Bloque22

Energías renovables y eficiencia energética: 4 La Energía Solar Fotovoltaica
BLOQUE II: ENERGÍAS RENOVABLES
Capítulo 4
LA ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA

La energía solar fotovoltaica
transforma directamente la luz del
sol en energía eléctrica.
¿QUÉ ES LA ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA?
Este proceso se basa en la aplicación del efecto fotovoltaico, que se
produce al incidir la luz sobre unos materiales denominados
semiconductores: generando un flujo de electrones en el interior del
material que se aprovecha para obtener energía eléctrica.

SE CONSIGUEN
CÉLULAS
FOTOVOLTAICAS
CON UNA
EFICIENCIA DEL 14%
SE CONSIGUEN
CÉLULAS
FOTOVOLTAICAS
CON UNA
EFICIENCIA DEL 14%
LA PRODUCCIÓN
MUNDIAL DE
ENERGÍA SOLAR
FOTOVOLTAICA
SUPERA LOS 21 MW
LA PRODUCCIÓN
MUNDIAL DE
ENERGÍA SOLAR
FOTOVOLTAICA
SUPERA LOS 21 MW
1839
1877
1921
1958
1960
1974-77
1983
2006
ALBERT EINSTEIN:
PREMIO NOBEL POR
SUS TEORÍAS DEL
EFECTO
FOTOELÉCTRICO
ALBERT EINSTEIN:
PREMIO NOBEL POR
SUS TEORÍAS DEL
EFECTO
FOTOELÉCTRICO
BECQUEREL
DESCUBRIÓ EL
EFECTO
FOTOVOLTAICO
BECQUEREL
DESCUBRIÓ EL
EFECTO
FOTOVOLTAICO
SE CONSTRUYE LA
1ª CÉLULA FV (de
selenio)
SE CONSTRUYE LA
1ª CÉLULA FV (de
selenio)
SE LANZA AL
ESPACIO EL PRIMER
SATÉLITE CON
CÉLULAS SOLARES
(de Si)
SE LANZA AL
ESPACIO EL PRIMER
SATÉLITE CON
CÉLULAS SOLARES
(de Si)
SE FUNDAN LAS
PRIMERAS
COMPAÑÍAS DE
ENERGÍA SOLAR
SE FUNDAN LAS
PRIMERAS
COMPAÑÍAS DE
ENERGÍA SOLAR
POTENCIA EUROPEA
INSTALADA EN 2006 :
3400 MWp
POTENCIA EUROPEA
INSTALADA EN 2006 :
3400 MWp
HISTORIA DE LA TECNOLOGÍA FOTOVOLTAICA
El efecto fotovoltaico fue descubierto por Becquerel en 1839. En 1885, se
fabricó el primer módulo fotoeléctrico (que era de selenio); pero no fue
hasta mediados de los años 50 cuando se construyó el primer panel
fotovoltaico de silicio, del mismo tipo de los que se utilizan hoy en día.

Las células
fotovoltaicas
tuvieron su
primer gran
campo de
aplicación en
el espacio.
No fue hasta
mediados de
los 70 (a raíz
de la primera
crisis del
petróleo)
cuando se
comenzaron
a utilizar de
forma
comercial en
aplicaciones
terrestres.

¿SABÍAS QUE…?
El material utilizado en la fabricación de células fotovoltaicas es el silicio,
que es el material más abundante en la Tierra después del oxígeno. La
combinación de ambos forma el 60% de la corteza terrestre.

LA CÉLULA SOLAR FOTOVOLTAICA
La electricidad producida por una célula fotovoltaica es en
corriente continua, y sus parámetros característicos
(intensidad y tensión) varían con la radiación solar, que
incide sobre las células, y con la temperatura ambiente.

