Energia Fotovoltaica

Energía Fotovoltaica

Abstract- This report presents information on photovoltaics, its operating principle, benefits it has generated, key applications, representatives of the world and in Colombia, and in general the importance of using this technology.

Resumen- Este informe presenta información acerca de la energía fotovoltaica, su principio de funcionamiento, beneficios que ha generado, principales aplicaciones, representantes en el mundo y en Colombia, y en general la importancia del uso de esta tecnología.

I. INTRODUCCIÓN

La energía solar fotovoltaica se basa en la captación de energía solar y su transformación en energía eléctrica por medio de celdas fotovoltaicas. La conversión de la energía solar a eléctrica se realiza de manera limpia, directa y elegante.

Los materiales semiconductores, para su utilización en celdas fotovoltaicas, han de ser producidos en purezas muy altas, normalmente con estructura cristalina.

Existen dos elementos que sustentan la utilización de la energía fotovoltaica: "La necesidad de proteger el medio ambiente y la necesidad de crecer económicamente"

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II. OBJETIVOS.

a) Objetivo general

• Investigar y dar a conocer la energía fotovoltaica, sus ventajas y desventajas, aplicaciones y diferencias con las demás energías. Así como también, la importancia, los beneficios y la forma en donde puede ser utilizada este tipo de energía.

b) Objetivos específicos

• Comprender el principio de funcionamiento de la energía fotovoltaica.

• Determinar cómo aprovechar la energía fotovoltaica de manera responsable sin contaminar el ambiente.

• Reflexionar mediante el conocimiento adquirido acerca de esta energía, y determinar los beneficios que traería el uso de esta energía tanto en el presente como en el futuro.

III. MARCO TEORICO.

1. Energía Fotovoltaica

La energía solar fotovoltaica se basa en la captación de energía solar y su transformación en energía eléctrica por medio de módulos fotovoltaicos.

Fig1. Funcionamiento

a) Principio de funcionamiento

La conversión fotovoltaica se basa en el efecto fotoeléctrico, es decir, en la conversión de la energía lumínica proveniente del sol en energía eléctrica. Consiste en la captación de la energía radiante procedente del sol, equivalente a 3,8 E20 MW. Es emitida por su superficie a la temperatura de 13 millones de grados (producida por las fusiones de átomos de Hidrógeno para formar Helio).

Se transmite por el espacio en forma de fotones de luz. Estos fotones atraviesan la atmósfera terrestre perdiendo parte de su energía por los impactos con la misma. Esta pérdida de energía será función de la distancia que recorre (latitud y altitud del sol) y del tipo de atmósfera que atraviesen (clara o nublada) hasta alcanzar la superficie de la Tierra.

Cuando fotones de un determinado rango de energía chocan con átomos de ciertos materiales semiconductores (el Silicio es el más representativo) les ceden su energía produciendo un desplazamiento de electrones que es en definitiva una corriente eléctrica.

Estos fotones se caracterizan por su energía y su longitud de onda (que forman lo que se llama espectro solar). Solo una parte de este espectro (que depende del material semiconductor) es aprovechada para el desplazamiento de los electrones.

Los materiales semiconductores, para su utilización en celdas fotovoltaicas, han de ser producidos en purezas muy altas, normalmente con estructura cristalina.

Estos cristales se cortan en rebanadas muy finas (del orden de micras) y se dopan unas con elementos químicos para producir huecos atómicos, lado "p", (en el caso del Si con Boro) y otras con otros elementos para producir electrones móviles, lado "n", (con Fósforo también en el caso del Si).

La unión de una rebanada "n" con una rebanada "p" (ambas son transparentes y por tanto dejan pasar los fotones) cada una con un conductor eléctrico metálico, forman así una célula fotoeléctrica, la cual bajo la incidencia de fotones, crea una corriente de electrones corriente eléctrica continua- a través del circuito eléctrico al que estén conectados los dos conductores de la celda.

b) Células fotovoltaicas

Son dispositivos formados por metales sensibles a la luz que desprenden electrones cuando los fotones inciden sobre ellos. Convierten energía luminosa en energía eléctrica.

