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PANELES SOLARES Y GENERACION DE ENERGA ELECTRICA.
I.) INTRODUCCIONLa energa solar es uno de los tipos de
renovables llamado "energas verdes", pues no son contaminantes y no
representan un problema grave en lo relativo alreciclaje. Existen
varios tipos de energa solar, y entre ellos podemos encontrar la
energa solar fotovoltaica, para producirelectricidad, energa solar
termoelctrica, para producir electricidad a travs de un fluido,
energa solar trmica, para produciraguacaliente de baja temperatura,
etc.
Actualmente varios pases se han tomado en serio el tema de la
energa solar, principalmente los primermundistas, que son a su vez
los responsables de la mayor cantidad de emisiones de CO2 hacia
laatmsfera. Si todo va bien y si el problema se encara desde una
perspectiva seria,la organizacinecologista Greenpeace calcula que
dentro de veinte aos la energa solar podra alimentar 2/3 de las
necesidades energticas de lapoblacinmundial (Dan,
Ojocientifico.com, 2010).
Las energas renovables, tambin denominadas energas verdes,
sonfuentesde energa amigable con elmedio ambiente, es decir que no
contaminan y que a su vez su utilizacin no implica el agotamiento
de la misma. (Fernandez, 2012)
El funcionamiento de los paneles solares se basa en el llamado
efecto fotovoltaico. Esto es, cuando la radiacin solar sobre un
material semiconductor convenientemente tratado, produce
electricidad. En el momento en que la luz solar alcanza el panel,
los diferentes elementos de la luz transmiten su energa a los
electrones del material semiconductor.As se crea uncambioa nivel de
tomos que se liberan del material semiconductor a travs de un
circuito externo y como resultado, se produce la electricidad. Los
fotones que conforman la luz solar impactan sobre la superficie del
panel solar, penetrando en lossemiconductoresque estn construidos
conmaterialescomo el silicio o el arseniuro de galio.Un panel solar
est formado por un conjunto de clulas fotovoltaicas que producen
electricidad a partir de la luz solar. Hay que diferenciar los
paneles solares con los colectores solares, estos ltimos funcionan
recibiendo elcalordel Sol para luego transferirlo hacia un
compartimento donde se almacena el calor. Este tipo de dispositivo
solar sirve para calentar agua y no para generar electricidad.
II.) MARCO TEORICO-PANELES SOLARES:
Unpanel solares un mdulo que aprovecha laenergade laradiacin
solar. El trmino comprende a loscolectores solaresutilizados para
producir agua caliente (usualmente domstica) y a lospaneles
fotovoltaicosutilizados para generarelectricidad.
Los paneles fotovoltaicos: estn formados por numerosas celdas
que convierten laluzenelectricidad. Las celdas a veces son
llamadasclulas fotovoltaicas, del griego "fotos", luz. Estas celdas
dependen delefecto fotovoltaicopor el que la energa luminosa
produce cargas positiva y negativa en dos semiconductores prximos
de diferente tipo, produciendo as un campo elctrico capaz de
generar una corriente.
-GENERACION DE ENERGIA ELECTRICA:
En general, lageneracin de energa elctricaconsiste
entransformaralguna clase
deenerga(qumica,cintica,trmicaolumnica,nuclear,solarentre otras),
enenerga elctrica. Para la generacin industrial se recurre a
instalaciones denominadas centrales elctricas, que ejecutan alguna
de las transformaciones citadas.
Estas constituyen el primer escaln delsistema de suministro
elctrico. La generacin elctrica se realiza, bsicamente, mediante
ungenerador; si bien estos no difieren entre s en cuanto a su
principio de funcionamiento, varan en funcin a la forma en que se
accionan. Explicado de otro modo, difiere en qu fuente de energa
primaria utiliza para convertir la energa contenida en ella, en
energa elctrica.
III.) OBJETIVOS:
Aprender de manera bsica qu es un panel solar y cmo
funciona.
Dar a conocer cmo se da la generacin de energa mediante los
paneles solares.
Dar a conocer las aplicaciones que se puede emplear los paneles
solares.
Conocer los diferentes usos y los beneficios de un panel
solar.
