La energía solar fotovoltaica y sus aplicaciones (página 2)

La investigación hecha por Hathaway y Rightmire,
2010, publicación en Science: "Variations in the Sun's
Meridional Flow over a Solar Cycle" por el físico solar
David Hathaway, indica que el aumento de la velocidad del
Cinturón Transportador ocurrió sorpresivamente en
dos niveles. Primero, coincidió con el mínimo solar
más profundo en casi 100 años, contradiciendo
así los modelos que predecían que un
cinturón rápido debería ocasionar la
producción de manchas solares, acelerar este proceso,
Hathaway cree que un cinturón transportador rápido
puede suprimirlas, el mínimo solar de 2008-2009 fue
inusualmente profundo y ahora el Sol parece estar en los
comienzos de un nuevo ciclo solar débil. La segunda
sorpresa tiene que ver con el fondo del cinturón
transportador, mientras que la parte superior del cinturón
transportador se ha estado moviendo a velocidades muy elevadas,
que marcan un récord, el fondo parece estar
moviéndose a velocidades muy bajas, las cuales
también establecen un récord. Otra
contradicción, comenta Hathaway: "Las manchas solares
están supuestamente enraizadas al fondo del
cinturón". De modo que el movimiento de las manchas
solares nos indica cuán rápido se está
moviendo el cinturón allá abajo.

Fuente:
www.ciencia.nasa.gov

Fig. ?03. Velocidad del Gran
Cinturón Transportador en el interior del
Sol.

Definiciones

Balance de radiación: Distribución
de los diferentes componentes de la radiación
atmosférica que son absorbidos, reflejados, transmitidos o
emitidos por la atmósfera.

Coeficiente de Extinción: Medición
de la cantidad de energía radiante incidente absorbida por
unidad de longitud o por unidad de masa de un medio
absorbente.

Duración astronómica del día o
Fotoperíodo (n): Es el periodo de iluminación
solar comprendido desde la salida hasta la puesta del sol o
duración máxima del día.

Helofanía (n): Es el tiempo, en horas
durante el cual el sol tiene un brillo solar efectivo en el que
la energía solar directa alcanza o excede un valor umbral
variable entre 120 y 210 W/m² que depende de su
localización geográfica, del tiempo, del clima y
del tipo de banda utilizada para el registro, también se
le suele denominar "brillo solar" o
"insolación".

Irradiancia: Potencia solar incidente en una
superficie por unidad de área. Sus unidades son
W/m².

Irradiación solar circunglobal: es la
irradiación solar directa y difusa más la
irradiación reflejada del entorno, interceptada por una
superficie esférica. Es aquella que incide sobre un cuerpo
libremente expuesto, es decir, está formada por la
radiación incidente procedente del sol (directa y difusa)
y por aquella radiación solar que es reflejada por la
superficie terrestre y otros cuerpos aledaños, sin
modificar su longitud de onda.

Irradiación solar o irradiación solar
global (H): Energía solar incidente en una superficie
por unidad de área. Es el resultado de integrar la
irradiancia en un periodo de tiempo. Sus unidades son J/m² o
kwh/m². Es aquella radiación procedente (directa y
difusa). Los fabricantes de paneles fotovoltaicos determinan la
máxima potencia eléctrica de salida usando una
fuente con una potencia luminosa de 1 kW/m², valor conocido
con el nombre de SOL, se tiene que: 1SOL = 1 kW/m² =100
milliwatts/cm².

Irradiación solar directa: Es la
radiación que llega a la superficie de la tierra en forma
de rayos provenientes del sol sin cambios de
dirección.

Irradiación solar difusa: Radiación
que proviene de otras direcciones (distintas a la del disco
solar) debido a la reflexión y dispersión que
producen en la radiación solar, la atmósfera y las
nubes. Radiación solar procedente de toda la bóveda
celeste. Está originada por la dispersión de la
radiación en la atmósfera.

Irradiación solar reflejada:
Fracción de la irradiación solar (directa y difusa)
que es reflejada por la superficie terrestre.

Irradiación solar extraterrestre (Ho):
Radiación incidente sobre una superficie horizontal en el
tope de la atmósfera, que viene hacer el límite
superior de la exósfera (ausencia casi total de gases). La
irradiación extraterrestre varía con la latitud y
la fecha.

La
radiación solar

Es la energía electromagnética (del sol)
emitida, transmitida o recibida (RISOL 1999), podemos
considerarla también como una lluvia de pequeñas
partículas llamadas fotones. Los fotones viajan a la
velocidad de la luz (c=3(108m/s), independientemente de su
longitud de onda ?, el comportamiento de la radiación
solar esta determinado por la ecuación ?=c/v, donde v es
la frecuencia de la propagación de los fotones.

Características de la radiación
solar

La energía radiante procedente del sol incide
sobre la superficie de la tierra, de esta energía solo una
parte llega de manera efectiva a la superficie de la tierra ya
que constituye una superficie de captación casi
insignificante, al encontrarse a 150 millones de km. Aún
así la potencia que llega es unas 10.000 veces mayor que
la que proporcionan todas las fuentes energéticas que el
hombre emplea, siendo el motor fundamental del clima.

Variación del espectro luminoso

Las variaciones de intensidad y color de la luz solar
durante la salida y puesta de sol se deben al incremento de la
distancia, absorción, reflexión y dispersión
de la luz solar cambiando el rango de frecuencias que integran el
espectro luminoso así como su intensidad.

Esta radiación está formada
aproximadamente en:

( 47% por el espectro visible.

( 46% por el espectro infrarrojo.

( 7% por el espectro ultravioleta.

Fuente: Elaboración propia
2010

Fig. ?04. Espectro
electromagnético de la radicación solar
extraterrestre y a nivel del mar.

Insolación

El término deriva de la palabra inglesa
insolation la cuál representa un acronismo
derivado de otras tres palabras inglesas: incident solar
radiation (radiación solar incidente). Cantidad de
energía solar recibida en un punto determinado del
planeta, sobre una superficie de 1m², para un determinado
ángulo de inclinación entre la superficie colectora
y la horizontal del lugar. (Meteorología) Tiempo que luce
el sol sin nubes.

Variación anual de la
insolación

La posición aparente del sol en el espacio para
cualquier localidad, está regido por las leyes de la
mecánica celeste y sus relaciones geométricas se
expresan en fórmulas de trigonometría
esférica, en función de la latitud del lugar f, la
declinación de la época del año d y el
ángulo horario ? del instante del día,
parámetros descritos a continuación:

• 1. Latitud f: es el arco que existe entre el
  paralelo que pasa por el lugar y el ecuador.

• 2. Declinación d: es el ángulo
  formado por el plano del ecuador, y el plano de la
  órbita terrestre, debido a la inclinación del
  eje de la tierra. La declinación es función de
  la fecha, siendo máxima en el solsticio de verano (d =
  +23.45° el 22 de junio), nula en los equinoccios (d =
  0° el 22 de marzo y el 22 de setiembre) y mínima
  en el solsticio de invierno (d = -23.45° el 22 de
  diciembre). La declinación se puede estimar
  analíticamente para cualquier fecha del año con
  suficiente precisión considerando que es una
  función sinusoidal del día ordinal del
  año d (1-365) con valor nulo el 22 de marzo (81°
  día del año) mediante la siguiente
  expresión:

• 3. El ángulo horario ? es el formado
  entre la posición del sol a la hora considerada y su
  posición al mediodía, medido sobre el
  círculo de su órbita. Por definición el
  medio día solar local (12:00) es el instante en que el
  sol está en el cenit de su recorrido, no es necesario
  realizar correcciones debido a la hora legal o a la
  ecuación del tiempo. Para determinar el ángulo
  horario se usa la siguiente expresión en
  función de la hora solar local ts (0:00 a 24:00
  horas):

La radiación solar terrestre, como en la
atmósfera se refleja parte de la radiación que
llega del sol, y otra parte se absorbe, a la superficie de la
tierra llega, lógicamente una cantidad menor que la que se
tiene en el exterior de la atmósfera. Viene a ser de unos
900 W/m², la cual cambia dependiendo de la hora del
día, del día del mes y del mes del año; es
decir, cambia cuando varían las condiciones
atmosféricas (nubosidad, vapor de agua, gases,
partículas, etc.).

