Conocida como una de las fuentes de energía renovable (como la energía hidroeléctrica y la energía eólica), la energía solar fotovoltaica resulta de gran importancia para el cuidado del planeta Tierra y, por supuesto, para los avances tecnológicos en materia energética. Si te interesa conocer qué es y cómo funciona la energía solar fotovoltaica, te invitamos a continuar leyendo este artículo que hemos preparado para ti.
La energía solar fotovoltaica es aquella que se obtiene a través de la transformación directa de la energía del sol en energía eléctrica. Parece simple pero, ¿cómo se hace eso? Y, además, la energía que se consigue, ¿se puede utilizar directamente? Continuemos estudiando cómo funciona la energía solar fotovoltaica.
¿Cómo fue descubierto?
Hay algo llamado “Efecto fotovoltaico” este fue descubierto por el francés Alexandre Edmond Bequerel en 1838, cuando él estaba experimentando con una pila electrolítica con electrodos de platino comprobó que la corriente subía en uno de los electrodos cuando este se exponía al sol.
El siguiente paso se dio en 1873 cuando el ingeniero eléctrico inglés Willoughby Smith descubre el efecto fotovoltaico en sólidos. En este caso sobre el Selenio. (Esto más tarde cobra relevancia al hablar del silicio). Pocos años más tarde, en 1877, El inglés William Grylls Adams, junto con su alumno Richard Evans Day, crearon la primera célula fotovoltaica de selenio.
Si bien en todos estos descubrimientos la cantidad de electricidad que se obtenía era muy reducida y quedaba descartada cualquier aplicación práctica, se demostraba la posibilidad de transformar la luz solar en electricidad por medio de elementos sólidos sin partes móviles, y esto significaba un descubrimiento relevante.
La posibilidad de una aplicación práctica del fenómeno no llegó hasta 1953 cuando Gerald Pearson, de Bell Laboratories, mientras experimentaba con las aplicaciones en la electrónica del silicio, fabricó casi accidentalmente una célula fotovoltaica basada en este material que resultaba mucho más eficiente que cualquiera hecha de selenio. A partir de este descubrimiento, otros dos científicos de Bell, Daryl Chaplin y Calvin Fuller, perfeccionaron este invento y produjeron células solares de silicio capaces de proporcionar suficiente energía eléctrica como para que pudiesen obtener aplicaciones prácticas de ellas. De esta manera empezaba la carrera de las placas fotovoltaicas como proveedoras de energía.
Primeros pasos de la industria fotovoltaica
La primer utilización practica de la generación de energía con celdas fotovoltaicas fue en los dos primeros satélites geoestacionarios de URSS y USA. Los avances logrados con la celda de silicio en 1954 contribuyeron a la producción comercial.
La URSS lanzó su primer satélite espacial en el año 1957, y los EEUU un año después el 1 de Febrero de 1958. En el diseño de este se usaron células solares creadas por Peter Iles en un esfuerzo encabezado por la compañía Hoffman Electronics. La primera nave espacial que usó paneles solares fue el satélite norteamericano Explorer 1, lanzado en Febrero del año 1958. Este evento generó un gran interés en la producción y lanzamiento de satélites geoestacionarios para el desarrollo de las comunicaciones, en los que la energía provendría de un dispositivo de captación de la luz solar.
Fue un desarrollo de gran importancia que estimuló la investigación buscando paneles cada vez más eficientes y motivó a la industria de tecnología. El primer mercado de los paneles fotovoltaicos fue entonces dirigido al sector aeroespacial.Los resultados positivos de la misión Explorer 1 marcaron un pauta en el desarrollo de las comunicaciones y los paneles fotovolaticos. (Si quieres saber más sobre cómo se utiliza la energía solar en el espacio, te dejamos nuestro articulo que habla al respecto)
La entrada a la actualidad
Debemos saber con la entrada al nuevo milenio, nace una premisa para el desarrollo sostenible medio-ambiental. El creciente desarrollo industrial y de consumo trae como consecuencia un deterioro del medio ambiente a través de las emisiones de CO2 y otros gases que además de destruir la capa de Ozono afectan la salud del hombre.Fue entonces que Australia y Estados Unidos construyeron las más grandes Plantas Fotovoltaicas.
También debemos saber que la relación entre la radiación solar que recibe un país y su consumo de esta se debe a la cantidad de radiación solar que recibe en un tiempo determinado (puede ser anual ) En la siguiente imagen podemos ver cómo esta energía solar esta distribuida mundialmente y cuales son los países más beneficiados.
La protección del medio ambiente es compromiso de todos, gobiernos, personas e industrias. Hoy día vemos un gran crecimiento, tanto en la producción de paneles solares cada vez más económicos como en la implementación de grandes plantas solares conectadas a la red eléctrica. En Deming, Nuevo México se encuentra una planta de 300 MW y en Gila Bend, Arizona otra de 280 MW. (Mega Watts)
Por otro lado en Australia (Mildura, Victoria) se está construyendo una planta de 154 megavatios. El objetivo del gobierno australiano es llegar a 270.000 megavatios mediante generación fotovoltaica para el año 2021.