IV.) FUNDAMENTO TEORICO
Se trata de la Energa solar fotovoltaica, un tipo de energa
renovable utilizada para generar electricidad. Funciona
transformando de forma directa la radiacin solar en electricidad
gracias a unos Paneles fotovoltaicos, formados de Celdas
fotovoltaicas.La generacin de energa solar es uno de los mtodos ms
limpios de produccin de energa ideado por el hombre hasta ahora, ya
que se basa en la conversin de la captacin de la radiacin solar y
su transformacin en electricidad (fotovoltaica).Los rayos solares
son una fuente bsica de energa inagotable, el 99.98% de la energa
proviene del sol como energa radiante y equivale a 173,000 x
1012Watts -unidad de medida de generacin de energa-. De esta
energa, el 77% es reflejada o devuelta al exterior. Slo el 23% es
retenido en la tierra, este porcentaje se emplea casi todo en el
ciclo hidrolgico -evaporacin, conveccin, precipitacin y corrientes
de agua, entre otras formas-; una pequea fraccin 0.2% da lugar a
olas, vientos y fenmenos de conveccin en la atmsfera y una fraccin
an menor 0.02 % es capturada y transformada por las plantas en el
proceso de fotosntesis e ingresa de esta forma al sistema trfico
que sustenta la vida sobre la tierra.Esta gran cantidad de energa
puede captarse para generar ENERGA ELCTRICA, una alternativa
tecnolgica moderna para obtenerla, son los paneles solares formados
por celdas fotovoltaicas, que transforman de manera directa la
radiacin solar en electricidad.
Energia Solar Panel SolarFig. 1
CELDAS FOTOVOLTAICASLas celdas fotovoltaicas son dispositivos
formados por metales sensibles a la luz que desprenden electrones
cuando los rayos de luz inciden sobre ellos, generando energa
elctrica. Estn formados por celdas hechas a base de silicio puro
con adicin de impurezas de ciertos elementos qumicos, siendo
capaces de generar cada una de 2 a 4 Amperios, a un voltaje de 0.46
a 0.48 Voltios. Estas celdas se colocan en serie sobre paneles o
mdulos solares para conseguir un voltaje adecuado a las
aplicaciones elctricas; los paneles captan la energa solar
transformndola directamente en elctrica en forma de corriente
continua, que se almacena en acumuladores, para que pueda ser
utilizada fuera de las horas de luz. Los mdulos fotovoltaicos
admiten tanto radiacin directa como difusa, pudiendo generar energa
elctrica incluso en das nublados.Una de las ventajas de esta
tecnologa es porque es modular, lo que permite fabricar desde
pequeos paneles, tiles para los techos de las casas o hasta grandes
plantas fotovoltaicas que pueden generar gran cantidad de energa.
Pero tambin es una tecnologa limpia ya que es renovable e
inagotable y no contamina, no emite CO2y los gastos de
mantenimiento son mnimos.
Celdas FotovoltaicasFig. 2
Parque FotovoltaicoFig. 3
Los elementos principales de un panel solar son:
Generador Solar: un conjunto de paneles fotovoltaicos que captan
energa luminosa y la transforman en corriente continua a baja
tensin Acumulador: Almacena la energa producida por el generador y
transforma a travs de un inversor la corriente continua en
corriente alterna. Regulador de carga: su funcin es evitar
sobrecargas o descargas excesivas al acumulador, puesto que los
daos podran ser irreversibles; Inversor (opcional): se encarga de
transformar la corriente continua producida por el campo
fotovoltaico en corriente alterna, la cual alimentar directamente a
los usuarios.
Casa con Sistema (Paneles) SolarFig. 4
APLICACIONES
Tradicionalmente este tipo de energa se utilizaba para el
suministro de energa elctrica en lugares donde no era rentable la
instalacin de lneas elctricas. Con el tiempo su uso se ha ido
diversificando hasta el punto que actualmente resultan de gran
inters las instalaciones solares en conexin con la red
elctrica.
La energa fotovoltaica tiene muchsimas aplicaciones, podemos
disponer de electricidad en lugares alejados de la red de
distribucin elctrica. De esta manera, podemos suministrar
electricidad a casas de campo, refugios de montaa, bombeos de agua,
instalaciones ganaderas, sistemas de iluminacin.Mediante sistemas
fotovoltaicos conectados a red, una aplicacin que consiste en
generar electricidad mediante paneles solares fotovoltaicos e
inyectarla directamente a la red de distribucin elctrica, hay
compaas que distribuyen energa elctrica a casas o empresas, como
ocurre actualmente en pases como Espaa, Alemania o Japn.