Fuente: www.energias-renovables.com

Elaboración: propia
2010

Fig. ?05. Mapa mundial de
Energía solar.

Para especificar la Radiación Solar Terrestre, es
necesario definir los siguientes conceptos:

• Radiación Solar Directa: Es la
  radiación que incide directamente del sol.

( Radiación Solar Difusa: Es la
radiación dispersada por los agentes atmosféricos
(nubes, polvo, etc.)

( Radiación Solar Reflejada (albedo): Es
la radiación reflejada por el suelo o por los objetos
cercanos.

Fuente: Elaboración propia
2010

Fig.Nº6. Componentes de la
radiación solar terrestre total.

La radiación solar extraterrestre, es la
cantidad de energía solar recibida por unidad de
superficie y por unidad de tiempo (por término medio)
sobre una superficie enfrentada al Sol (perpendicular a los rayos
solares), situada en el límite de la atmósfera, a
la distancia media entre la tierra y el Sol cuyo valor medio es
1353 W/m², la cual es prácticamente una constante
durante todo el año y es conocida como la constante
solar Ies. Aunque existen pequeñas variaciones
periódicas de la emisión de la radiación
solar, debido principalmente a ligeras modificaciones de la
región ultravioleta generada por el ciclo de las manchas
solares.

Debido a que la órbita de la tierra es
ligeramente elíptica resulta que la intensidad de la
radiación solar extraterrestre I0 es inversamente
proporcional al cuadrado de la distancia de la tierra al sol, I0
varía entre un máximo de 1.398 W/m² en el
perihelio (3 de enero) y un mínimo de 1.310 W/m² en
el afelio (6 de julio). La variación anual es de +/- 3.35%
pudiéndose considerar una función sinusoidal, por
lo que I0 se puede estimar para cualquier año d
(1-365) mediante la siguiente expresión:

Estimación
de la radiación solar

Se partirá del dato de radiación
fundamental que es las "horas de sol efectivas",
a partir de las cuales estimaremos otros datos más
elaborados a partir de modelos matemáticos
contrastados.

Radiación solar horizontal diaria
extraterrestre (Ho)

La intensidad de la radiación solar
extraterrestre sobre un plano horizontal Ioh en un
instante determinado depende de la intensidad de la
radiación solar extraterrestre Io afectada por el
seno de la altura solar A, según la ley del
coseno:

El factor 24×3600/2p se aplica para pasar el
periodo de integración del arco ? en radianes a
tiempo en segundos, ya que estamos transformando potencia
(Watios) en trabajo (Julios) durante un día. Susatituyendo
la ecuación de la altura solar A e integrando entre los
límites obtendremos:

Radiación solar horizontal diaria
(H)

Cuando se carece de datos directo de la radiación
solar horizontal diaria (H), esta se puede deducir con un cierto
grado de fiabilidad a partir de otros parámetros que se
suelen medir en estaciones meteorológicas. Según
estudios realizados por Lund en la estación Blue Hill
(Massachusetts), se compararon cuales eran los mejores
estimadores para deducir la insolación Kt, definida como
la razón entre la radiación solar diaria terrestre
y la extraterrestre:

Los estimadores comparados, sobre los que existen
numerosas referencias, fueron principalmente:

• Registros de Temperatura del aire (medias,
  máximas, mínimas,…)

• Vientos (dirección y velocidad)

• ? de horas efectivas

• Nubosidad

• Presión atmosférica

• Humedad o presión de vapor

• ? de horas de lluvia

Lund estableció entre los datos mensuales de
insolación y los valores normalizados (xn=[x-x]/sx)
de los estimadores potenciales, resultando que el mejor estimador
era el ? de horas de sol efectivas (coeficiente de
correlación c=0.95), seguido por la nubosidad (c=0.82) y
el ? horas de lluvia (c=0.76) y seguidos a su vez por la
diferencia de temperatura diaria en verano y la presión de
vapor en invierno. En el caso de utilizarse varios estimadores
simultáneamente aumenta el coeficiente de
correlación, aunque ligeramente.

Los estudios de correlación entre la
insolación y el número de horas de sol efectivas,
según la referencias, fueron iniciados por Kimball y
Ängstrom en los años 20, siendo más conocidos
los estudios realizados por Page, que propuso la siguiente
ecuación en función de la relación n/N del
número de horas de sol efectivas y
teóricas:

Page determinó las constantes a y b para
numerosas regiones del planeta, llegando a la conclusión
que dichos valores son característicos de las regiones
consideradas y que varían bastante de una región a
otra.

Tabla 3: Valores de los coeficientes del modelo
Ångström-Prescott por estación, número
de datos utilizado y error promedio.

Fuente: ATLAS DE ENERGÍA SOLAR DEL
PERÚ

Esta ecuación nos proporciona valores adecuados
en la mayoría de los casos. Cuando no se dispone de datos
del número de horas de sol efectivas se considera que el
mejor estimador alternativo de la insolación es la
nubosidad. Se estima que si bien el número de horas
efectivas de sol permite estimar la insolación con una
correlación entre 0.83 y 0.92, la nubosidad rara vez
permite estimar la insolación con una correlación
mayor de 0.83, siendo frecuentes valore inferiores a 0.70, lo que
arroja dudas sobre su fiabilidad.

A lo anterior habría que añadir que siendo
la nubosidad una estimación visual, que depende
fundamentalmente de la habilidad del observador, lo convierte en
un estimador bastante subjetivo. Varios autores opinan que la
fiabilidad de los datos de la nubosidad podría mejorarse
si en vez de usar la estimación tradicional 1/10 o 1/8 de
cielo cubierto se empleara una escala más descriptiva
según el tipo de nubes como propone Lund, o utilizar el
concepto de nubosidad opaca, según el cuál
no se considere las nubes delgadas a gran altitud por afectar a
la insolación, tal como propone Benett. En cualquier caso
y tal como se ha comentado, la nubosidad se puede utilizar como
estimador complementario, al igual que otros estimadores, para
aumentar la fiabilidad de la estimación de la
insolación realizada fundamentalmente en el número
de horas de sol efectivas.

Radiación horizontal diaria directa (HD) y
difusa (Hd)

La energía solar H que recibe la
superficie de la tierra durante un día le llega como
componente solar directa HD, cuando proviene de los rayos
directos del sol, y como componente difusa Hd cuando
procede de la energía difundida por el resto de la
bóveda celeste, verificándose:

La nubosidad influye notablemente en la
proporción de las componentes directa y difusa, ya que hay
que considerar que para días totalmente cubiertos la
única radiación que llega a la tierra será
difusa. Es por ello que diversos autores han desarrollado modelos
para determinar la proporción de energía difusa en
función del índice de insolación
Kt:

Se hace notar que el coeficiente Kt nunca tomará
valores extremos (ni próximos a 0 ni a 1), salvo en el
caso de grandes altitudes en que Kt puede tener valores muy altos
al aumentar la transparencia de la atmósfera. Existen
numerosos modelos para la estimación de la
radiación difusa media mensual en relación
con la total en función del Kt medio mensual, como la
estimada por Page aunque dicho modelo se considera demasiado
simple:

El modelo propuesto por Liu-Jordan es el más
aceptado, aunque en el momento de su determinación se
considera a la constante solar Ies=1394 [W/m²] en vez del
valor actualmente reconocida de Ies = 1353
[W/m²].

