ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA

INSTALACIONES ELECTRICAS INDUSTRIALES

INSTALACIONES FOTOVOLTAICAS

PRESENTADO POR:

JOSER ROBERTO OTERO ARRIETA

PRESENTADO A

LUIS GOMEZ

INSTITUTO TECNOLOGICO METROPOLITANO

MEDELLIN-COLOMBIA

2013

Objetivo general

El objetivo de este trabajo es darnos a conocer todos los beneficios que tienen la energía solar y la importancia que tienes esta como fuente de energía renovable.

También vamos a conocer todo lo relacionado con las instalaciones fotovoltaicas, la importancia de estas para la sociedad, las consecuencias ambientales que trae la utilización de estas instalaciones y el costo que tiene producir energía eléctrica con las instalaciones fotovoltaicas.

Objetivos específicos

• Analizar el concepto de energía solar fotovoltaica y sus inicios

• Identificar las diferencias entre energía solar fotovoltaica y energía termo solar

• Identificar el concepto de instalación fotovoltaica y las clases que hay

• Analizar los costos que tiene implementar una instalación fotovoltaica

• Identificar la eficiencia de las instalaciones fotovoltaicas

• Analizar si la energía solar aporta para el desarrollo sostenible del medio ambiente

ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA

Inicios de la energía solar fotovoltaica.

El foto voltaje o la conversión de la luz solar en electricidad no se descubrió sino hasta el siglo 20. Sin embargo la tecnología termo solar y el uso consiente del calor solar es una antigua práctica.

Quizás el uso más antiguo este en las casas orientadas hacia el sur, ciertas culturas antiguas como los indios del suroeste de los estados unidos diseñaban sus edificaciones con una orientación hacia el sur, con el fin de maximizar el calor q recibían del sol, este se mantiene bajo en el horizonte sur en el invierno. En verano cuando el sol esta en lo más alto el acantilado que se elevaba detrás de las casas proveía una refrescante sombra. Este tipo de construcciones siguen siendo comunes en la actualidad.

Los romanos fueron más allá, descubrieron que el vidrio transparente capturaba el calor solar, así que cubrieron sus ventanas con vidrio para hacer lo que ellos llamaban hornos solares. Dos milenios más tardes en el siglo 19 nació el equivalente de esta tecnología, el calentador de agua solar de techo, que atrapaba los rayos del sol en un recolector de vidrio, que luego calentaba el agua rápidamente en el interior de tubos de aguas aislados. El mismo concepto se utiliza actualmente para proveer agua caliente a millones de personas a un bajo costo incluso en climas fríos y nublados.

Mientras tanto la tecnología fotovoltaica entra en su segundo siclo de existencia, cuando en 1940 Albert Einstein probo que la luz estaba compuesta de minúsculos paquetes de energía llamados fotones, que podrían ser transformados en electricidad.

Las células fotovoltaicas alcanzaron su primer logro en los años 80 gracias a la carrera espacial, los primeros satélites radio señal que fueron al espacio utilizaban varios transistores que costaban varios millones de dólares, pero que morían luego de una semana y media porque funcionaban con pilas de linterna. En cambio los satélites del programa espacial estadounidense que usaban energía solar fueron un éxito inmediato.

Hoy en día los paneles fotovoltaicos siguen siendo la fuente de energía de la mayoría de los satélites y sondas espaciales del sistema solar, en este sentido el estilo de vida del siglo XXI con el posicionamiento y la comunicación global. Dependen completamente de la energía solar.

La guardia costera de los estados unidos fue una de los primeros usuarios del foto voltaje en tierra, la energía eléctrica que usan sus bollas a control remoto así como sus estaciones climáticas es suministrado por paneles solares conectados a baterías.

En la década de los 70’s y 80’s los paneles solares hicieron un trabajo heroico durante una de las peores sequias que haya afectado a África. Se utilizó energía solar para bombear agua desde 12 metros de profundidad, salvando así muchas vidas. De hecho uno de los usos más valiosos del foto voltaje hoy en día es el suministro de agua potable.

¿Qué es la energía solar fotovoltaica?