Espaa es uno de los primeros pases con ms potencia fotovoltaica
del mundo, con una potencia acumulada instalada de 3,523 Megawatts
(MW). Tan solo en 2008 la potencia instalada en Espaa fue de unos
2,500 MW. Alemania es en la actualidad el segundo fabricante
mundial de paneles solares fotovoltaicos tras Japn, con cerca de 5
millones de metros cuadrados de paneles solares, aunque slo
representan el 0.03% de su produccin energtica total. La venta de
paneles fotovoltaicos ha crecido en el mundo al ritmo anual del 20%
en la dcada de los noventa.
PANELES SOLARES EN NUESTRAS CASAS?
Los paneles fotovoltaicos actualmente se pueden obtener a
precios moderados que resultan ya totalmente competitivos para
generar energa en nuestras casas a un precio que merece la pena. Y,
puesto que el precio de los paneles no va a aumentar (si acaso
permanecer a un valor constante unos aos antes de seguir
disminuyendo) y puesto que el resto de fuentes energticas utilizan
recursos cada vez ms escasos (gas, carbn, uranio) que s van a
aumentar su costo en un futuro, la energa solar fotovoltaica es ya
competitiva y lo va a ser cada vez ms.El modelo ms desarrollado en
Espaa es el conocido como huerta solar, que consiste en la
agrupacin de varias instalaciones de distintos propietarios en
suelo rstico. Cada instalacin tiene una potencia de hasta 100kw que
es el umbral que estableca la legislacin para el mximo precio de
venta de energa elctrica. Estas instalaciones pueden ser fijas o
con seguimiento, de manera que los paneles fotovoltaicos estn
instalados sobre unas estructuras que se mueven siguiendo el
recorrido del sol para maximizar la generacin de electricidad.La
demanda de este tipo de instalaciones ha sido tal que en los ltimos
aos se han saturado las lneas elctricas de muchas zonas rurales, a
la vez que se ha aumentado el precio de parcelas rsticas y se han
disparado las solicitudes de punto de conexin.Para el uso de esta
tecnologa, se realizan diversas lneas de investigacin en energa
fotovoltaica que tienen el objetivo de incrementar el rendimiento
de las celdas rgidas minimizando el impacto ambiental de la
purificacin del silicio; conseguir celdas flexibles; o, mediante
nanotecnologa, vincular fotosntesis y efecto fotovoltaico.
TIPOS DE PANELES SOLARES:
Existen dos tipos de paneles solares y que son los paneles
fotovoltaicos tradicionales, que quizs sean ms conocidos, y los
paneles de capa fina.
Mdulos Solares de Celdas de Silicio:
Las celdas fabricadas de bloques desilicio('ingots') son las ms
comunes. La experiencia comprob una vida til con frecuentemente ms
de 40 aos sin ningn mantenimiento. Se distinguen entre placas
compuestas de celdas monocristalinas (izquierda) y policristalina
(derecha). En la prctica la diferencia entre ambas es mnima. La
mayor eficiencia de las monocristalinas puede tener importancia
cuando el espacio disponible es reducido. Frecuentemente con placas
policristalinas se puede conseguir ms energa por el mismo
precio.Tradicionalmente se discutieron dos argumentos en contra de
este tipo de placas solares: Aunque el silicio es muy abundante
(por ejemplo en arena), la cantidad con suficiente pureza
(99.9999%) es limitada y consecuentemente caro. Una escasez de
silicio de alta purezaanunciado en 2005 fue evitada con nuevos
descubrimientos y mejores procesos de fabricacin.
Celdas Monocristalinas Celdas Policristalina Fig. 5 Fig. 6
Las placas de silicio fabricadas hoy con procesos modernos y
celdas ms finas necesitan menos de dos aos para producir la energa
que se us para su propia fabricacin (vea por ejemploMariska de
Wild-Scholten 'Environmental profile of PV mass production:
globalization'. La empresa Noruega Elkem logra recuperar la energa
usada para la fabricacin de sus ingots en 1.3 meses). En pases de
alta radiacin como en el Per, este tiempo de retorno todava es ms
corto.
Placas solares de capa fina:Para reducir los costos de produccin
y salir de la posible escasez de silicio se empezaron a investigar
e invertir en placas de otros materiales. A parte de paneles
solares de capa fina (thin film solar cells) consilicio (amorfas),
se logr una importante reduccin de los costos usando otros
elementos.Los ms importantes son mdulos de capa delgada de cobre,
indio y selenio (CIS) o de cobre, indio, galio y selenio (CIGS) y
mdulos de capa delgada a base de cadmio y telurio (CdTe).Modernos
procesos como por ejemplo tecnologas de imprenta resultan en capas
ultra finas usando menos materia prima.Inversiones masivas en estas
nuevas tecnologas (en gran parte asegurado por programas
gubernamentales) permitieron instalaciones de parques solares de
gran tamao, con el resultado de que la empresa First Solar (EEUU)
con sus placas tipo CdTe se convirti en el 2009 temporalmente en el
productor fotovoltaico ms grande del mundo.