El modelo propuesto por Collares y Rabl es interesante
porque considera la duración del día, expresado por
el ángulo horario del orto ?0, pero se ha
demostrado que sobre estima la radiación difusa para
cielos despejados:

Para días concretos sean propuesto modelos
alternativos, como el desarrollado por Liu-Jordan, resultando la
siguiente ecuación:

Intensidad solar horizontal total (Ih)

Ya se ha expuesto que la radiación solar
horizontal terrestre diaria H es la suma de la
radiación directa HD y difusa Hd y su unidad
es de Julios/m² al día. La intensidad
horizontal Ih en cada instante es la suma de la
intensidad horizontal directa IhD y
difusa Ihd y se mide en W/m². La
integración de la intensidad horizontal entre el orto y el
ocaso corresponde a la radiación solar diaria, y la
integración durante el periodo diurno de IhD y
Ihd es igual a la radiación diaria horizontal en
sus componentes directa HD y difusas Hd
respectivamente:

La medida instrumental de la intensidad horizontal
Ih se realiza directamente con un piranómetro
montado horizontalmente, y la intensidad horizontal difusa
Ihd se mide con un piranómetro con un anillo de
sombra, deduciéndose la radiación horizontal
directa IhD por la diferencia de las anteriores. La
estimación analítica de la intensidad de la
radiación se puede deducir según los diversos
estudios de modelos de atmósfera realizados por
diferentes autores que cuantifican la fracción de la
radiación extraterrestre que será dispersada por
moléculas y partículas de la atmósfera y la
fracción de la radiación que será absorbida
en su recorrido hasta la superficie terrestre.

Parte de la radiación solar directa, al pasar por
la atmósfera, será dispersada por el
nitrógeno, oxígeno y otras moléculas
relativamente pequeñas en comparación con la
longitud de onda de la radiación, y por aerosoles, gotitas
de agua polvo y otras partículas de tamaño
comparable al de la longitud de onda. Esta radiación
dispersa produce que el cielo sea azul en días claros y
parte de ella incide sobre la tierra en forma de radiación
difusa Ihd. También se producirá una
atenuación de los rayos solares causada por la
absorción, primero por el ozono de la atmósfera
externa, que recorta la radiación del espectro
ultravioleta, y posteriormente por el vapor de agua y el
dióxido de carbono que produce una serie de bandas de
absorción en ciertas longitudes de onda del espectro
visible e infrarrojo. La magnitud de la absorción
será proporcional al de la cantidad de masa
atmosférica atravesada por la radiación en su
recorrido, que depende de la secante de la altura solar y la
presión atmosférica del lugar. La intensidad solar
extraterrestre que no es difundida ni absorbida incide sobre la
superficie de la tierra en forma de radiación directa
IhD.

Intensidad solar normal directa (IND) en días
claros

Según el modelo de la atmósfera expuesto,
la intensidad normal de la radiación solar directa
IND en la superficie será proporcional a la
intensidad de radiación directa extraterrestre
aparente I0D, equivalente a la radiación
extraterrestre menos la radiación dispersada, y afectada
por un coeficiente de extinción que depende
fundamentalmente del contenido de vapor de agua y de la masa
atmosférica, que se puede expresar con suficiente
exactitud mediante la expresión:

Se ha desarrollado para la India (Lat. 17-27ºN)
[otras investigaciones Majundar] una expresión para
determinar la intensidad normal directa IND, se analizan
analítica y experimentalmente la influencia de la altitud
y la humedad en la intensidad de la radiación directa,
proponiendo la siguiente expresión:

El primer exponente refleja la absorción debida a
los gases de la masa atmosférica y el segundo la
absorción por el vapor de agua, siendo p/p0 la
presión relativa respecto al nivel del mar y
Ap la altura de vapor de agua precipitable en cm, que se
puede determinar por la altura h [m] y la densidad del vapor de
agua del lugar ?h o respecto al nivel del mar ?0, según
las expresiones:

Según medidas realizadas en la India, en
altitudes entre 220 y 4130 metros y con alturas de vapor de agua
precipitable entre 0.1 y 5.3 cm, se determinó
estadísticamente que los valores estimados permiten una
precisión entre +/-10% en el 95% de los casos, suponiendo
que la atmósfera está razonablemente libre de
polvo, humo o neblina y que no existen nubes en la proximidad del
sol. La ecuación de Majundar se puede desarrollar para que
las bases de las expresiones potenciales sean exponencialmente de
base e, lo que permite su simplificación a la siguiente
ecuación de ASHRAE, solo que cambiando los
coeficientes:

Se ha establecido una comparación con el valor de
radiación directa horizontal diaria HD=19.61
[MJ/m² día] propuesta por Vega para cielos claros en
el equinoccio para las Palmas con la ecuación de Majundar,
integrándola numéricamente para todo el día,
corrigiendo la radiación normal por la horizontal mediante
el seno de la altura solar, para una altitud del nivel del mar y
unas condiciones ambientales típicas de 20ºC y 70% de
humedad relativa, obteniendo un valor de 20.02 [MJ/m²
día], tan solo un 3% superior al valor estimado por Vega.
Existen otros modelos similares descritos para numerosas
localidades, aunque se ha preferido aquellos que reflejan unas
condiciones similares a las islas Canarias, y otros modelos
orientados para el cálculo por ordenador como el propuesto
por Spencer que para 300 partículas por cm³ tiene la
siguiente expresión:

Intensidad solar horizontal directa (IhD) en
días claros

En el caso de conocerse la intensidad normal directa
IND, la intensidad horizontal directa IhD se
calcula fácilmente aplicándole la ley del coseno,
en este caso el seno de la altura solar:

Puede ocurrir que la radiación solar horizontal
directa diaria HD sea un dato conocido, por ejemplo al
haberse hallado por la ecuación de Page adaptada para las
Palmas por Vega, en cuyo caso se debe verificar que la
integración de la intensidad IhD en el periodo
diurno debe coincidir con la radiación horizontal directa
HD. En este caso se puede deducir la intensidad de
radiación directa extraterrestre aparente I0D para
una localidad en condiciones determinadas aplicando alguna de las
ecuaciones anteriores, usando en este ejemplo la ecuación
de ASHRAE:

Para desarrollar esta integral conviene
expresarla en función el ángulo horario ? en
radianes, considerando que la latitud f, la declinación d
de la fecha considerada son conocidos, y que por consiguiente el
ángulo horario del orto y ocaso ?0 también se
conoce por la expresión:

Para el cambio de base de la integral, hay que
considerar el coeficiente C3 de la equivalencia entre la
duración del día [seg] y el círculo completo
del ángulo horario [rad], pudiéndose expresar la
integral como:

Resolviendo la integral se puede despejar la intensidad
aparente a [W/m²] específica para cada localidad,
equivalente a I0D, y a partir de la ecuación
original, en este caso la propuesta por ASHRAE, se puede hallar
IhD en cada instante.

Intensidad solar directa sobre planos inclinados
(IßD)

Si se conoce la intensidad normal directa IND y la
posición del sol dada por su altura solar A y su azimut Z,
es posible determinar la intensidad directa IßD
sobre cualquier superficie con inclinación ?
(horizontal=0) y orientación azimutal F (sur=0), mediante
la ley del coseno del ángulo ß que forma la norma a
la superficie y la dirección de los rayos del sol,
mediante la siguiente expresión:

Debiéndose comprobar que cosß sea un valor
positivo, ya que en caso contrario sería síntoma
que la superficie estaría a la sombra y la intensidad
IßD sería nula. También hay que comprobar que
la altura solar A supere a la altura Ah del horizonte real para
cada azimut, de manera que el sol sobresalga de las obstrucciones
solares.

Radiación en superficies
inclinadas

El principal efecto geométrico, sobre la cantidad
de radiación solar incidente sobre una superficie, se debe
al ángulo de incidencia de los rayos solares con respecto
a esta superficie. Como la superficie está inclinada hacia
el sol, la intensidad de la radiación sobre la superficie
disminuye, por que el sol "ve" una superficie menor H? que
cuándo la superficie H tiene incidencia normal, tal como
muestra la figura ?08, de la cual se deduce que:

Tipos de
energía solar

La energía solar tiene tres formas básicas
de representación, a continuación se explican las
diferentes formas del aprovechamiento de la energía solar.
Es importante destacar que siempre el valor en condiciones
ideales es de alrededor de 1 kW/m² independientemente del
aprovechamiento de la energía del sol, no interesa si
será usando la totalidad de una superficie o concentrado
en un punto foco.