España hasta septiembre de 2007 tuvo un vertiginoso crecimiento de plantas fotovoltaicas conectadas a la red, sin embargo la actual normativa gubernamental, además de reducir el precio de compra ha limitado la cantidad de megavatios instalados por trimestre para la implementación de plantas solares fotovoltaicas.
Alemania, con menos de la mitad de horas de sol que España, ha invertido en 2012 en fotovoltaica más que España en toda su historia. Los alemanes cuentan en la actualidad con 32.698 MW frente a los 4.516 MW instalados en España. El pasado año los alemanes instalaron 7.604 MW frente a los 194 MW que se colocaron en nuestro país. Las empresas alemanas ven en la fotovoltaica la gran solución a los problemas energéticos y dentro de 8 años no se producirá ni un solo Kwh nuclear en suelo alemán.
México, el único país latinoamericano que cuenta con una industria solar, presenta el tercer precio más bajo -también a menos de 1 dólar por vatio-, siendo superado solamente por China e India. El gobierno ya ha anunciado inversiones para aumentar la capacidad de energías renovables en un 165%, lo que implicará un incremento del 54% en el potencial solar de la nación. En 2016 se registró un récord histórico en la generación bruta de energía fotovoltaica, con un valor de 556.7 GWh.
GTM Research.
Un informe elaborado por Ben Gallagher, analista solar especializado en sistemas fotovoltaicos, para GTM Research -empresa de análisis y consultoría sobre la industria eléctrica mundial- ha revelado que los precios del mercado solar fueron marcadamente más bajos en los primeros seis meses del corriente año. El estudio busca analizar las razones que derivaron en la caída de los precios, al mismo tiempo que intenta elaborar proyecciones sobre como continuará la industria solar en los próximos años.
¿Cómo se transforma la radiación solar en electricidad?
Ahora bien, cuando pensamos en este tipo de energía es posible que lo primero que se nos venga a la mente son los conocidos paneles solares. Las placas están formadas por módulos y estos, a su vez, por células fotovoltaicas, como las que fabricó Gerald Pearson. Sus células contienen una o varias láminas de material semiconductor y están recubiertas por un vidrio transparente que deja pasar la radiación solar y minimiza las pérdidas de calor.
Para transformar la radiación solar en electricidad se utilizan los paneles fotovoltaicos. Un tipo de panel solar. Los paneles están compuestos de células fotovoltaicas. Las células están formadas por un material con electrones sensibles a la radiación solar. Cuando un fotón choca contra un átomo de silicio salta un electrón generando una corriente eléctrica.
Las instalaciones fotovoltaicas pueden ser montadas en el suelo, en la azotea, en la pared o flotantes. El soporte puede ser fijo o usar un seguidor solar para estar siempre orientados al sol.
Las células solares fotovoltaicas convencionales se fabrican con silicio. Las fabricadas con este material son bastante eficientes, aunque también resultan más caras de producir por la alta dependencia en la disponibilidad del silicio.
La luz del sol (que está compuesta por fotones) incide en las células fotovoltaicas de la placa, creándose un campo de electricidad entre las capas. Así se genera un circuito eléctrico, principal responsable de cómo funciona la energía solar fotovoltaica. Cuanto más intensa sea la luz, mayor será el flujo de electricidad.
Las células fotoeléctricas transforman la energía solar en electricidad en forma de corriente continua, y esta suele transformarse a corriente alterna para poder utilizar los equipos electrónicos que tenemos en nuestras casas.
El dispositivo que se encarga de esta transformación se denomina inversor. Este transforma la corriente continua en corriente alterna con las mismas características que la de la red eléctrica a la que va a verterse, controlando la uniformidad y calidad de la señal.
Dicha corriente alterna (generada finalmente) pasa por un contador (que la cuantifica) y de allí es inyectada a la red general. Así es posible aprovechar la energía solar para transformarla en energía eléctrica.
Los paneles fotovoltaicos, en función del tipo de célula que los forman, se dividen en:
- Monocristalinas: se componen de secciones de un único cristal de silicio (reconocibles por su forma circular u octogonal, donde los 4 lados cortos, si se puede apreciar en la imagen, se aprecia que son curvos, debido a que es una célula circular recortada). Además de tener una mayor eficiencia en comparación a la tecnología policristalina, gracias a que su potencia de salida es mayor requieren una menor cantidad de espacio, favoreciendo proyectos donde este es reducido (hasta un 20% menos de área requerida). Adicional, tienen un mejor funcionamiento que otras tecnologías en condiciones de poca luz.
- Policristalinas: cuando están formadas por pequeñas partículas cristalizadas. Además de tener una menor eficiencia, en cuanto al espacio, tienen la desventaja que se requieren espacios más amplios para obtener la misma energía que con los módulos monocristalinos.A pesar de lo anterior, con el pasar del tiempo los fabricantes de los módulos policristalinos han ido mejorando su funcionamiento.