La energía solar fotovoltaica es un proceso, es una tecnología por la cual se transforma la energía procedente del sol en energía eléctrica este proceso se realiza gracias a cualidades que tienen ciertos materiales y efectos naturales que se producen en ellos; explicado de otra forma seria:

El sol nos manda energía en forma de onda electromagnética o en forma de radiación, esta energía es procesada por el elemento principal de las instalaciones solares fotovoltaicas llamado modulo fotovoltaico o placa solar el cual está compuesto de materiales semiconductores. Un material semiconductor es un material que en condiciones normales no conduce la electricidad, pero cuando se le aplica o aporta una pequeña energía se vuelven conductores de la corriente.

Cuando el sol le aporta energía en forma de radiación al material se produce en él un proceso llamado efecto fotoeléctrico que hace que estos materiales se vuelvan conductores produciéndose de esta manera corriente eléctrica en el módulo fotovoltaico.

Modulo fotovoltaico.

Partimos del módulo fotovoltaico en el cual podemos distinguir dos partes divididas por una “barrera”.

Por un lado tenemos a la zona exterior que será la zona de los materiales que componen el modulo fotovoltaico que están expuestos a los rayos solares es también conocida la zona iluminada.

En la zona exterior tenemos un material semiconductor compuesto principalmente de silicio, el silicio es un elemento básico de la naturaleza que tiene las propiedades de los semiconductores, lo puedes conseguir en la tabla periódica y tiene la forma como lo muestra la figura 1.

El átomo de silicio es la partícula básica que compone el material de la zona exterior del módulo fotovoltaico. En el átomo de silicio podemos distinguir que tiene 4 electrones en su capa de valencia.

La capa de valencia del silicio es la que más nos interesa porque es la que aporta que se produzca el efecto fotovoltaico. Esta capa tiene de peculiar que los electrones que la componen son susceptibles de ser compartidos con otros átomos, es decir, que los electrones que están en esta capa son fáciles de hacerlos mover de un átomo a otro.

El silicio es un átomo eléctricamente neutro ya que tiene el mismo número de electrones y de protones, es decir, las cargas positivas y negativas se anulan eléctricamente quedando el átomo forma de general sin carga.

Además del silicio en esta parte del material del módulo fotovoltaico hay pequeñas aportaciones de otro elemento, normalmente fosforo; a este añadido del fosforo al silicio se le denomina dopado del silicio, se dice que el silicio esta dopado con fosforo. El fosforo es otro elemento de la naturaleza y como nos muestra la figura 2 es muy parecido a el silicio solo se diferencian en el número atómico y que el fosforo tiene una partícula más que el silicio, esto trae como consecuencia que el fosforo tenga un electrón más en su capa de valencia.

Todo esto si lo reflejamos en la estructura atómica del material equivale electrónicamente hablando a si le brindáramos al átomo de silicio un electrón mas y quedaría con 5 electrones de valencia; este aporte o este nuevo electrón hace que la estructura del átono cambie, antes era eléctricamente neutra y ahora al recibir un electrón más queda cargado negativamente.

Por otro lado tenemos la zona interior en el que los materiales del módulo fotovoltaico están ocultos a los rayos solares.

En esta parte también tenemos al semiconductor silicio pero en este caso se va a dopar con boro. El boro es otro elemento básico de la naturaleza cuya estructura atómica la vemos en la figura 3, lo que nos interesa del boro es su capa de valencia; como observamos en la figura 3 el boro tiene 3 electrones de valencia un electrón menos que el silicio, realizando la estructura atómica del material equivaldría electrónicamente a que le quitaríamos un electrón de valencia al silicio o a que es lo mismo que aparezca un hueco donde estaba antes el electrón que se le cedió al boro. Al perder ese electrón el átomo de silicio queda cargado positivamente.

Si nos fijamos en la carga general de los átomos en ambas zonas del módulo fotovoltaico son de signos contrarios aparecen entonces fuerzas de atracción entre cargas o lo que es lo mismo un campo eléctrico. Este campo eléctrico lo que quiere decir es que existen unas fuerzas eléctricas que aran que las partículas más fáciles de mover en este caso el electrón o carga negativa del ultimo orbital, va a emigrar por causa de estas fuerzas hacia zonas que les atrae eléctricamente en este caso al átono que tiene la carga positiva que es el que se encuentra en el material de la zona interior del módulo fotovoltaico.

Efecto fotovoltaico.

La palabra fotovoltaico procede de photo = luz y voltaico = electricidad y significa, electricidad producida a través de la luz. El efecto fotovoltaico se basa sobre la capacidad de algunos semiconductores, como el silicio de generar directamente energía eléctrica cuando se exponen a la radiación solar

La

...