Energía Fotovoltáica
Definición:
Este tipo de energía se utiliza principalmente para producir electricidad a gran escala a través de redes de distribución, pero también permite alimentar numerosas aplicaciones y dispositivos autónomos, así como proporcionar refugios de montaña o casas aisladas de la red eléctrica. Debido a la creciente demanda de energía renovable, la fabricación de células solares e instalaciones fotovoltáicas ha avanzado considerablemente en los últimos años.
Los programas de incentivos económicos, primero y después, los sistemas fotovoltáicos de autoconsumo y el balance neto sin subvenciones, han apoyado la instalación de la energía fotovoltáica en un gran número de países. Como resultado, la energía solar fotovoltáica se ha convertido en la tercera fuente de energía renovable más importante en términos de capacidad instalada a nivel mundial, después de la energía hidroeléctrica y eólica. A principios de 2017, se estima que en todo el mundo se han instalado unos 300 GW de potencia fotovoltáica.
Principio de funcionamiento
Cuando un semiconductor dopado se expone a la radiación electromagnética, emite un fotón, que llega a un electrón y lo elimina, creando un agujero en el átomo. Normalmente, el electrón encuentra rápidamente otro agujero para reponerlo, y la energía suministrada por el fotón se disipa en forma de calor. El principio de una célula fotovoltáica es forzar a los electrones y a los agujeros a moverse hacia el lado opuesto del material, en lugar de simplemente recombinarse en él: así, habrá una diferencia de potencial y por lo tanto de tensión entre los dos lados del material, como sucede en una célula.
Para ello, se crea un campo eléctrico permanente mediante una unión pn entre dos capas dopadas respectivamente, p y n. Por lo tanto, en las células de silicio, que son las más utilizadas, se crean:
La capa superior de la célula, que se compone del tipo dopado con silicio. En esta capa, hay más electrones libres que en una capa de silicio puro, de ahí el nombre dopaje n, negativo. El material permanece eléctricamente neutro, ya que tanto los átomos de silicio como los del material contaminante son neutros: pero la red cristalina tiene una mayor presencia de electrones globalmente que en una red de silicio puro.
La capa inferior de la célula, que se compone de un tipo dopado con silicio. Esta capa, por lo tanto, tiene una cantidad media de electrones libres menor que una capa de silicio puro. Los electrones se conectan a la red cristalina, que por lo tanto es eléctricamente neutra, pero tiene huecos positivos (p). La conducción eléctrica está garantizada por estos transportadores de carga, que se desplazan por todo el material.
¿Cuáles son los beneficios de la energía fotovoltáica?
La energía eléctrica generada por los paneles solares fotovoltáicos es inagotable y no contamina, lo que contribuye al desarrollo sostenible, además de favorecer el desarrollo del empleo local. Del mismo modo, se puede utilizar de dos formas diferentes: se puede vender a la red eléctrica o se puede consumir en lugares aislados donde no existe una red eléctrica convencional.
Por este motivo, es un sistema especialmente indicado para zonas rurales o aisladas donde la línea eléctrica no llega o es difícil o costosa de instalar o para zonas geográficas cuyo clima permite muchas horas de sol al año.
El coste de instalación y mantenimiento de los paneles solares, que tienen una vida media de más de 30 años, ha disminuido significativamente en los últimos años, a medida que se ha ido desarrollando la tecnología fotovoltáica. Requiere una inversión inicial y pequeños gastos de funcionamiento, pero una vez instalado el sistema fotovoltáico, el combustible es gratuito y de por vida. Por lo tanto estos beneficios se pueden resumir en:
- Renovables
- Sin fin
- No contaminante
- Escalable desde grandes plantas hasta sistemas residenciales
- Apto para zonas rurales o aisladas
- Contribuye al desarrollo sostenible
- Fomento del empleo local
Eficiencia energética fotovoltáica
Dependiendo de la construcción, los módulos fotovoltáicos pueden producir electricidad a partir de un rango de frecuencia de luz, pero generalmente no pueden cubrir todo el rango de energía solar (específicamente, luz ultravioleta baja o difusa, infrarroja y). Por lo tanto, gran parte de la energía de la luz solar incidente no es utilizada por los paneles solares, que podrían proporcionar eficiencias mucho mayores si se iluminara con luz monocromática.