CÉLULAS
RENDIMIENTO
LABORATORIO
RENDIMIENTO
DIRECTO
CARACTERÍSTICAS FABRICACIÓN
MONOCRISTALINO
16 %
Se fabrica a partir de
restos de silicio
monocristalino
POLICRISTALINO
AMORFO
19 - 20 % 12 - 14 %
Su rendimiento es algo
inferior, pero su menor
coste ha contribuido
a aumentar su uso,
cada vez más extendido
24 % 15 - 18 %
Son los más eficientes
Se obtiene de silicio
puro (el mismo que
utiliza la industria de
chips electrónicos)
Tiene la ventaja de
depositarse en forma
de lámina delgada y
sobre un sustrato
como vidrio o plástico
< 10 %
Su rendimiento es
bastante menor. Su uso
se limita a aplicaciones
de pequeña potencia:
calculadoras, relojes, etc.
Tradicionalmente han coexistido tres tipos de células de silicio
Recientemente, también se han desarrollado 2 nuevas tecnologías de Si:
- Silicio en bandas
- Película de silicio
Tienen la particularidad de ser flexibles: sus aplicaciones son más versátiles.
Nueva tecnología: capa delgada, el semiconductor se aplica pulverizado y no precisa ser
cortado (se evita así la pérdida de material que se produce en las operaciones de
corte de la oblea, abaratando mucho los costes de producción).

¿SABÍAS QUE…?
El principal productor de células fotovoltaicas en el 2007 era
Japón (46% del mercado), seguido de Europa (36%), China (11%) y
EE UU (7%). En Europa, el principal productor es Alemania (con
más de las 3/4 de la producción europea), seguido de España.

¿ Cómo se mide la energía solar fotovoltaica?
Los módulos se miden en condiciones estándar:
- 1000 W/m2
de radiación solar
- 25 ºC de temperatura
Potencia nominal del módulo: es la máxima potencia generada en
estas condiciones y se mide en Wp (vatios pico).

PANEL FOTOVOLTAICO
Un panel fotovoltaico está constituido por varias células
fotovoltaicas conectadas entre sí y alojadas en un mismo marco.

CONEXIÓN DE PANELES
CONEXIÓN EN SERIE: Darán una tensión igual a la de un
elemento multiplicado por el número total de éstos, y una
intensidad igual a la de uno de ellos.
Tensión: 48V Intensidad: 2,5 A (a 48
V) Potencia: 4 x 40 Wp = 160 Wp

CONEXIÓN DE PANELES
+
-
CONEXIÓN EN PARALELO: Se consigue uniendo todos los polos
del mismo signo; producen una intensidad que es la suma de la
unitaria de cada una y un voltaje igual al de un elemento.
Tensión: 12 V Intensidad: 4 x 2,5 A = 10 A (a 12 V)
Potencia: 4 x 40 Wp = 160 Wp

ENERGÍA PRODUCIDA I
La energía producida por los sistemas fotovoltaicos se puede calcular
multiplicando su potencia nominal por el número de horas pico.
¿SABÍAS QUE…?
La Península Ibérica tiene una media de 5 horas solares pico durante el
verano y entre 2 y 4 durante el invierno (según zona).
En Canarias, en zonas de buena radiación solar, la media anual puede
rondar las 5,5 horas pico al día.

ENERGÍA PRODUCIDA II
La electricidad producida por un panel fotovoltaico es en corriente
continua (CC). La electricidad generada se puede transformar en corriente
alterna (AC) con las mismas características que la electricidad de la red
convencional, utilizando inversores.

¿CUÁLES SON LAS APLICACIONES DE LA ESF?
Las instalaciones fotovoltaicas se dividen en 2 grupos:
• Sistemas aislados (sistemas autónomos sin conexión a la
red eléctrica)
• Sistemas conectados a la red eléctrica

SISTEMAS AISLADOS
Se emplean en lugares con acceso complicado a la red eléctrica y
donde resulta más fácil y económico instalar un sistema fotovoltaico que
tender una línea de enganche a la red eléctrica general
Módulos fotovoltaicos
ELEMENTOS DE UNA INSTALACIÓN AISLADA

ELEMENTOS DE UNA INSTALACIÓN AISLADA I
Paneles fotovoltaicos
Baterías
Almacenan la electricidad generada
por los paneles para poder así
utilizarla en horas en donde la
energía consumida es superior a la
generada, o bien de noche.