Están formados por células elaboradas a base de silicio puro con adición de impurezas de ciertos elementos químicos, siendo capaces de generar cada una de 2 a 4 Amperios, a un voltaje de 0,46 a 0,48 V, utilizando como materia prima la radiación solar.

Las células se montan en serie sobre paneles o módulos solares para conseguir un voltaje adecuado a las aplicaciones eléctricas; los paneles captan la energía solar transformándola directamente en eléctrica en forma de corriente continua, que se almacena en acumuladores, para que pueda ser utilizada fuera de las horas de luz.

Los módulos fotovoltaicos admiten tanto radiación directa como difusa, pudiendo generar energía eléctrica incluso en días nublados.

Fig2. Celda Solar

c) Evolución

Las expectativas de aplicación de la energía fotovoltaica tuvieron un enérgico impulso en la década del 70, debido a que en ese momento se propendió políticamente a conseguir en forma perentoria que las energías renovables se convirtieran en importantes fuentes energéticas. Una prueba de estas expectativas era que a todas las fuentes de energía renovable en ese momento se las comienza a denominar de forma genérica energías alternativas.

Ya en ese entonces los módulos solares fotovoltaicos se empleaban en la tecnología espacial y en algunas aplicaciones muy específicas, principalmente de telecomunicación, en lugares remotos donde la llegada de líneas eléctricas era inviable o demasiado costosa.

El grado de implementación previsto de las energías renovables y en especial la energía solar fotovoltaica no ha sido tan optimista como inicialmente se había previsto y ello originó que hubiera un reajuste significativo en las inversiones y estrategias en el sector.

De todas maneras, el empuje de aquellos años trajo consigo un progreso constante de la industria fotovoltaica y nuevas razones se han añadido a mantener vigentes las expectativas iníciales. En 1982 se fabricaban 7,7 MW de elementos solares fotovoltaicos y en 1995, 56 MW. Desde esa fecha ha habido un incremento permanente y constante en la producción.

Por otro lado, el costo de un wat de módulo fotovoltaico en 1982 era superior a los $10 y actualmente se ha reducido a la mitad y sigue en proceso de reducción. Además, la producción ha pasado de limitadas series de módulos especializados a producciones en cadena de módulos estándar.

d) Beneficios

• Contribuye a reducir el efecto invernadero producido por las emisiones de CO2 a la atmósfera.

• La utilización de energía solar en zonas rurales o aisladas, permite la creación de pequeñas empresas, lo que favorece el desarrollo económico de comarcas poco favorecidas.

• Los puestos generados por la inversión en energía solar no son estacionarios (ligados a la construcción de una central, etc.), y se distribuyen a pequeña escala por todo el territorio.

• Al ser una energía fundamentalmente de ámbito local, evita pistas, cables, postes, no se requieren grandes tendidos eléctricos, y su impacto visual es reducido. Tampoco tiene unos requerimientos de suelo necesario excesivamente grandes (1kWp puede ocupar entre 10 y 15 m2).

• Tienen una vida larga (los paneles solares duran aproximadamente 30 años).

• Resiste condiciones climáticas extremas: granizo, viento, temperatura, humedad.

• Prácticamente se produce la energía con ausencia total de ruidos.

e) Aplicaciones

La energía fotovoltaica tiene muchísimas aplicaciones, en sectores como las telecomunicaciones, automoción, náuticos, parquímetros. También podemos encontrar instalaciones fotovoltaicas en lugares como carreteras, ferrocarriles, plataformas petrolíferas o incluso en puentes, gaseoductos y oleoductos. Tiene tantas aplicaciones como pueda tener la electricidad. La única limitación existente es el coste del equipo o el tamaño del campo de paneles.

Algunos usos:

• Electrificación de viviendas rurales

• Suministro de agua a poblaciones

• Bombeo de agua / riegos

• Naves ganaderas

• Pastores eléctricos

• Telecomunicaciones: repetidores de señal, telefonía móvil y rural

• Tratamiento de aguas: desalinización, cloración

• Señalizaciones (marítima, ferroviaria, terrestre y aérea) y alumbrado público

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