SISTEMAS DE CAPTACIÓN DE LA ENERGÍA
SOLAR

Existen cuatro procesos de aprovechamiento del sol: el
proceso fotovoltaico, el proceso térmico, el proceso
fotoquímico y el proceso solar pasiva, de las cuales
sólo se tratará el proceso fotovoltaico.

LA ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA

La palabra fotovoltaico(a) está formada por la
combinación de las palabras de origen griego: foto, que
significa luz, y voltaico que significa eléctrico. El
nombre sintetiza la acción de estas celdas: transfomar
directamente la energía luminosa en energía
eléctrica. La electricidad es una de las formas de
energía más versátil y que mejor se adapta a
cada necesidad. Su utilización está tan extendida
que hoy difícilmente podría concebirse una sociedad
tecnológicamente avanzada que no hiciese uso de ella. Los
diferentes aparatos funcionan alimentados con energía
eléctrica, bien con corriente continua de pequeña
tensión o de corriente alterna a tensiones
mayores.

La luz está formada por un gran número de
entidades físicas llamadas fotones, los cuales participan
tanto de las propiedades de los corpúsculos materiales
como de las de las ondas. Los fotones son capaces de interactuar
con los electrones de los cuerpos sobre los que inciden.
Mencionaremos dos tipos de interacción: el efecto
fotoeléctrico externo y el efecto fotovoltaico. El efecto
fotoeléctrico externo, descubierto por Hertz en 1887,
consiste en un desprendimiento de electrones de la superficie de
los metales al chocar con dicha superficie fotones de suficiente
energía, dando lugar a una corriente eléctrica
denominada fotoeléctrica. Las cédulas
fotoeléctricas se basan en este efecto.

Fuente: Elaboración propia
2010

Figura ?09. Célula
fotoeléctrica

El Efecto fotovoltaico, el cual se conoce en bases
teóricas desde principios de siglo. Pero no fue sino hasta
1954 que se logró producir la primera celda fotovoltaica
en New Jersey, EEUU. El fundamento físico teórico
del fenómeno del efecto fotovoltaico, trata acerca del
comportamiento de ciertos materiales llamados semiconductores,
los cuales bajo ciertas circunstancias, son capaces de crear una
fuerza electromotriz. El proceso llamado difusión:
existen dos tipos de semiconductores: los denominados de tipo N y
los de tipo P. A los primeros se les puede forzar, mediante la
adición de pequeñas cantidades de impurezas
apropiadas, a tener un exceso de electrones en determinadas
posiciones y a los segundos un defecto de ellos, o lo que es
equivalente, un exceso de "huecos" (lugares vacíos dejados
por los electrones al emigrar éstos a otras
posiciones).

Fuente: Elaboración propia
2010

Figura ?10. Esquema del efecto
fotovoltaico

Tipo N, Cuando la substancia difusa cede
fácilmente electrones, se crea una zona dentro del
semiconductor que tiene un exceso de cargas negativas
(electrones). Esto es lo que se conoce como semiconductor del
tipo N (negativo).

Tipo P, Cuando la substancia difusa atrapa
electrones libres, los átomos que los pierden quedan
cargados positivamente. En esta zona predominan las cargas
positivas ("holes", en inglés) obteniéndose un
semiconductor del tipo P (positivo).

Juntura N-P, El proceso de difusión es
continuo, permitiendo la formación, en el mismo material,
de dos zonas semiconductoras adyacentes, una del tipo N; la otra
del tipo P. El espacio que separa ambas zonas es la juntura de
transición (junction, en inglés).

Estado de equilibrio, La teoría muestra
que las cargas mayoritarias en una zona se desplazan hacia la de
baja densidad en la zona opuesta. El desplazamiento de las cargas
negativas y positivas deja a la zona de la juntura totalmente
libre de cargas. Las zonas adyacentes a la misma tienen
concentraciones de carga minoritarias (cargas negativas en el
lado P y cargas positivas en el lado N). La acumulación de
estas cargas a ambos lados de la juntura crea una diferencia de
voltaje que impide la continuación del desplazamiento
inicial. La corriente de desplazamiento se anula. Se dice
entonces que la juntura N-P ha alcanzado el estado de equilibrio,
el que es ilustrado en la figura 11.

Fuente: Elaboración propia
2010

Figura ?11. Juntura N-P en
Equilibrio

Voltaje de salida, el voltaje de una celda
fotovoltaica es de corriente continua (CC). Por consiguiente un
lado es positivo y el otro negativo; para celdas de selenio, este
voltaje es de alrededor de 0,5 V.

Potencia eléctrica de salida, para un
instante, la potencia eléctrica proporcionada por la celda
fotovoltaica está dada por el producto de los valores
instantáneos del voltaje y la corriente de salida; este
valor es afectado por el comportamiento intrínseco de un
material semiconductor, por el nivel de irradiación
luminosa, y el método de fabricación de la celda.
La intensidad luminosa depende, de la insolación, de los
factores meteorológicos, locación,
inclinación de la celda respecto a la horizontal, y las
variaciones estacionales en el lugar de
utilización.

La tecnología fotovoltaica fue desarrollada a
finales de los años 50 como parte de los programas
espaciales, con el fin de desarrollar una fuente de
energía económica e inagotable. Con el descenso de
los costes y la mejora del rendimiento, los sistemas
fotovoltaicos han extendido su utilización a numerosas
aplicaciones. La transformación directa de la
energía solar en electricidad mediante la
conversión fotovoltaica presenta ventajas claras:
sencillez, modularidad, fiabilidad y operatividad, haciendo que
su campo de aplicación sea muy amplio: desde la
utilización en productos de consumo (por ejemplo
calculadoras, etc.), hasta la electrificación de viviendas
aisladas o pequeñas comunidades de vecinos, pasando por
las señalizaciones terrestres y marítimas, las
comunicaciones o el alumbrado público.

Material cristalino y policristalino

Las celdas fotovoltaicas que se ofrecen en el mercado
actual utilizan dos tipos de materiales semiconductores. Uno
tiene una estructura cristalina uniforme, el otro una estructura
policristalina. El tipo cristalino requiere un elaborado proceso
de manufactura, que insume enormes cantidades de energía
eléctrica, incrementando substancialmente el costo del
material semiconductor. La versión policristalina se
obtiene fundiendo el material semiconductor, el que es vertido en
moldes rectangulares. Su estructura cristalina no es uniforme, de
ahí el nombre de poli (muchos) y cristalino (cristales).
Los dos tipos pueden ser identificados a simple vista, ya que la
estructura cristalina provee una superficie de brillo uniforme,
mientras que la policristalina muestra zonas de brillo diferente.
Las foto 01 muestran esta diferencia.

Fuente: Elaboración propia
2010

Foto ?01. Material cristalino, lingote
monocristalino y Material policristalino

Material orgánico-Celdas solares de
plástico

Estos nuevos materiales son hechos de polímeros
conductores y nano-ingeniería de los materiales. Puede ser
cubierto o imprimido en una superficie, es hecho en un proceso
similar a la película fotográfica. La flexibilidad,
la confortabilidad, el rendimiento, el precio y el peso, son
algunas de las características de esta versátil
celda solar de plástico; aumentan la vida de la
batería sin aumentar o impedir el factor de forma de
diseños de producto por los demás.

Foto ?02. Material
polímero

Material HIT (Heterojuntura con capa
fina intrínseca)

La célula solar hit de Sanyo es un modelo
híbrido que se combina un substrato de silicio cristalino
y una película fina silicio amorfo, es una
tecnología original. Brinda el mejor nivel de
generación de potencia del mundo por unidad de área
de instalación, basada en la conversión eficiente
de energía alta superior y resistencia de temperatura. La
mejora más reciente de progreso de la celda HIT de Sanyo
fue recientemente usando un grosor de celda de 98
micrómetros, el cual es menos del medio grosor de la celda
previa, viene con una eficiencia de conversión de
energía de celda de 22.8%, el cuál ha sido
verificado independientemente por el National Institute of
Advanced Industrial Science and Technology.