ELEMENTOS DE UNA INSTALACIÓN AISLADA II
Regulador de carga
Transforman la corriente continua (CC) en
alterna (CA).
Si los consumos fuesen en CC se podría
prescindir del uso del inversor.
Controlan el proceso
de carga y descarga
de las baterías,
evitando sobrecargas
o descargas
profundas, alargando
así la vida útil de las
baterías.
Inversores
¿SABÍAS QUE…?
En algunos países en vías de desarrollo las instalaciones en CC tienen
una gran importancia, llegando a miles de sistemas instalados.

APLICACIONES EN AISLADO I
Zonas rurales aisladas
El número de paneles que tiene que instalarse debe calcularse teniendo en
cuenta:
- la demanda energética en el mes más desfavorable
- la radiación máxima disponible en dicho mes (dependerá de la zona en cuestión,
la orientación y la inclinación elegida)

APLICACIONES EN AISLADO II
Áreas de países en vías de desarrollo sin conexión a red
Los sistemas aislados cobran especial importancia en aquellos países en los que
la red eléctrica no está muy extendida (caso de muchos países en desarrollo),
convirtiéndose, para muchos, en la única posibilidad de acceder a la electricidad.
Hoy en día, 2000 millones de personas no tienen acceso a la red eléctrica, de ahí
la importancia de la energía solar fotovoltaica para estos países en desarrollo,
donde hay más de medio millón de casas que dispone de electricidad gracias a
los sistemas fotovoltaicos.

APLICACIONES EN AISLADO III
Iluminación de áreas aisladas y carreteras
Sistemas de comunicación (repetidores de
señales, boyas, balizas de señalización,
SOS en carreteras y autopistas, …)

APLICACIONES EN AISLADO IV
Sistemas de bombeo de agua
Pequeños sistemas autónomos
como calculadoras, cámaras,
ordenadores, teléfonos portátiles,
etc.

APLICACIONES EN AISLADO V
Suministro eléctrico en yates
¿¿SABÍAS QUE…??
El Solemar es un catamarán de fabricación
española de 10 metros de eslora y 3,5 metros
de manga, con capacidad para 28 pasajeros
sentados bajo la sombra de los paneles solares
instalados en el techo. El barco dispone de dos
bancos de baterías de gel de 490 Ah que le
permiten, sin sol, una autonomía de 10 horas a
4 nudos de velocidad, y de 30 horas a 2 nudos

APLICACIONES EN AISLADO VI
Suministro eléctrico en instalaciones de ocio

APLICACIONES EN AISLADO VII
Coches eléctricos
Un automóvil de la
marca Honda es capaz
de superar los 140 km/h
sin usar otra energía
que la solar fotovoltaica.

APLICACIONES EN AISLADO VIII
Aplicaciones ganaderas

APLICACIONES EN AISLADO IX
Una de las posibles aplicaciones de la energía solar fotovoltaica es el avión
solar. Existe un prototipo a gran escala de avión no tripulado propulsado con
energía solar diseñado por la NASA, que ascendió casi 23 km de altura. El
avión solar se llama HELIOS. Sus alas, de algo más de 74 metros de
envergadura y sólo 2,4 metros de distancia entre la nariz y la cola, son
controladas desde la Tierra por dos pilotos a través de computadoras. Sus 14
propulsores son impulsados por pequeños motores eléctricos abastecidos por
sus 65 000 células fotovoltaicas incorporadas en las alas.