Celdas flexibles:
Fig. 8
Las nuevas formas de produccin permiten tambin producir celdas
flexibles que abren posibilidades que la rigidez de los paneles
tradicionales no permitieron. Estas celdas cada vez ms se
incorporan en la ropa, mochilas, sombrillas, etc. A parte de
aplicaciones especiales, sirven para cargar aparatos de poco
consumo. As se puede evitar un celular descargado, alimentar otros
aparatos porttiles o tener luz en la playa una vez que se va el
sol.
Capas transparentes:Un desarrollo prctica es la recin empezada
produccin de ventanas con capas finas semi-transparentes. Es una
vlida alternativa arquitectnica para incluirlas en edificios. Con
estas se puede reemplazar los vidrios polarizados y usar la energa
generada para apoyar la climatizacin de los edificios.Celdas
orgnicas:Celdas orgnicas ya se puede tejer en la ropa, por ejemplo
para cargar aparatos de telecomunicacin. Con esta invencin el Prof.
Grtzel gan el Premio Tecnolgico del Millenium en el 2010. Contario
de las celdas cristalinas, tienen la ventaja que la eficiencia
aumenta con la temperatura.
Eficiencias de Celdas Fotovoltaicos
Aparte de reducir los costos de la produccin relativamente
complicada y especializada, el reto ms importante es aumentar la
eficiencia.Existe una sana competencia entre instituciones
cientficas internacionales. En los laboratorios se lograron
eficiencias de ms de 40%. La grfica muestra este proceso (fuente
National Renewable Energy Laboratory, NREL). Lamentablemente faltan
aos, hasta que estos productos de mejor eficiencias sean
disponibles comercialmente.Para el uso normal, las celdas
monocristalnas son las ms eficientes, seguidas por las
policristalinas. Mientras los mejores paneles monocristalinos
superan ligeramente el 20%, la mayora de los paneles en produccin
hoy captan alrededor del 15% de la energa disponible de la luz.Los
paneles amorfos y otros de capa fina pocas veces superan el 10%.
Para usos especiales (por ejemplo satlites y elMars Rover) se
producen mdulos dearseniuro de galio (GaAs)que alcanzan una
eficiencia de 30% o unen varios elementos (clulas fotovaltaicos
multiunin) superando 40% (vea grfica).. Mientras las placas mono- y
policristalinas son garantizadas de producir 80% de su energa sobre
25 aos,Cules con las ventajas de la tecnologa fotovoltaica?
Esmodular: se pueden hacer grandes plantas en el suelo, o pequeos
paneles para tejados. No contamina: se trata de una energa
renovable que no emite CO2.Losgastos de mantenimiento y explotacin
son casi 0. Esinagotable.
V.) CONCLUCIONES y RECOMENDACIONES La energa solar es uno de los
tipos de energa que est en mayor crecimiento ya que esta tipo de
fuente energa no daa al planeta con gases txicos como el C02. Si
deseas utilizar laenerga solaren tu casa, debes de conocer todo el
entorno, si en el lugar donde vives est rodeado de rboles (por las
sombras que esta dan), que tipo de clima hay, que tan a menudo
llueve. Sabiendo las respuestas a este tipo de preguntas, si el
clima es mayormente soleado entonces es una muy buena idea utilizar
energa solar para tu hogar.
VI.) BIBLIOGRAFIA
- Cientificos, T. (05 de Julio de 2005).textoscientificos.com.
Recuperado el 01 de Noviembre de 2012, de
textoscientificos.com:http://www.textoscientificos.com/energia/aplicaceldas
-Mendez Muiz, J. M., & Cuervo Garcia, R. (2007).Energia
solar fotovoltaica.Madrid,Espaa: FUNDACION CONFEMETAL.
-Energa Verde Alternativa, S. d. (-- de -- de 2011).Energa verde
alternativa. Recuperado el 04 de Noviembre de 2012, de Energa verde
alternativa: http://www.evamexico.com/Que_es_Energia_Solar.html