Foto?03. Cortesía de Sanyo
Energy (USA) Corporation

Eficiencia de conversión

La eficiencia de conversión es la relación
entre la energía eléctrica generada y la
energía luminosa utilizada para obtenerla. Esta
relación es dada en forma porcentual:

El símbolo ? usualmente se utiliza para expresar
eficiencias, actualmente, las celdas fotovoltaicas producidas en
escala industrial tienen una eficiencia de conversión que
oscila entre un 9 y un 12%. El valor teórico máximo
para la eficiencia de una celda fotovoltaica que responde
solamente a un rango reducido del espectro luminoso, es de
alrededor del 25 al 28%, dependiendo del material semiconductor.
Las celdas fotovoltaicas que utilizan semiconductores cristalinos
tienen una eficiencia mayor a las que utilizan el semiconductor
policristalino, debido a que las imperfecciones en la estructura
de este último disminuyen el número de pares de
carga que quedan libres para conducir la corriente. Las celdas
fotovoltaicas usadas en los satélites espaciales utilizan,
exclusivamente, semiconductores cristalinos, ya que el costo no
es un factor en consideración.

Foto?04. Satélite espacial,
cortesía de NASA

Aplicaciones

En una primera gran división las instalaciones
fotovoltaicas se pueden clasificar en dos grandes
grupos:

• Instalaciones aisladas de la red
  eléctrica

• Instalaciones conectadas a la red
  eléctrica

En el primer tipo, la energía generada a partir
de la conversión fotovoltaica se utiliza para cubrir
pequeños consumos eléctricos en el mismo lugar
donde se produce la demanda. El segundo tipo se tienen dos casos,
a) centrales fotovoltaicas que la energía eléctrica
generada es entregada directamente a la red eléctrica y b)
sistemas fotovoltaicos que una parte de la energía
generada se invierte en el mismo autoconsumo de edificios o
industrias, conectados a la red eléctrica. La diferencia
fundamental entre los dos tipos radica en que las instalaciones
conectadas a red no incluyen baterías ni
reguladores.

El panel
fotovoltaico

Una célula suelta solamente es capaz de
proporcionar una tensión de algunas décimas de
voltio (típicamente alrededor de medio voltio para las
células de silicio) y una potencia máxima de uno o
dos vatios. Es preciso conectar entre sí en serie un
determinado número de células para producir las
tensiones de 6, 12 ó 24 V aceptadas en la mayor parte de
las aplicaciones. Al conjunto así formado,
convenientemente ensamblado y protegido contra los agentes
externos (las células son muy delicadas), se le denomina
panel o módulo fotovoltaico.

A veces, la palabra panel se utiliza para designar un
conjunto de dos o más módulos ensamblados entre
sí. El proceso de conexión de las células es
automático, efectuándose mediante soldaduras
especiales que unen el dorso de una célula con la cara
frontal de la adyacente. Para producir un panel de 12 voltios
nominales usualmente se necesita un número de
células entre 30 y 40, según las
características de las mismas.

Fuente: Elaboración propia
2010

Figura ?12. Fabricación del
módulo fotovoltaico

Una vez terminadas las interconexiones
eléctricas, las células son encapsuladas en una
estructura tipo "sandwich", consistente en una lámina de
vidrio templado, otra de un material orgánico adecuado,
por ejemplo acetato de etilen – vinilo (EVA), las propias
células, otra carga de sustrato orgánico y, por
último, una cubierta posterior formada por varias
láminas de polímeros u otro vidrio. La estructura
concreta de cada modelo de panel varía de un fabricante a
otro.

Se procede posteriormente a un sellado al vacío,
introduciéndolo en un horno especial para su
laminación, haciéndose estanco el conjunto. Por
último, se rodea el perímetro del papel con
neopreno o algún otro material que lo proteja de las
partes metálicas que forman el marco-soporte, en el caso
de que lo lleve. Una vez montadas las conexiones positivas y
negativas se efectúan los controles de calidad
necesarios.

Fuente: Elaboración propia
2010

Figura ?13. Fabricación del
módulo fotovoltaico

Elementos que constituyen un sistema
fotovoltaico

Para que una instalación solar fotovoltaica
funcione correctamente y tenga una elevada fiabilidad de
suministro y durabilidad tiene que estar constituida por un
conjunto de componentes básicos: placas fotovoltaicas,
regulador, baterías eléctricas e inversor
Además de estos subsistemas, las instalaciones
fotovoltaicas incluyen otros equipamientos como pueden ser el
cableado o los sistemas de protección y, por supuesto, los
elementos de consumo de la energía obtenida, denominados
también cargas.

Fuente: Elaboración propia
2010

Figura Nº14. Esquema del Sistema
Fotovoltaico

CURVAS I-V

Si los valores de potencia luminosa y la
orientación del panel permanecen constantes, la corriente
de salida de un panel fotovoltaico varía con el valor del
voltaje en la carga y su temperatura de trabajo. Esto se debe a
las características intrínsecas de los materiales
semiconductores, es necesario especificar ciertos
parámetros de la curva característica con el fin de
evaluar el tipo de módulo mejor adaptado a la
aplicación de que se trate. Estas características
del panel están definidas para unas condiciones
estándar de medida, las cuales vienen determinadas por el
nivel de irradiación (1 kW/m²), la temperatura
(25ºC) y la distribución espectral de la
radiación incidente (A.M. 1.5, que es la cantidad de masa
de aire que tiene que atravesar un rayo de sol).

Fuente: Elaboración propia
2010

Figura ?15. Curva
característica de corriente-voltaje

La Figura 16 muestra, en forma
gráfica, la relación entre la corriente y el
voltaje de salida para un panel FV (curva I-V), para cuatro
temperaturas de trabajo, cuando el nivel de radiación
permanece constante.

Figura ?16. Relación I-V para
un panel FV MSX-60

Efecto de la temperatura de trabajo

Tanto la corriente de cortocircuito como el voltaje a
circuito abierto, se ven afectados por la temperatura de trabajo,
pero el tipo de variación, así como su magnitud
porcentual, son distintos para estos dos parámetros. Si
tomamos como referencia los valores a 25°C, la corriente de
cortocircuito aumenta moderadamente (+ 1,6% a 50°C; + 3,3% a
75°C), mientras que el voltaje a circuito abierto disminuye
sensiblemente (- 9,5% a 50°C; – 16,7% a 75°C).

La corriente de cortocircuito aumenta con
la radiación, permaneciendo más o menos constante
el voltaje, haciendo que los valores de la radiación
cambien a lo largo de todo el día en función del
ángulo del Sol con el horizonte, siendo importante colocar
adecuadamente los paneles, con posibilidad de cambiar su
posición a lo largo del tiempo, según la hora del
día o la estación del año (captación
con seguimiento solar). Un mediodía a pleno sol es
equivalente a una radiación de 1000W/m²; cuando el
cielo está cubierto, la radiación apenas alcanza
los 100 W/m².

Figura ?16. Curva I-V para tres
radiaciones

La temperatura de trabajo que alcanza un panel
fotovoltaico obedece una relación lineal dada por la
expresión:

Dependiendo de la velocidad promedio del viento. Cuando
ésta es muy baja, o inexistente, el enfriamiento del panel
es pobre o nulo, y k toma valores cercanos o iguales al
máximo (0,4). Si la velocidad promedio del viento produce
un enfriamiento efectivo del panel, el valor de k será el
mínimo (0,2). El valor de R varía entre 80 y
100mW/cm². Para locaciones con alto valor de
insolación diaria se usa el valor máximo. Si
existen nubes pasajeras que reducen el valor de
irradiación, el valor de R se reduce a 80mW/cm². El
producto kR representa el incremento de temperatura que sufre el
panel sobre la máxima temperatura ambiente.

Uno de los elementos auxiliares importantes de un
sistema fotovoltaico es la estructura que soporta los paneles.
Esta habrá de proporcionar tanto un buen anclaje de los
mismos, haciéndolos resistentes a la acción de los
elementos atmosféricos –los agentes
atmosféricos (viento, nevadas) afectan a las cargas
mecánicas que han de soportar las estructuras y a los
materiales que las componen, como una orientación y un
ángulo de inclinación idóneos para el mejor
aprovechamiento de la radiación.