Por lo tanto, otro concepto de diseño es dividir la luz en diferentes longitudes de onda y dirigir los haces en diferentes celdas sintonizadas para estos rangos. Esto está diseñado para aumentar la eficiencia en un 50%. Los científicos informaron del desarrollo de células solares multiunión con una eficiencia superior al 40%, un nuevo récord mundial para las células solares fotovoltáicas, también predicen que la concentración de células solares puede alcanzar eficiencias de más del 45% o incluso el 50% en el futuro, con eficiencias teóricas de alrededor del 58% en células con más de tres uniones.
Actualmente, la mejor tasa de conversión de la luz solar en energía fotovoltáica en nuevos productos comerciales alcanza una eficiencia de los módulos solares de alrededor del 21,5%.
Aplicaciones de la energía solar fotovoltáica
- Aprovechamiento de la energía solar fotovoltáica para el alumbrado público.
- La principal aplicación de una instalación de energía solar fotovoltáica es la producción de energía eléctrica a partir de la radiación solar.
- La producción de energía puede ser a gran escala para el consumo general o a pequeña escala para el consumo en pequeñas viviendas, refugios de montaña o lugares aislados.
Tipos de instalaciones fotovoltáicas
Instalaciones fotovoltáicas para conexión a red:
Cuando la energía producida se utiliza íntegramente para su venta a la red de distribución.
Instalaciones fotovoltáicas aisladas:
Se utilizan para el autoconsumo, ya sea una vivienda unifamiliar, una estación de retransmisión de telecomunicaciones, el bombeo de agua para riego, etc.
Dentro de las aplicaciones de la energía fotovoltáica no conectada a red encontramos en muchos ámbitos de la vida cotidiana. La energía fotovoltáica se utiliza en pequeños dispositivos como las calculadoras, como el alumbrado público en determinadas zonas, para eliminar los motores eléctricos, e incluso se han desarrollado coches y aviones que funcionan exclusivamente utilizando la radiación solar como fuente de energía.
Dentro de las instalaciones fotovoltáicas conectadas a la red hay plantas de energía solar fotovoltáica. Una planta fotovoltáica, también un parque solar, es una gran central eléctrica diseñada para vender su producción a la red eléctrica. También se le conoce como parque solar, especialmente si se encuentra en zonas agrícolas.
Historia de la energía fotovoltáica
La energía fotovoltáica generada con el efecto fotovoltáico fue reconocida por primera vez en 1839 por el físico francés Becquerel. Sin embargo, no fue hasta 1883 que Charles Fritts construyó la primera célula solar con una eficiencia del 1%. Durante la primera mitad del siglo XX, hubo varias mejoras para aumentar su eficiencia.
En 1946, Russell Ohl patentó la moderna unión de los materiales semiconductores utilizados en la actualidad. Pero el avance tecnológico más importante se produjo en 1954, cuando Bell Laboratories, experimentando con semiconductores, desarrolló la primera célula fotovoltáica de silicio, con un rendimiento del 4,5%.
Energía solar fotovoltáica
Sólo disponible cuando el sol brilla (en cuanto a generación se refiere), la energía solar fotovoltáica es lo que permite captar la luz solar para convertirla en electricidad que satisfaga las necesidades de cualquier hogar o espacio comercial.
Si todo esto es posible, es gracias a lo que se conoce como el efecto fotovoltáico, que es crucial para la producción de electricidad a partir del sol. Aquí entran en juego varios componentes. El primero, las partículas que componen la luz solar (fotones) y su impacto en los paneles solares, con los que se liberan los electrones.
Es ahí donde entran en juego los componentes más importantes de las placas fotovoltáicas, en concreto los conductores que incorporan, en la mayoría de los casos, silicio. Generalmente integrados por un positivo y un negativo, estos crean un campo eléctrico por el que circulan los electrones una vez activados, de forma que se produce la corriente.
Instalación solar fotovoltáica
Obviamente, los paneles son esenciales dentro de ese mecanismo. El proceso descrito anteriormente se produce, en particular, las pequeñas porciones del panel, que se divide en una multitud de células solares de silicio, en general, u otros materiales que también permiten el uso de la energía, y promover una reducción de los costos.
Así, los paneles en los que los impactos de la luz están formados por una multiplicidad de pequeñas células que dan lugar a módulos y, éstos, a un panel en sí mismo. Aunque esto es un hecho, vale la pena destacar: más paneles, más generación de electricidad. Ahora, calcular bien el número de paneles es una de las claves de cualquier instalación, porque pecar por exceso incrementará los costes de los mismos sin necesidad de existir. Si, por el contrario, es defectuoso por defecto, la energía capturada no será suficiente para satisfacer las necesidades.
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