Ramón Guerrero Pérez - Replanteo y funcionamiento de instalaciones solares fotovoltáicas. ENAE0108

En la actualidad, las energías renovables se sitúan en una posición ventajosa respecto a las energías fósiles, ya que pueden hacer frente a una demanda creciente y sin perjuicio desde el punto de vista económico. Además, las energías renovables pueden jugar un papel de sustitución debido no solo al agotamiento de los recursos fósiles, sino también a los problemas medioambientales que actúan en contra de las no renovables.

Sabía que...

Se prevé que en el año 2010, las energías renovables cubrirán el 12 % del consumo energético español.

Dentro de las energías renovables, la energía solar fotovoltaica es, sin lugar a dudas, una forma limpia y fiable de producción de energía eléctrica.

Gracias a la energía solar fotovoltaica se puede transformar directamente la luz solar en electricidad. En este punto se define brevemente este tipo de energía y se enumeran sus principales ventajas e inconvenientes.

Concepto

La energía solar fotovoltaica se puede definir como la tecnología utilizada para el aprovechamiento eléctrico de la energía del sol, a partir de las denominadas células fotovoltaicas. Mediante estas células, la radiación solar se transforma directamente en electricidad, aprovechando las propiedades de los materiales semiconductores.

Definición

Materiales semiconductores

Son materiales cuya conductividad varía con la temperatura, pudiéndose comportar como conductores o aislantes dependiendo de la misma.

El material semiconductor más utilizado es el Silicio (Si), pero hay otros semiconductores como el Germanio (Ge) que también son muy usados.

Sol frente a un panel fotovoltaico

Ventajas e inconvenientes

Se pueden destacar algunas ventajas que presenta la energía solar fotovoltaica:

1 La energía procedente del sol es limpia, renovable y no cuesta dinero.

2 Evita el progresivo despoblamiento de determinadas zonas.

3 Disminución de costes de mantenimiento de las líneas eléctricas, sobre todo en zonas aisladas.

4 Instalación fácilmente modulable: se puede aumentar o disminuir la potencia instalada según las necesidades.

5 Mantenimiento y riesgo de avería muy bajo de las instalaciones fotovoltaicas.

6 Instalaciones silenciosas y sencillas.

7 Energía descentralizada, ya que puede ser captada y utilizada en todo el territorio.

8 Se trata de una tecnología de rápido desarrollo, que tiende a reducir el coste y aumentar el rendimiento.

La mayoría de los sistemas fotovoltaicos existentes hasta hoy han sido diseñados y construidos para su uso en aplicaciones remotas de muy poca potencia. La razón fundamental que ha impedido una mayor difusión de esta tecnología ha sido básicamente económica: la potencia producida supone un mayor coste en comparación con la obtenida a partir de otras tecnologías más convencionales: petróleo, carbón, nuclear, etc.

No obstante, la creciente madurez tecnológica, el abaratamiento de producción de módulos fotovoltaicos, el desarrollo de sistemas de acondicionamiento de potencia cada vez más potentes y la realización de proyectos sostenidos por programas nacionales e internacionales de financiación y/o subvención parcial, permiten la instalación de sistemas cada vez más eficaces y competentes con las fuentes convencionales de generación de energía eléctrica. Esto permitirá una penetración cada vez mayor de esta tecnología en la producción de energía eléctrica en el mundo, como complemento de las fuentes de generación convencionales.

La energía solar térmica es otro tipo de energía solar. Se entiende por energía solar térmica la transformación de energía radiante solar en calor o energía térmica.

La energía solar térmica se encarga de calentar el agua de forma directa, alcanzando temperaturas que oscilan entre los 40º y 50º, gracias a la utilización de paneles solares. El agua caliente queda almacenada para su posterior consumo: calentamiento de agua sanitaria, usos industriales, calefacción de espacio, calentamiento de piscinas, secaderos, refrigeración, etc.

Los paneles solares constituyen uno de los métodos más simples que se pueden usar para convertir la energía del sol en energía eléctrica aprovechable, sin que esta transformación produzca subproductos peligrosos para el medio ambiente. Parten de una fuente de energía virtualmente inagotable: la energía que emite el sol, la cual llega con una cantidad tal, que si toda ella pudiera ser aprovechada, bastaría media hora de un día para satisfacer la demanda energética mundial durante todo un año. Aunque esto, como ya se sabe, no ocurre en el plano teórico y es imposible de realizar de forma práctica.

En el estudio del funcionamiento de las instalaciones solares fotovoltaicas es importante conocer ciertos conceptos básicos relacionados con el sol y con el movimiento de la tierra respecto al mismo.

El Sol

El Sol es una inmensa fuente de energía inagotable, con un diámetro de 1.39 × 109 m, situado a la distancia media de 1.5 × 1011 m respecto de la Tierra. Esta distancia se denomina Unidad Astronómica(UA).

Algunos datos significativos acerca del Sol, son:

1 Su masa es 300.000 veces la masa de la Tierra.

2 Su diámetro es de 1.400.000 km.

3 Su temperatura superficial es de 5.600 ºK.

4 Su vida estimada es de 5.000 millones de años.

5 La distancia Tierra-Sol es de 150 millones de km.

6 La luz solar tarda 8 minutos en llegar a la Tierra.

7 El Sol genera su energía mediante reacciones nucleares de fusión, que se llevan a cabo en su núcleo.

Sabía que...

La generación de energía proviene de la pérdida de masa del Sol, la cual se convierte en energía de acuerdo con la famosa ecuación de Einstein: E = m · c 2, donde “E” es la cantidad de energía liberada cuando desaparece la masa (m), y “c” es la velocidad de la luz (3 × 10 8m/s).

El movimiento Tierra-Sol

La Tierra orbita alrededor del Sol con dos movimientos diferentes que se producen a la vez:

1 Uno de rotación alrededor de un eje que pasa por los polos, llamado “eje polar”, y con una velocidad aproximada de una vuelta por día.

2 Y otro de traslación alrededor del Sol, describiendo una órbita elíptica. El plano que contiene esta órbita se denomina “plano de la elíptica”, y la Tierra tarda un año en recorrerlo.

El eje polar o eje de rotación terrestre, sobre el que gira la Tierra, mantiene una dirección casi constante, formando un ángulo de 23.45º con el plano de la elíptica, denominado “oblicuidad de la elíptica”. Debido a esta oblicuidad, el ángulo formado por el plano ecuatorial de la Tierra con la elíptica, es decir, la recta imaginaria que une los centros de la Tierra y el Sol, cambia permanentemente entre +23.45º y −23.45º. Este ángulo se conoce como “declinación solar” ( δ ).