Fuente: Elaboración propia
2010

Foto ?05. Soportes de paneles
fotovoltaicos

La posición de los paneles está basada en
dos ángulos distintos: la orientación y la
inclinación.

• La orientación de los paneles será
  siempre al Sur (en el hemisferio norte), al ser la
  única posición donde aprovecharemos de un modo
  más completo a lo largo del año la
  radiación emitida por el Sol. Tan sólo en
  circunstancias especiales o por el efecto de sombras creadas
  por otros objetos se podrá variar dicha
  orientación hacia el Este.

• La energía captada por el panel depende
  fundamentalmente del ángulo de inclinación que
  forma con la horizontal (el condicionante es el ángulo
  de incidencia de los rayos del Sol sobre los paneles, siendo
  máximo para una incidencia perpendicular, y
  reduciéndose a medida que nos alejamos de este
  ángulo). En una instalación real, este
  ángulo puede adoptar una o varias posiciones a lo
  largo del año. Si bien esta última posibilidad
  aumenta la energía recibida en todo el período,
  en la práctica lo más eficaz es dejarlo en una
  o dos posiciones, dependiendo de la utilización y
  según los dos tipos de consumo más
  extendidos.

Dimensionamiento de la
instalación

Un adecuado dimensionado de las instalaciones supone,
además, asegurar la fiabilidad de las mismas y su
utilización a lo largo del tiempo, evitando que queden
inservibles al cabo de pocos años al utilizarse con fines
para los cuales no habían sido concebidas. Reiterando lo
fundamental que es conocer la radiación incidente sobre el
sistema y determinar con precisión el consumo. Estos datos
son difíciles de conocer con exactitud, surgen distintos
métodos aproximados que permiten determinar cuál es
el tamaño necesario de paneles, en Wp, y de
batería, en Ah, con los que satisfacer un consumo dado en
una situación concreta (temporal y
espacialmente).

El método del mes peor

Se realiza un balance de energía seleccionando un
período de tiempo, normalmente un mes, en el que se dan
las condiciones más desfavorables del sistema. La idea es
que si el sistema funciona en este mes, funcionará
también los demás meses del año. Se cuenta
además con la capacidad de acumulación necesaria
para cubrir un cierto número de días de bajo nivel
de radiación (días de autonomía). Para ello
se necesita realizar los siguientes cálculos:

• Evaluación de la energía
  necesaria

• Consumo de los equipos en corriente continua
  (T1)

• Consumo de los equipos en corriente alterna
  (T2)

• Evaluación del consumo total (Gt)

• Evaluación de la radiación solar
  disponible (Rd)

• Tamaño del campo de
  captación

• Dimensionado del sistema de
  acumulación

Evaluación de la energía necesaria
(consumo de los equipos)

Para la estimación de la energía consumida
por la instalación se habrán de evaluar, por
separado, la aportación al consumo total de los equipos de
corriente alterna y continua. A la hora de realizar esta
estimación deben tenerse en cuenta las variaciones
estacionales, ya que la incidencia de determinadas aplicaciones
(especialmente los bombeos de agua) es muy importante frente a
los consumos en otros usos, por lo que deben calcularse los
consumos para varios meses diferentes. En el caso de que se trate
de sistemas de electrificación con consumos
idénticos a lo largo de todo el año, bastará
con realizar una única estimación.

Consumo de los equipos en corriente continua
(T1)

La energía que la aplicación considerada
necesita consumir cada mes va a depender, exclusivamente, del
tipo de equipos que componen la carga, así como el tiempo
de utilización de los mismos.

Los datos necesarios que habrán de conocerse de
cada equipo serán:

• La potencia, tomada como la nominal de los equipos,
  y que aparece en las características de los
  mismos.

• El número de horas de funcionamiento
  diario.

Como orientación, se incluyen en el cuadro datos
sobre el número de horas de funcionamiento típicos
en instalaciones fotovoltaicas y la potencia de cada
equipo.

Cuadro ?01. Equipos con horas de
funcionamiento típicos

La energía necesaria para el consumo del equipo
en cuestión será el producto del número de
equipos iguales por la potencia y por el número de horas
diarias de funcionamiento.

Evaluación del consumo mensual en corriente
alterna (T2)

Lo consignado como elementos generales en los
párrafos anteriores es también de aplicación
en el caso del consumo de los equipos de corriente
alterna.

Evaluación del consumo total
(Gt)

Para la evaluación del consumo total se tienen en
cuenta dos factores:

• Margen de seguridad de captación (Eb):
  Corresponde a las pérdidas en el cableado,
  pérdidas en conexiones, variaciones en los consumos
  previstos inicialmente, etc. En principio puede estimarse en
  un 15% para la mayoría de los casos.

• Eficiencia del inversor (Ei): Es la
  relación entre la energía que se aporta al
  inversor y la realmente disponible para el consumo. Como ya
  se mencionó en el capítulo dedicado a los
  elementos que componen la instalación, el inversor
  tiene un consumo propio constante y un rendimiento variable
  en función de la carga a la que suministre. En
  principio, y salvo disponer de informaciones más
  precisas, puede tomarse como valor medio el 85%.

Los consumos en continua (Gc) son el producto de
(100 + Eb)/100 para el conjunto de los equipos de consumo
(T1):

Los consumos en corriente alterna (Ga)
serán el resultado de la operación
siguiente:

El consumo diario total (Gt) de los equipos
será:

Evaluación de la radiación solar
disponible (Rd)

La energía que capta un panel solar fotovoltaico
va a depender tanto de la climatología del lugar como del
ángulo de inclinación que el panel posea respecto a
los rayos solares.

A continuación se calcula para cada mes la
relación de consumos/radiación disponible (P)
según:

De las distintas estimaciones de consumos comparadas con
la radiación disponible, se tomará el valor mayor,
que denominaremos Pmax. El mes de peor radiación, (que nos
dará un valor de relación consumos/radiación
mayor) es el mes con menor energía
(kWh/m²/día).

Tamaño del campo de
captación

La potencia de captación (C) del panel elegido,
en watios-pico (Wp), es necesaria para calcular el tamaño
del campo de captación. A partir de la potencia del panel
elegido y del mayor valor de P (Pmax) se calcula el número
de paneles (Np) necesario:

El factor 1.1 se aplica para compensar posibles
pérdidas debidas a errores en la orientación, la
limpieza de los paneles, conexiones, etc. El número de
paneles será, entonces, el primer número entero
mayor que el Np calculado según la fórmula
anterior.

Dimensionado del sistema de
acumulación

Para evaluar el tamaño del sistema de
acumulación es necesario definir previamente los
siguientes factores:

• Días de autonomía (D):
  Corresponden al tiempo que podrá funcionar la
  instalación sin recibir radiación solar en
  condiciones adecuadas. Habitualmente, para instalaciones de
  electrificación rural este factor puede ser de 4
  ó 6 días, mientras que para aplicaciones
  profesionales puede superar los 10.

• Profundidad de descarga máxima (M):
  Corresponde al límite de descarga que puede alcanzar
  la batería. Para los casos más habituales de
  electrificación rural, puede tomarse este valor como
  de un 70 %. Las baterías empleadas en otro tipo de
  sistemas pueden permitir profundidades de descarga superiores
  al 90 %.

• Tensión de trabajo de la
  instalación (V): Elegida en función de las
  características de la instalación, lo
  más usual son tensiones de 12 ó 24 V en el caso
  de instalaciones de electrificación rural.

La capacidad de acumulación (Q), en amperios-hora
(Ah), se calcula con la siguiente fórmula:

Paneles
fotovoltaicos

PANEL FOTOVOLTAICO ORGÁNICO: CELDAS SOLARES DE
PLÁSTICO

Estos nuevos materiales son hechos de polímeros
conductores y nano-ingeniería de los materiales. Puede ser
cubierto o imprimido en una superficie, es hecho en un proceso
similar a la película fotográfica.

