Celdas Solares Fotovoltaicas Como Fuente De Energía Alternativa E Impacto Ambiental En Su Producción A Gran Escala

Ensayo monográfico:

“Celdas Solares Fotovoltaicas como fuente de energía alternativa e impacto ambiental en su producción a gran escala”

Autor: Sebastian P. Quintana C.

Profesor Guía: Dr. Mauricio Isaacs C.

22 de noviembre de 2010

Índice:

1.- Reseña del autor.

2.- Resumen.

3.- Introducción.

4.- Desarrollo del tema.

(a).- “Las placas fotovoltaicas y su funcionamiento”.

(b).- “Análisis comparativo entre eficiencia e impacto ambiental”.

(c).- “Impacto que tendría su uso a gran escala”.

(d).- “Como se aplican en Chile actualmente y su inclusión futura como fuente central de generación de energía”

5.- Conclusión.

6.- Bibliografía.

Reseña del Autor:

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Estudiante de pregrado de la Universidad de Chile.

Nacido en Santiago el año 1991.

Estudios de escuela básicos y media, realizados en el colegio Jorge Prieto Letelier, ubicado en Peñalolén, Santiago.

Resumen:

El presente trabajo investigativo presenta todas las implicancias de la puesta en escena de las placas fotovoltaicas en la generación de energía eléctrica. Desde su funcionamiento y su composición, pasando por su impacto en el ambiente y como se puede llegar a implementar como una manera masiva de producir energía a bajo costo.

Introducción:

La producción de energía es quizás el campo de preocupación principal de la ciencia del siglo XXI, el como generar energía a menos costo monetario y ambiental. Con el desarrollo de las nuevas ciencias y una exploración mas profunda en la física y la química se ha llegado a encontrar las alternativas necesarias y quizás precisas para generar energía limpia y segura. Es así como llegamos al concepto de “energías limpias”, la nanotecnología y la física moderna han sido los pilares para llegar a ellas, y quizás la que está teniendo más auge y ganando más terreno (aunque aun esta “en pañales” a nivel mundial) es la energía solar fotovoltaica. A esta forma de producir energía se abocara este texto, llevando al lector a conocer desde la naturaleza de su funcionamiento hasta la posible implantación a gran escala. ¿Es realmente rentable?, ¿Es una energía cien por ciento limpia?, ¿podría llegar a ser la principal fuente de producción mundial?... estas preguntas y algunas mas, serán tratadas a continuación con un enfoque científico-ambiental, en un análisis que evoca los aspectos de eficiencia v/s impacto ambiental.

La primera idea de energía fotovoltaica nace con el descubrimiento del efecto fotovoltaico por parte de el científico Charles Fritts y la posterior explicación de Albert Einstein del efecto fotoeléctrico, de ahí en adelante se comenzó a investigar este campo, partiendo desde los primeros circuitos activados por luz, hasta llegar a las primeras celdas foto-solares que captaban energía solar para transformarla en electricidad.

El avance investigativo de esta fuente de generación energética no se detiene, partió con simples minerales y combinaciones metálicas que aprovechaban muy poca de la energía ofrecida por el astro rey, pero con el desarrollo de la nanotecnología ha llegado a estándares de eficiencia y aprovechamiento de la luz antes impensados a través de la utilización de polímeros híbridos creados en laboratorios. Este desarrollo, que comenzó a tener mas revuelo con la llegada de la era espacial, permite que hoy en día pueda haber edificios, artefactos electrónicos e incluso iluminaciones publicas que obtienen su energía de paneles solares.

En muchos países, especialmente europeos o de condiciones extremas (como el caso de Australia), se está empezando a optar por esta nueva alternativa como una manera de dejar atrás la era de los combustibles fósiles y no depender de otros países para generar energía. Pero todos los países topan con un par de problemas, el primero, como y donde disponer espacios tan grandes para generar campos para paneles fotovoltaicos, ¿habrá alguna alternativa que combine ahorro de espacio y generación eficiente de energía? . Y el segundo, ¿donde almacenar la gran cantidad de energía generada durante el día para ser aprovechada posteriormente?, porque si bien durante el día el funcionamiento de este sistema es optimo, en la noche es casi nulo. Pero para estos problemas ya hay propuestas de científicos y organizaciones que quieren impulsar el uso de esta tecnología, estas propuestas serán analizadas y complementadas para poder llegar a una propuesta más acabada, que tienda a solucionar esto.

