La Energía Solar
La Producción de electricidad
1. Cómo se produce la energía eléctrica a partir del sol
La producción de electricidad mediante la energía solar se realiza por medio de lo que se denomina efecto fotovoltaico. El efecto fotovoltaico consiste en producir un voltaje en un material que tenga características de semiconductor mediante la absorción de una radiación electromagnética como la luz. Básicamente un semiconductor es una sustancia o material que posee una conductividad eléctrica intermedia. Esto significa que no tiene ni conductividad tan buena como el metal ni tan mala como los aislantes.
2. Cuáles son los materiales básicos.
Los paneles fotovoltaicos son células de materiales semiconductores agrupadas para lograr una potencia eléctrica determinada. Lo que comúnmente se denomina panel solar es un conjunto de módulos fotovoltaicos unidos entre sí mediante una conexión en serie y/o paralelo. Un módulo fotovoltaico es un conjunto de células fotovoltaicas unidas entre sí mayoritariamente en serie. Una célula fotovoltaica es un dispositivo con dos electrodos capaz de generar entre ellos una fuerza electromotriz por efecto de la iluminación.
2.1- Diferenciación entre célula-módulo-panel
- Las células pueden ser de silicio, teluro de cadmio, seleniuro de cobre e indio, arseniuro de galio, y las denominadas CdS con cobre, si bien actualmente en el mercado los módulos fotovoltaicos o conjunto de células están constituidos por silicio. En función de la pureza de éste, se puede hablar de módulos policristalinos, monocristalinos, y de silicio amorfo. La tensión de estos módulos fotovoltaicos oscila entre 14 y 16 voltios. Y en función del número de células se obtiene un rango de potencia entre 20 y 100 watios. La fabricación de los módulos fotovoltaicos exige un proceso tecnológico bastante complicado, puesto que la obtención del silicio requiere altas temperaturas y las células deben de ir encapsuladas en materiales especiales. A pesar de ello, el montaje de los módulos e instalación de paneles no tiene una excesiva complicación. Evidentemente, en base a las conexiones entre módulos (en serie o paralelo o la combinación de ambas) que se efectúen, podrán darse diferentes tensiones de salida de los paneles fotovoltaicos, que deberán tener correspondencia con el sistema de acumulación que se utilice. La corriente de estos paneles es corriente continua. Por tanto, una instalación de paneles fotovoltaicos, si quiere ofert.ar su energía en condiciones estandarizadas de consumo, habrá de contar con un convertidor de alterna del mismo rango de tensión y potencia que la que quiera ser utilizada por el usuario.Sección de panel fotovoltaico
3. Por qué y cómo acumular la energía fotovoltaica
La producción de energía fotovoltaica estará mediatizada por la presencia de iluminación -radiación incidente- que se produzca en los paneles. Esto supone que la energía producida o capturada a la radiación solar, o bien se consume en el momento de su producción o bien habrá de contar con un sistema de almacenamiento que posibilite hacer uso de la energía cuando sea necesaria. El sistema de almacenamiento más utilizado son las baterías. Éstas, pueden ser de varios materiales: plomo-ácido, níquel-cadmio, redox (cromo y hierro), ... A su vez, pueden ser de rápida carga y descarga, o bien de rápida carga y lenta descarga, de lenta carga y lenta descarga, siendo estas últimas las más apropiadas para una instalación fotovoltaica. Así mismo, la instalación fotovoltaica habrá de contar con un sistema de regulación que impida un sobreexceso de carga en las baterías cuando éstas puedan recibir mayor producción energética que la que puedan acumular. Otro sistema de almacenamiento más inmediato e indirecto es la red eléctrica. En esta modalidad, la energía producida por la instalación fotovoltaica pasaría a la red de distribución general, actuando ésta como un acumulador provisional en el trayecto de distribución hasta su consumo.
4. Selección de la instalación.
A la hora de valorar la realización de una instalación fotovoltaica habrán de tenerse en cuenta los factores de calidad de los módulos fotovoltaicos y su relación con el precio del mercado, el tipo de baterías a utilizar, siendo aconsejables las de plomo ácido de lenta carga y descarga, también denominadas estacionarias dada la duración en número de ciclos de carga y descarga que tienen, el sistema de regulación entre el panel y las baterías, así como la necesidad de un tipo de corriente u otro: alterna o continua, juntamente con el convertidor de corriente correspondiente. La estimación de amortización de los costes de inversión en el supuesto de una instalación conectada directamente a la red eléctrica, vendrá condicionada por los elementos anteriormente enumerados (sin tener en cuenta el sistema de acumulación), las exigencias de voltaje e intensidad que requiera la compañía eléctrica, y el precio que ésta tenga establecido por kWh aportado a la red general.