Se instalan en zonas que
disponen de red eléctrica
y su función es producir
electricidad para venderla
a la compañía
suministradora.
SISTEMAS CONECTADOS A RED I
Estos sistemas pueden ser de muy diversos tamaños:
- pequeños sistemas instalados en tejados o azoteas.
- instalaciones intermedias: grandes cubiertas de áreas urbanas,
aparcamientos, centros comerciales, áreas deportivas, etc.
- centrales fotovoltaicas instaladas en terrenos de grandes dimensiones
(se pueden utilizar zonas rurales no aprovechadas para otros usos).

SISTEMAS CONECTADOS A RED II
Estos sistemas
constan de:
- Paneles
fotovoltaicos
- Inversores
- Cuadro de
protecciones y
contadores

SISTEMAS CONECTADOS A RED III
En Canarias, donde la densidad de población es muy alta y el
porcentaje de territorio sometido a algún tipo de protección es grande
(más del 40% del territorio canario posee algún grado de protección),
cobra especial importancia el hecho de que la generación eléctrica se
pueda llevar a cabo aprovechando los tejados, azoteas u otras
estructuras urbanas, sin que haya que buscar superficies adicionales
para la producción de energía.

SISTEMAS CONECTADOS A RED IV
En los últimos años, los sistemas conectados a red se han desarrollado
enormemente gracias al marco económico favorable.
A finales de 2006, estas instalaciones representaban más del 96% de la
energía solar fotovoltaica instalada en Europa.
¿SABÍAS QUE…?
Una instalación de
unos 3 kWp, que
ocupa unos 30 m2
,
vertería a la red
eléctrica tanta
electricidad como
la consumida por
una vivienda a lo
largo de un año.

SISTEMAS CONECTADOS A RED V
¿SABÍAS QUE…?
Si quisiéramos generar toda la electricidad que consumió la humanidad
en el año 2001 (16 billones de kWh) sólo con energía solar fotovoltaica,
se necesitaría una superficie de 160 000 km2 (que representa sólo un
0,12% de la superficie terrestre).

¿DÓNDE SITUAR LOS MÓDULOS FOTOVOLTAICOS?
Los paneles fotovoltaicos se pueden instalar en:
- edificios: terrazas, tejados, balcones, azoteas, patios
- en infraestructuras urbanas: marquesinas, pérgolas, cubiertas de
aparcamientos, etc.
Hay que asegurarse de que no existen obstáculos que les puedan dar
sombra: vegetación, otros edificios, elementos constructivos, otros
módulos, etc.

¿CÓMO SITUAR LOS MÓDULOS FOTOVOLTAICOS I?
La orientación de los paneles se hace hacia el sur en el hemisferio norte
y hacia el norte en el hemisferio sur. En definitiva, los paneles se
instalarán siempre mirando hacia el Ecuador.
La inclinación óptima de los módulos fotovoltaicos depende de:
- la latitud del lugar donde se van a instalar
- la tipología: según sea conectada o aislada

¿CÓMO SITUAR LOS MÓDULOS FOTOVOLTAICOS II?
Instalación conectada: se persigue la máxima producción anual: los
paneles se inclinan entre 5º y 10º menos que la latitud.
En Canarias, la inclinación óptima
estaría en torno a 15 ó 20º, aunque
en verano los paneles se pueden
incluso colocar sin inclinación (0º),
siendo las pérdidas inferiores al 3%.
Instalaciones aisladas: se ha de garantizar el suministro de electricidad
durante todo el año. Los meses más críticos son los de invierno: se
persigue la máxima captación en invierno.
Para asegurar la máxima captación solar en esos meses, los módulos se
inclinan unos 10º más que la latitud.
En Canarias, la inclinación óptima estaría en torno a 35º / 40º

