EROI studies show to be the most energy

intensive of PV installations—dominate the market because they are the most profitable to

build.

A deployment scheme designed to reward EROI instead would shift the calculus, says Pearce:

"Before a single centralized PV facility was erected. we would have thin-film P V panels

integrated into every appropriate rooftop."

Stanford University energy systems expert Adam Brandt, meanwhile, discounts PV's current

reliance on fossil energy. What's important, he says, is that a PV installation can use fossil

energy to produce carbon-free power—a critical response to climate change. "If you consume

one unit of fossil fuel and get something like 8 or 12 units of solar energy out, that's a positive

story," Brandt says.

Page 35: Primer Avance Monografia Energia Solar.pdf

35

If the optimists are wrong, however, prepare for a shock. In a 2009 paper, Hall and his

colleagues estimated that energy supplies with an EROI of at least 12 to 13 were required to

support the trappings of modern developed nations, such as higher education, technological

progress, and high art. Oil and gas production in the United States may have already fallen

below that threshold, the paper says, and global production appears to be following fast.

The implications, according to Prieto and Hall, are sobering. In fact, Prieto believes he is

already witnessing economic decline caused, in part, by petroleum's dwindling EROI. He sees

it manifested in Spain's debt crisis. "Energy is the ability to do work. If we do not have more

energy one year than the preceding year, we will hardly be able to grow," he says. "And, if

there is no growth, the financial system collapses."

Smil, Vaclav (2012). “A Skeptic Looks at Alternative Energy”. IEEE Spectrum. Volumen 49,

número 7. pp. 44-49.

“In June 2004 the editor of an energy journal called to ask me to comment on a just-

announced plan to build the world's largest photovoltaic electric generating plant. Where

would it be, I asked—Arizona? Spain? North Africa? No, it was to be spread among three

locations in rural Bavaria, southeast of Nuremberg.

I said there must be some mistake. I grew up not far from that place, just across the border

with the Czech Republic, and I will never forget those seemingly endless days of summer

spent inside while it rained incessantly. Bavaria is like Seattle in the United States or Sichuan

province in China. You don't want to put a solar plant in Bavaria, but that is exactly where the

Germans put it. The plant, with a peak output of 10 megawatts, went into operation in June

2005.

It happened for the best reason there is in polities: money. Welcome to the world of new

renewable energies, where the subsidies rule— and consumers pay.”

Without these subsidies, renewable energy plants other than hydroelectric and geothermal

ones can't yet compete with conventional generators. There are several reasons, starting with

relatively low capacity factors—the most electricity a plant can actually produce divided by

what it would produce if it could be run full time. The capacity factor of a typical nuclear

power plant is more than 90 percent; for a coal-fired generating plant it's about 65 to 70

percent. A photovoltaic installation can get close to 20 percent—in sunny Spain—and a wind

turbine, well placed on dry land, from 25 to 30 percent. Put it offshore and it may even reach

40 percent. To convert to either of the latter two technologies, you must also figure in the need

to string entirely new transmission lines to places where sun and wind abound, as well as the

need to manage a more variable system load, due to the intermittent nature of the power.

What was the german government thinking in 2004, when it offered a subsidy, known as a

feed-in tariff, that guaranteed investors as much as €0.57 per kilowatt-hour for the next two

decades of photovoltaic generation? At the time, the average price for electricity from other

sources was about €0.20/kWh; by comparison, the average U.S. electricity price in 2004 was

7.6 cents, or about €o.o6/kWh. With subsidies like that, it was no wonder that Bavaria Solar

park was just the beginning of a rush to build photovoltaic plants in Germany. By the end of

2011, Germany's PV installations had a capacity of nearly 25 gigawatts, which was more than

Page 36: Primer Avance Monografia Energia Solar.pdf

36

a third of the global total. If you subsidize something enough, at first it can seem almost

reasonable; only later does reality intervene. This past March, stung by the news that Germans

were paying the second highest electricity rates in Europe, the German parliament voted to cut

the various solar subsidies by up to 29 percent.

Such generous subsidies are by no means a German peculiarity. They have been the norm in

the new world of renewable energies; only their targets differ. Spain also subsidized wind and

PV generation before cutting its feed-in tariff for large installations by nearly 50 percent in

2010.

The matter of affordable costs is the hardest promise to assess, given the many assorted

subsidies and the creative accounting techniques that have for years propped up alternative

and renewable generation technologies.

The solar enthusiasts love to take the history of impressively declining prices for photovoltaic

cells and project them forward to imply that we'll soon see installed costs that are amazingly

low.

But other analyses refute the claims of cheap wind electricity, and still others take into

account the fact that photovoltaic installations require not just cells but also frames, inverters,

batteries, and labor. These associated expenses are not plummeting at all, and that is why the

cost of electricity generated by residential solar systems in the United States has not changed

dramatically since 2000. At that time the national mean was close to 40 U.S. cents per

kilowatt-hour, while the latest Solarbuzz data for 2012 show 28.91 cents per kilowatt- hour in

sunny climates and 63.60 cents per kilowatt-hour in cloudy ones. That's still far more

expensive than using fossil fuels, which in the United States cost between 11 and 12 cents

per kilowatt-hour in 2011. The age of mass-scale, decentralized photovoltaic generation is not

here yet.