5. Consideraciones medioambientales.
En el proceso de fabricación de los módulos fotovoltaicos se precisa una gran cantidad de energía, pero que es inferior a aquella que producen a lo largo de su primer año de funcionamiento. El impacto ambiental de la energía que producen es prácticamente nulo, puesto que no contamina, no emite ruido, y si el panel fotovoltaico se encuentra integrado en la edificación el impacto ambiental es inexistente. La duración de un panel fotovoltaico de silicio monocristalino y policristalino es superior a veinticinco años, pero en aquellas instalaciones en las que sea preciso acumular la energía producida, se genera un problema ambiental derivado. La durabilidad de las baterías de forma óptima puede cifrarse en diez-doce años. Ello genera un problema ambiental, puesto que se hace preciso reciclar el plomo y el ácido contenido en las mismas, el gel o el níquel-cadmio utilizado, en función de la elección del sistema de almacenamiento. Por ello, en lugares en donde sea precisa la utilización de baterías, este pequeño “handicap” de “qué hacer con los materiales contaminantes” habrá de ser asumido. Sin embargo, en aquellos lugares en donde la instalación fotovoltaica se encuentre conectada a la red eléctrica, la valoración de la energía de origen fotovoltaico es óptima. Se trata de una energía limpia, no contaminante, acorde con el entorno, inagotable y que favorece la no dependencia energética de terceros.
6. Consideraciones económicas.
Hay una idea generalizada de que la energía fotovoltaica es cara, y realmente es gravosa si se contempla que habitualmente se trata de sistemas autónomos, que tienen que contar con un sistema de almacenamiento baterías, un sistema de conversión a 220 V, etc., que encarecen la instalación. Sin embargo, existen lugares en donde no es posible disponer de otra fuente de energía eléctrica. En estos lugares aislados, la energía fotovoltaica es competitiva en costes con otras fuentes de energía convencionales, y satisface niveles de confort. De igual forma, en lugares no tan remotos, y dados los costes actuales de tendido eléctrico, se estima que desde el punto de vista de la rentabilidad económica, la energía fotovoltaica es competitiva con los costes que supone un tendido eléctrico convencional, siempre y cuando la conexión al centro distribuidor esté a una distancia superior a 1,5 km. Ahora bien, si la potencia a instalar es superior a 5 kW, los costes de un tendido eléctrico y los de una instalación fotovoltaica con sistema de almacenamiento y conversión empiezan a equipararse, y habrá de considerarse muy detenidamente la elección de un sistema autónomo. Evidentemente, si se contempla de forma comparativa el costo global de la energía convencional, imputándole los gastos derivados de su obtención, sin tener en cuenta las ayudas oficiales y contemplando los costos ambientales que genera, la energía fotovoltaica es con mucho la más rentable, como cualquier otra fuente de energía de origen renovable. Conviene resaltar la desventaja de la energía solar fotovoltaica con respecto a las energías convencionales. En primer lugar, por la necesidad de contar con un sistema de almacenamiento que supone entre un 20% y un 30% del coste total de la instalación. Porcentajes éstos que se ven incrementados entre un 15% y un 20% por los equipos de regulación, control y conversión que se precisan. En tercer lugar, por el propio costo de fabricación que puede ser dividido del siguiente modo:
- Coste de preparación de oblea ......................................... 19,0%
- Coste de producción de la célula ...................................... 14,3%
- Coste de fabricación del módulo ....................................... 13,1%
- Coste de estructura soporte .............................................. 11,9%
- Coste de ingeniería e instalación ...................................... 23,8%
- Coste de acondicionamiento de potencia............................ 7,9%.
Los costos intermediarios de cada uno de los pasos precisos para la puesta a punto de la instalación. Las conexiones directas a red disminuyen los costes que supone el sistema de almacenamiento, si bien se incrementan los de conversión y acondicionamiento de potencia, pero su progresiva utilización puede tener un futuro esperanzador. En una consideración económica global, los costes de la energía solar son, con mucho, menores a los costes de cualquier sistema convencional. En cualquier contabilidad, la pérdida de carbón, gas, paisajes modificados, y otras pérdidas añadidas que producen las fuentes de energía convencionales a todos los países, tendrían que ser repuestas, y si no puede ser así, irían contra el activo del país empobreciéndolo cada vez más y encareciendo esos productos. Sin embargo, la energía solar es gratuita, y los países deberían contemplar al sol y a los sistemas de captación de su energía como uno de sus mejores activos. Por tanto, en esta consideración económica global, la energía solar es competitiva y ventajosa.
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