¿OBLIGATORIEDAD?
El Código Técnico de la Edificación (2006) obliga a la instalación de energía
solar fotovoltaica en las edificaciones nuevas y reformas en los casos
siguientes:
- Hipermercado: 5000 m2
construidos o más
- Multitienda y centros de ocio: 3000 m2
construidos o más
- Nave de almacenamiento: 10 000 m2
construidos o más
- Administrativos: 4000 m2
construidos o más
- Hoteles y hostales: 100 plazas o más
-Pabellones de recintos feriales: 10 000 m2
construidos o más
- Hospitales y clínicas: 100 camas o más

¿Puedo instalar paneles fotovoltaicos en una
comunidad de vecinos?
Si existe una comunidad de propietarios, la instalación la puede realizar la
propia comunidad o realizarla alguno de los propietarios para su propio
uso (contando con el acuerdo de la comunidad)
La superficie que ocupa este tipo de instalación depende de la potencia
que se quiera instalar.
Se considera que se debe contar con que cada kWp ocupa una
superficie de unos 10 m2
. Por tanto, es fácil encontrar superficie
disponible en la mayoría de los edificios.

¿Funciona una instalación fotovoltaica todo el año?
¿SABÍAS QUE…?
Existen células fotovoltaicas diseñadas para funcionar en el interior de
edificios, como las que incorporan algunas calculadoras y distintos aparatos.
Los módulos fotovoltaicos generan electricidad durante todo el año
siempre y cuando les llegue radiación solar.
En los días nublados también se genera electricidad, aunque la
producción se reduce proporcionalmente a la disminución de la
intensidad de la radiación solar.

¿Cuál es la vida de una instalación fotovoltaica?
El módulo fotovoltaico se estima que tiene una vida útil superior a 30
años, siendo la parte más fiable de la instalación.
La experiencia indica que los paneles nunca dejan de producir
electricidad, aunque su rendimiento pueda disminuir ligeramente con el
tiempo.

VENTA DE LA ELECTRICIDAD A LA RED I
En sistemas conectados a la red toda la energía producida se vierte a la
red eléctrica, independientemente del consumo que se tenga (este
consumo se realiza a través de la conexión convencional que se tenía
antes de la instalación de los paneles).
El usuario no percibe ningún cambio en el servicio eléctrico que recibe,
manteniendo las mismas ventajas (seguridad de suministro) e
inconvenientes (riesgo de eventuales cortes de luz), pero sabiendo que
cada kWh que produzca con los módulos fotovoltaicos es uno menos
que se genera en las centrales convencionales.
Nuestra casa funcionaría
como una mini-central de
energía limpia conectada a
la red eléctrica y nosotros
nos convertiríamos en
productores de electricidad.

VENTA DE LA ELECTRICIDAD A LA RED II
En España, el marco legislativo actual favorece, en el aspecto
económico, la conexión de energías renovables a la red eléctrica, en
especial la de energía solar fotovoltaica.
La ley establece que se ha de pagar 44 c€/kWh de electricidad
producida por fotovoltaica y “vendido” a la red eléctrica en instalaciones
de hasta 100 kW.
En Canarias, una instalación
de unos 3 kWp se podría
amortizar en unos 10 años
(con un TIR de un 7,5%).
Inversión:
- Conexión Red: 6000 €/kWp
- Aislada: 10 000 €/kWp

Las instalaciones fotovoltaicas se caracterizan por:
- Su simplicidad y fácil instalación.
- Ser modulares.
- Larga duración (vida útil de los módulos es superior a 30 años).
- No requerir apenas mantenimiento.
- Elevada fiabilidad.
- No producir ningún tipo de contaminación ambiental.
- Funcionamiento totalmente silencioso.

Bloque22

Empfohlen

Empfohlen

Weitere ähnliche Inhalte

Was ist angesagt?

Was ist angesagt? (16)

Andere mochten auch

Andere mochten auch (11)

Ähnlich wie Bloque22

Ähnlich wie Bloque22 (20)

Mehr von Stiwar Ramiro Riofrio Vega

Mehr von Stiwar Ramiro Riofrio Vega (14)

Kürzlich hochgeladen

Kürzlich hochgeladen (20)

Bloque22