The ultimate justification for alternative energy centers on its mitigation of global warming:

Using wind, solar, and biomass sources of energy adds less greenhouse gas to the atmosphere.

But because greenhouse gases have global effects, the efficacy of this substitution must be

judged on a global scale. And then we have to face the fact that the

Western world's wind and solar contributions to the reduction of carbon-dioxide emissions are

being utterly swamped by the increased burning of coal in China and India

Boyd, John (2012). “Japan’s Green Dreams Delayed”. IEEE Spectrum. Volumen 49, número

3. p 11.

Fukushima Dai-ichi nuclear disaster, with nuclear power's future uncertain, Japan's parliament

passed a bill in August aiming to boost green energy production. The bill—commonly called

the feed-in tariff or FIT law—requires Japan's 10 power utilities to purchase electricity

generated by suppliers of such renewable energy sources as solar, wind, and biomass and is

slated to go into effect this summer. But its implementation is far from ready, and some

energy experts believe it will be decades before it really helps.

There are also physical obstacles hindering the plan's implementation. With mountainous

terrain covering over 70 percent of Japan, fiat land for living and agriculture is at a premium.

Page 37: Primer Avance Monografia Energia Solar.pdf

37

This makes it difficult to install large solar and wind projects.

According to government data, installed and planned solar farms are only around one-tenth to

one-half the size of the largest sites in the United States and Europe, limiting their potential

and cost competitiveness.

Considering all these challenges, some industry watchers don't see renewables as a nearterm

energy source. The Institute of Applied Energy (IAE), an independent research organization in

Tokyo, estimates it will be several decades before solar and wind energy makes a significant

contribution to Japan's energy needs.

"At present, nonhydro renewable energies combined is just 1 percent of Japan's power

generation," says Kazuaki Matsui, executive director of IAE. Though supporters of green

energy will disagree, Matsui believes it is just not possible to install solar and wind farms in

the huge numbers necessary over the next 20 years to make a serious difference. "We might

expect some sizable [output] from renewables, maybe in 2050."

Bourzac, Katherine (2012). “Paneles solares baratos y flexibles gracias al uso de células de

carbono” [Artículo en Línea]. Disponible en:

http://www.technologyreview.es/read_article.aspx?id=41800 [Consulta: 2012, Diciembre 10].

Células de carbono: La célula solar hecha completamente de carbono consiste en una capa

fotoactiva colocada entre dos electrodos.

Con una sorprendente mezcla de nuevos nanomateriales, un grupo de investigadores de la

Universidad de Stanford (Estados Unidos) ha creado las primeras células solares hechas

completamente de carbono. Sus componentes fotovoltaicos no producen mucha electricidad,

pero a medida que la tecnología se perfeccione, estas células de carbono podrían resultar

baratas, imprimibles, flexibles y suficientemente resistentes para soportar ambientes y climas

extremos.

El objetivo no es reemplazar las células solares hechas de silicio y otros materiales

inorgánicos, indica Zhenan Bao, profesor de ingeniería química en la Universidad de Stanford

y director del estudio. Más bien, se trata de crear nuevos segmentos de mercado. "El carbono

es uno de los elementos más abundantes en la tierra, y es versátil", indica Bao.

El carbono tiene una notable resistencia: el grafeno, de un átomo de grosor, y los largos y

delgados nanotubos de carbono son dos de los materiales más fuertes jamás puestos a prueba.

Los componentes fotovoltaicos creados solo con carbono convierten menos del 1 por ciento

de la energía de la luz en electricidad (en comparación, una célula solar de silicio convierte

alrededor del 20 por ciento de la luz). Sin embargo, Bao asegura que su grupo trabajó

principalmente con materiales poco sofisticados, en los que hicieron pocos ajustes. Atribuye

parte del problema a la rugosidad de las películas de carbono, que entorpecen los viajes de las

cargas, y señala que debería ser posible suavizarlas si se mejoran los métodos de

transformación.

Page 38: Primer Avance Monografia Energia Solar.pdf

38

Hay otros grupos de investigación centrados en la creación de mejores materiales de carbono

para las capas activas de componentes fotovoltaicos. Según unos cálculos teóricos efectuados

por Jeffrey Grossman en el MIT (Instituto Tecnológico de Massachusetts, en EE.UU.), las

células solares de carbono deberían ser capaces de llegar al 13 por ciento de eficiencia de

conversión.

Para que las células solares de carbono sean comercialmente viables, señala Shenqiang Ren,

profesor asistente de química en la Universidad de Kansas (EE.UU.), su eficiencia debe

superar el 10 por ciento. El laboratorio de Ren estableció el récord de eficiencia de conversión

de las células solares de carbono (equipadas con electrodos metálicos convencionales) en un

1,3 por ciento en septiembre, en un trabajo publicado en ACS Nano. Ese es aproximadamente

el rendimiento que tuvieron las primeras células solares de polímero, señala.

Page 39: Primer Avance Monografia Energia Solar.pdf

39

INDICE DE FUENTES DOCUMENTALES.

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Page 40: Primer Avance Monografia Energia Solar.pdf

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