Un mundo sin cables

En cualquier lugar donde hay luz y una batería,
el poder del plástico hace posible para los dispositivos,
sistemas y estructuras tener sus propias fuentes arraigadas,
baratas del poder renovable. Combinando la generación de
energía y el consumo de energía dentro del mismo
dispositivo, con las aplicaciones realmente inalámbricas.
La flexibilidad la confortabilidad, el rendimiento, el precio y
el peso, son algunas de estas características de esta
versátil celda solar de plástico; aumentan la vida
de la batería sin aumentar o impedir el factor de forma de
diseño del producto por los demás. Las fibras
fotovoltaicas y los plásticos durables proporcionando
capacidad de poder y generación de estructuras que
incluyen carpas, toldos, techos, ventanas y capas de
ventana.

Está en vías de desarrollo
portátil, para la generación de electricidad en
edificios para los ejércitos. Los consumos
electrónicos como teléfonos celulares y
reproductores de música portátiles pueden estar
cargados por la luz interna (iluminación) o al aire libre.
Productos de la empresa como equipos electrónicos
conectado a la red, computadoras portátiles y los
asistentes personales digitales pueden ser operados más
tiempo sin la necesidad de conectarlos a una pared de salida
usual. Las aplicaciones militares incluyen la carga de la
batería sobre el campo de batalla, la potencia remota para
vehículos sin tripulante y soldados, y sensores de redes
de trabajo conectados al poder solar. Esta corriente continua
(CC) la energía eléctrica puede ser usada
inmediatamente, guardada para su uso posterior o convertida en
otra forma de energía. Esta tecnología utiliza el
más amplio rango de espectro de luz que las celdas solares
convencionales, todas las fuentes de luz visible, no sólo
la luz del sol puede ser usado para generar
energía.

PANEL FOTOVOLTAICO BP SOLAR SX SERIES

BP Solar's SX su extensión es fundada sobre uno
de sus mejores productos establecidos usados mundialmente en
miles sobre miles de lugares para un solo y múltiple uso.
Las células multi-cristalinas son diseñadas para
cargar baterías de 12v en prácticamente cualquier
clima para cargas de baja potencia en CC. Suministran una
solución redituable para mantener la carga en
baterías en lugares remotos para telemetría de baja
potencia, telecomunicaciones, señales, las ayudas de
navegación, los sensores de seguridad, los instrumentos y
también ser ideal como un pequeño cargador de
baterías de corriente baja, baterías de ocio en
casas rodantes y casas de campo de fiesta.

Paneles SUNWARE Marine

PANEL FOTOVOLTAICO SIEMENS 50W

Fuente: Siemens

El arreglo fotovoltaico o módulo es el
corazón del sistema fotovoltaico. Durante el ajuste del
tamaño de sistema fotovoltaico, se debe conocer la curva
característica corriente-voltaje(I-V) para varias
irradiancias y temperaturas. Desde las células solares
idénticas que son la unidad elemental del arreglo
fotovoltaico o del módulo fotovoltaico, la curva
característica I-V de una celda solar es suficiente para
determinar el rendimiento eléctrico total del arreglo
fotovoltaico.

Determinación de partes activas de un
módulo

Un Siemmens SM50 PV contiene 36 células solares
de silicio conectados en serie, la figura 4.7, muestra la
estructura del módulo de SM50 de Siemmens.

Fuente: Elaboración Propia 2010

Figura ?17. Modelo geométrico
del módulo Siemmens SM50

Fuente: Elaboración propia
2010

Figura ? 18. a) Curva de I-V de una
celda solar para varias iluminaciones (izquierda) y b) Curva de
I-V del módulo Siemmens SM50 para varias iluminaciones
(derecha).

Tabla ?02. Características
físicas del panel fotovoltaico SM50

Características
Físicas

PANELES SOLARES DE SILICIO AMORFOS DE 4ta
GENERACIÓN A-SI

Después de la estabilización inicial
Durante los primeros dos mes del uso al aire libre, el
Célula de silicio amorfo será estable por
décadas.

Presentación general de 12V y
24V

PANEL FOTOVOLTAICO MULTICRISTALINO DE ALTA EFICIENCIA
KC50T

La eficiencia de conversión de la célula
solar está en 16%. Estas celdas están encapsuladas
entre una pantalla de vidrio moderada y una fuerte hoja trasera
que provee protección eficiente de los severas condiciones
ambientales. La lámina entera está instalada en un
marco de aluminio anodizado para suministrar la fuerza
estructural y facilidad en la instalación.

Características
eléctricas

Especificaciones

Especificaciones físicas Unidad:
mm(in.)

Avances
tecnológicos de los paneles
fotovoltaicos

Células Solares de Bajo Costo Imprimibles Como
Periódicos o Pintables en Tejados

Pronto será posible producir células
solares baratas usando tintas de nanopartículas que
permitan su impresión de modo no muy diferente a como se
imprimen los periódicos, o que permitan pintarlas en
algunos muros de los edificios o en sus tejados. Brian Korgel,
ingeniero químico de la Universidad de Texas en Austin,
espera bajar el costo a una décima parte del actual,
gracias al reemplazo de un proceso estándar de la
fabricación de células solares que requiere de
altas temperaturas y es relativamente caro. Las tintas
podrían imprimirse en un proceso de rollo a rollo sobre un
substrato de plástico, o de acero inoxidable. Y la
perspectiva de poder pintar con las tintas el tejado o
algún muro de un edificio también parece viable.
Gracias a sus nanoestructuras, estos "nanomateriales" para la
absorción de la luz permiten fabricar con ellos
láminas funcionales 10.000 veces más delgadas que
un pelo.

Durante los últimos dos años, Korgel y su
equipo han estado trabajando en esta estrategia de usar
nanomateriales especiales para la fabricación barata de
células solares. Korgel está colaborando con los
profesores Al Bard y Paul Barbara, ambos del Departamento de
Química y Bioquímica, y el profesor Ananth
Dodabalapur, del Departamento de Ingeniería
Electrónica y Computación.

Usar Energía Solar Para Convertir CO2 en
Combustible

Unos químicos han demostrado la viabilidad de
aprovechar la luz del Sol para transformar un gas de efecto
invernadero en un producto útil. Ya han desarrollado un
prototipo del dispositivo que captura energía solar, la
convierte en energía eléctrica, y "divide" el
dióxido de carbono en monóxido de carbono (CO) y
oxígeno. El trabajo ha sido realizado por Clifford Kubiak
y Aaron Sathrum, de la Universidad de California en San Diego.
Como su dispositivo no está optimizado aún,
todavía necesitan suministrarle energía adicional
para que el proceso funcione. Sin embargo, esperan que sus
resultados atraigan la atención sobre el prometedor
método. La tecnología de conversión del
monóxido de carbono en combustible líquido ha
estado disponible desde mucho tiempo atrás. Fue inventada
en Alemania en la década de 1920. Los EE.UU. estuvieron
muy interesados en esa tecnología durante la crisis
energética de los años 70, pero al terminar la
crisis se perdió el interés. Ahora se ha cerrado el
círculo porque los crecientes precios del petróleo
hacen económicamente competitivo convertir el CO en
combustible. Aunque el monóxido de carbono es venenoso,
tiene muchos usos. Se emplean muchísimas toneladas de
él cada año para fabricar productos químicos
de diverso tipo, incluyendo detergentes y plásticos.
También puede convertirse en combustible líquido.
Al separar el CO2, se genera CO, un importante producto
químico industrial que normalmente se produce a partir del
gas natural. De manera que separando el CO2 se puede,
además de ahorrar combustible, producir un producto
químico útil y reducir la presencia de un gas con
efecto invernadero.

• 1. El primer paso es la captura de fotones de
  energía solar por el semiconductor.

• 2. El segundo paso es la conversión de
  energía luminosa en energía eléctrica
  por el semiconductor.

• 3. El tercer paso es la aplicación de la
  energía eléctrica a los catalizadores. Los
  catalizadores convierten el dióxido de carbono en
  monóxido de carbono en un lado del dispositivo y en
  oxígeno en el otro lado.

El ITER construirá un avión solar para
labores de investigación y vigilancia

El Instituto Tecnológico y de Energías
Renovables de Tenerife (ITER), en colaboración con la
Escuela Técnica Superior de Ingenieros aeronáuticos
de la Universidad Politécnica de Madrid, realiza el
estudio de viabilidad para la construcción de un
avión solar de 20 metros de envergadura que volará
con células solares fotovoltaicas de
concentración.