¿Cómo puede utilizarse este tipo de energía?
Además de saber cómo funciona la energía solar fotovoltaica es indispensable conocer sus aplicaciones, entre las cuales destacan:
- Una instalación aislada, sin acceso a la red eléctrica: es muy útil en poblaciones donde es difícil realizar este tipo de conexiones. La electricidad generada se destina al autoconsumo.
- Una instalación conectada a la red: en este caso la corriente eléctrica generada por una instalación fotovoltaica puede ser vertida a la red eléctrica como si fuera una central de producción de energía eléctrica. El productor sigue comprando la energía eléctrica consumida y por separado venderá lo producido. Este tipo de instalaciones disponen de contadores para medir la energía producida y enviada a la red.
¿Cuales son los usos y aplicaciones de la energía fotovoltaica?
La principal aplicación es la producción de electricidad a partir de la radiación solar.Los sistemas fotovoltaicos varían desde sistemas pequeños hasta grandes centrales eléctricas.
Los pequeños suelen ir montados en el techo o integrados en edificios con capacidades desde unas pocas hasta varias decenas de kilovatios. Las grandes centrales eléctricas a pueden generar cientos de megavatios.
Las principales técnicas y usos de esta tecnología son las siguientes:
- Sistemas integrados en tejados y edificios. Los sistemas fotovoltaicos de los tejados se suelen adaptar a los edificios existentes. Generalmente van montados sobre la estructura del techo existente o en las paredes existentes.
- Colector solar fotovoltaico térmico híbrido.Estos sistemas son sistemas que convierten la radiación solar en energía térmica y eléctrica.
- Concentrador fotovoltaico. Los concentradores utilizan lentes y espejos curvos para enfocar la luz solar en células solares pequeñas. De este modo se consigue una potencia fotovoltaica mucho mayor.
- Electrificación rural. Este tipo de aplicación solar se utiliza en aldeas rurales donde las líneas eléctricas están muy alejadas de la población.
- Centrales eléctricas. Estas centrales son granjas solares para obtener una alta producción de potencia eléctrica.
- Solar flotante. Los sistemas de energía solar flotante se instalan en sitios donde hay poca superficie de tierra disponible. Los paneles solares, en este caso, se encuentran flotando en una superficie acuática como en un pantano, lago, etc.
- Sistemas independientes. El ejemplo más claro de estos sistemas son las calculadoras solares.
- En transporte. Utilizada para obtener potencia motriz.
- Telecomunicaciones y señalización.
- Aplicaciones de naves espaciales.
Buenas razones para elegir esta energía
- Su combustible es gratuito: la energía producida por el sol es el recurso utilizado por los paneles fotovoltaicos
- Una tecnología sostenible: células fotovoltaicas se fabrican a base de silicio, un material muy abundante en la superficie de la tierra, no tóxico. Los paneles son 100% reciclables.
- La energía fotovoltaica no genera ningún ruido ni emisiones nocivas o gases contaminantes: no hay contaminación química o contaminación acústica. Energía renovable que está contribuyendo activamente para reducir el calentamiento global.
- Sistemas seguros, de alta fiabilidad: tecnología sencilla, robusta y probada, sin partes mecánicas móviles. La energía solar requiere poco o ningún mantenimiento.
La energía solar fotovoltaica en el futuro
Los nuevos materiales en investigación permitirán fabricar células fotovoltaicas más económicas y que se podrán integrar en construcciones, vehículos o incluso en la ropa
Para convertir la energía solar en una fuente competitiva y realmente al alcance de todos, los científicos se las están ingeniando para dar con alternativas al silicio: materiales fotovoltaicos diseñados desde cero para ser altamente eficientes captando los rayos del sol. La mayoría de esfuerzos están centrados en las llamadas tecnologías de película fina, celdas solares que miden desde nanómetros a unos pocos micrómetros (entre un millón y mil veces más finas que un milímetro). La idea es que, al ser tan delgadas, la cantidad de material utilizado sea tan ínfima que su coste sea muy barato.
Nuestra fantasía es una energía fotovoltaica ubicua, que esté en todas partes”
Así lo expresa el investigador del IREC (El Consejo Interestatal de Energía Renovable, en EE.UU) Alejandro Pérez: Edificios y coches capaces de generar toda la energía que consumen. Y para conseguirlo, lo que considera la mejor opción son las celdas hechas de materiales orgánicos, polímeros que, aunque no sean especialmente eficientes transformando la energía del sol –su récord está en un 11% –, ofrecen otras ventajas respecto al silicio. “Son flexibles, ligeras y el proceso de fabricación es mucho más económico”, detalla el investigador. Y, además, son transparentes, lo que las hace ideales para las ventanas.
Ahora que sabes todos los usos y ventajas de esta gran tecnología y que cada vez es más accesible a todas los públicos, debemos saber que ya no es un lujo contar con paneles solares y un sistema fotovoltaico para generar nuestra propia electricidad sino que día con día se convertirá en la opción más viable y ecologica para nuestro día a día.
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