Luego de ver el lado de la eficiencia el lector se preguntara quizás, ¿Qué tan segura es esta energía desde el punto de vista medioambiental? Ese es otro de los puntos interesantes de esta investigación, teniendo en cuenta que los metales utilizados en el desarrollo de placas solares son metales pesados y los polímetros sintéticos son casi indegradables por sistemas naturales. Claro, si se dijera que el funcionamiento y la vida de estos materiales es de eterna utilización estaríamos frente a una forma de producir energía que sería muy rentable desde todo punto de vista. Quizás este será el punto del choque de ideas más fuerte, porque como sabemos todo material tiene un periodo determinado de uso, por largo o corto que este sea, este se cumple. Es ahí donde se llega a la pregunta de ¿Dónde irán a parar estos metales pesados y polímeros luego de perder su vida útil? y ¿como afectaran a los sistemas naturales que están en torno a estas fuentes de energía? Para esto también se presentaran posibles soluciones que intenten sobrellevar el peso de la producción energética a través de este medio con el menor daño posible al entorno natural. O la proposición de nuevos materiales para ser base de celdas solares.

Los aspectos de regulación en el mundo con respecto a este tipo de generación de energía se encuentran en una etapa inicial, casi primitiva, ya que no se cuenta con generación a gran escala a nivel mundial, lo que hace que no se preste tanta atención a este tema. Pero comercialmente el área de la energía fotovoltaica ha tenido un crecimiento exponencial, interesando cada vez más a las empresas y la gente, pero también siendo aun de un costo mayor, poniéndose en la línea de inversiones a largo plazo.

También se abordará el caso particular de Chile, que al parecer tiene espacios y disposiciones privilegiadas para la aplicación de este tipo de energías. Por esta misma razón se están implementando pequeños “proyectos piloto” que buscan probar y ser la base de un camino de independencia energética para un país que no goza con las bondades de tener mucho combustible fósil en sus suelos. Se tratará de observar en base a las características de este tipo de generación energía si es el camino a seguir por parte de un país como Chile, ¿será conveniente? ¿Eficiente y rentable? ¿Cómo afectaría el paisaje y el funcionamiento de este país la incursión en este tipo de energía?

Quizás al final de este estudio se pueda llegar a la conclusión que las celdas solares no son la alternativa, sino el camino hacia un desarrollo futuro sustentable y seguro, quizás finalmente la forma alternativa pueda convertirse en central. Para poder comprobar o refutar esta hipótesis lanzada, deberá adentrarse en las páginas subsiguientes, pasando por diversos campos que representan las aristas e implicancias de una de las alternativas para un tema que estuvo y estará presente siempre en la ciencia y más que nada en la vida del hombre, como generar energía para mover el mundo que ha construido de manera eficiente y sin destruir inexorablemente la tierra.

a. “Las placas fotovoltaicas y su funcionamiento”.

Las placas fotovoltaicas son un sistema de células solares, las cuales tienen la capacidad de generar energía a través de un sistema que se basa en la diferencia de potencial para generar corriente eléctrica a través de la luz. Es decir tienen la facultad de convertir fotones en electrones.

La unidad básica de una placa solar son las células solares. Estas células solares se componen de un semiconductor que debe tener un cierto grado de pureza o bien semiconductores híbridos, que al ser expuesto a la luz solar absorbe suficiente energía como para generar saltos electrónicos, es decir, que un electrón pueda ser removido del elemento en cuestión, generando así una diferencia de cargas o también llamada “diferencia de potencial”.

La célula consta de capas, la primera de ellas es un cristal el cual protege y deja el paso de la luz a los semiconductores. La segunda capa es un material antirreflectante,

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