Solar Impulse, el avión de las 12.000
células FV

El equipo de ingenieros del Solar Impulse HB-SIA han
entregado el avión a los encargados de realizar los
ensayos y los vuelos de prueba. Bertrand Piccard, André
Borschberg y su equipo sacarán por primera vez el
prototipo del hangar de construcción y realizarán
pruebas en tierra seguidas de los primeros ensayos de vuelo a
pocos metros del suelo en el aeródromo de Dübendorf.
En el primer vuelo de Solar Impulse ha comenzado a volar.
Aún está lejos de su objetivo de dar la vuelta al
mundo en un vuelo diurno y nocturno propulsado únicamente
con energía solar, pero ya ha conseguido elevarse. A
partir de ahora los vuelos cada vez serán más altos
y prolongados.

Ikea y Unicef iluminarán con lámparas
solares las vidas de los niños y niñas en
Pakistán

Desde el pasado uno de junio, por cada lámpara
solar Sunnan vendida en cualquiera de las tiendas que Ikea tiene
en el mundo, la compañía dona otra igual a un
programa de Unicef. El objetivo de este proyecto es que
niños y niñas de Pakistán, que viven en
campos de refugiados y aldeas sin electricidad, puedan tener
luz.

E.On y Schüco construirán una planta de
películas delgadas ultra-grandes en
Alemania

E.On ha empezado la construcción de una
fábrica de paneles solares de 40 MW de películas
delgadas ultra-grandes en Alemania. E.On ha adquirido una
acción en Malibu, desarrollo y operación de la
nueva planta. El equipo estará proporcionado por Applied
Materials. La planta, la cual estará localizada en
Osterweddingen, producirá paneles ultra-grandes, con
5.7m² (2.2m x 2.6m), con una potencia pico de 460 Wp.
Completamene paneles grandes, el costo de fabricación
será reducido y la producción nominal duplicada, de
acuerdo con Applied Materials.Neo Solar Power y LDK Solar
trato cerrado

Neo Solar Power y China-based LDK Solar han coincido en
la liquidación de un contrato con duración de 10
años de suministro de la óblea de silicio.Durante
la próxima década, Neo Solar recibirá 500 MW
de capacidad de óbleas, finalizando en el año 2018.
Este es otro gran contratao para LDK Solar, el cual ha estado
teniendo noticias excelentes en los últimos meses.
Neosolar Power, Que se especializar en investigación,
desarrollo y fabricación de alta-eficiencia la celdas
solares son capaces por lo tanto de incrementar su capacidad a
210 MWp.

Colectores Electromagnéticos solares
"nanoantena" y sus vistas en la corriente del clima para
Investigación y desarrollo; Steven Novack,
Científico Consultivo en la Idaho National Laboratory: "Yo
estimo un periodo de tiempo de 5-10 años ver esta
tecnología comercialmente disponible en alguna
forma"

Investigadores norteamericanos en el departamento de
energía Idaho National Laboratory (INL), también en
sociedad con Microcontinuum Inc. y Patrick Pinhero de la
Universidad de Missouri, han ideado el camino económico
para producir láminas de plástico conteniendo
billones de "nanoantennas" que acumula energía
calorífica generada por el sol y otros recursos. Esta
tecnología es el primer paso hacia un colector de
energía infrarroja que se podría producir en masa
en materiales flexibles y tiene ya logrado un número de
premios nanotech. El nuevo enfoque usa un especial proceso de
fabricación de estampillas diminutos bucles de metal
dirigido tan amplio como 1/25 del diámetro del cabello
humano en una sábana de plástico. Porque de su muy
pequeño tamaño, esas "nanoantennae" absorben
energía en la parte infrarroja del espectro, justo fuera
del alcance de la visibilidad del ojo. El sol irradia mucho de
energía infrarroja, algunos de los cuales son reflejados
por la tierra y and después emitidos como radiación
por horas después de la puesta del sol, por medio del cual
la nanoantena puede recibir la energía de ambas luz del
sol y la del calor de la tierra, con una más alta
eficiencia que las celdas solares convencionales. En contraste,
las celdas solares tradicionales sólo usan luz visible, da
sus ociosos después del anochecer. La radiación
infrarroja es especialmente una fuente rica en energía
porque también es generada por los procesos industriales
como el carbón-plantas de quema. Las nanoantenas proveen
valores más lejanos como tienen el potencial para actuar
como dispositivos de enfriamiento esa admisión de calor
desperdiciado para construcciones o equipos electrónicos
sin usar electricidad. Steven Novack es Científico
consultivo en INL y llevó al equipo de
investigación incluída INL ingeniero Dale Kotter,
W. Dennis Slafer de MicroContinuum, y Patrick Pinhero,
responsable de esta exitosa nueva tecnología.

Retorno del sistema voluntario para módulos PV
solar introducidos en Europa

Green energy está consiguiendo más verde.
Completamente la reciente creada 'Asociación Europea para
la recuperación de módulo fotovoltaicos AISBL',
Módulos solares defectuosos o usados serán
recuperados y reciclados, por lo tanto reducen el impacto de PV
solar en todo su ciclo vital. La asociación, pone por
Avancis, Conergy, Isofoton, SCHOTT Solar, Solarworld, Sulfurcell
Solartechnik, BSW y EPIA, y en pocas palabras PV CYCLE,
diseñará una vista panorámica de la
colección Europea, recuperación y sistema de
reciclaje. Los primeros voluntarios del plan estarán en su
lugar el próximo año. Adicionalmente, PV CYCLE
trabajará en la creación de una política de
control de desechos para asegurar la eficiencia y eficacia en el
proceso. Investigar el tema también será ascendido.
Esta es una buena noticia para la industria, que ha sido
criticada mucho no siendo tan verde como se jacta de serlo,
debido al hecho que mucha de la energía es usada en la
fabricación de equipo solar. Ahora lifecycle equipo solar
empezará definitivamente a ser más respetuoso con
el medio ambiente. Por supuesto, y para conseguir un impacto
más grande, todas las compañías solares
están invitadas a asociarse.

Clorotron: Llega a España el primer filtro
para limpiar piscinas con energía solar

Clorotron (que así se llama este filtro solar) se
define como "purificador de agua portátil, que combina la
generación de fuerza eléctrica solar con un proceso
llamado ionización para eliminar algas, hongos y bacterias
de la piscina". El proceso que ejecuta este purificador fue
desarrollado por primera vez por la NASA, que lo utilizó a
bordo de la nave espacial Apollo en su viaje a la Luna, con el
fin de mantener pura el agua potable. Desarrollado por la NASA,
Clorotron produce la "ionización del agua, evitando
la formación de algas, hongos y bacterias" y ahorra
así "la utilización de cloro y de alguicidas". Con
este purificador ecológico"se introducen en el agua
entidades atómicas de minerales específicos, lo que
provoca que los microorganismos no puedan sobrevivir", mientras
que "estos iones son completamente seguros y no resultan
tóxicos para el bañista". Mientras Clorotron
está flotando en el agua, la placa solar convierte la luz
del sol en electricidad. Esta corriente eléctrica de baja
tensión, que es completamente inofensiva para el usuario,
suministra energía a un electrodo metálico de una
aleación especial que se encuentra por debajo de la
línea de flotación. Esto provoca la descarga de
iones minerales en el agua circundante. El agua ionizada controla
de forma eficaz el crecimiento de microorganismos en una piscina.
Además de no existir ningún riesgo de que produzca
un choque eléctrico: nadar en una piscina mientras la
unidad se encuentra activa en el agua es completamente inocuo".
Según sus desarrolladores, "a diferencia del cloro, las
condiciones en veranos muy calurosos no degradan la acción
de los iones: al contrario, cuanto más calor hace, mejor
funciona". Este sistema (cuyo precio es 385 euros) puede ser
empleado tanto para piletas domésticas, como para piscinas
comunitarias o grandes instalaciones acuáticas.

Por primera vez en la historia dos coches solares
circulan en el circuito de Montmeló