Paneles fotovoltaicos, cuando transformamos la luz solar en electricidad

Febo en el cenit de las energías limpias

El sol como fuente de energía inagotable, renovable y limpia no es un tema de este milenio. Sus primeros estudios datan del año 1839, cuando el físico francés Alexandre-Edmond Becquerel aportaba importantes estudios sobre el magnetismo, el espectro solar, la electricidad y la óptica.

Luego, diversos científicos norteamericanos como Fritts, Ohl y hasta parte del equipo de los famosos laboratorios telefónicos Bells, avanzan hacia lo que hoy conocemos como la “época moderna de la celdas fotovoltaicas”, cuando accidentalmente y experimentando con semiconductores, descubren que el silicio con algunas impurezas es muy sensible a la luz y de esta forma, se fabrica un panel solar con estas características tan particulares.

El impacto fue tan importante que sentó las bases para utilizar esta tecnología en dos de los primeros satélites geoestacionarios de Estados Unidos y Rusia; siendo hoy una opción muy solicitada por agencias espaciales nacionales e internacionales, quienes cuentan con los paneles más eficientes del mercado.

Como generamos la electricidad?

Estos innovadores sistemas permiten transformar la luz solar en energía eléctrica. Esto se logra cuando una partícula luminosa con carga energética – el fotón – se convierte en energía eléctrica – voltio –, tomando así el nombre de energía fotovoltaica.

Cuando la radiación solar impacta sobre el panel fotovoltaico, se desprenden electrones del material que conforma cada célula fotoeléctrica y comienza a circular en el material y genera una diferencia de potencial, produciendo una corriente eléctrica.

El material más usado en la actualidad para fabricar células fotoeléctricas es el silicio, aunque, existe un próspero avance en el estudio de paneles confeccionados con otros materiales como las células solares plásticas, argumento que permitiría reducir considerablemente los costos de su fabricación y la masificación de su uso en los más variados emprendimientos.

Componentes de los Sistemas solares fotovoltaicos aislados

Pensando en un uso hogareño, para poder disponer de la electricidad de manera similar a la generada por el proveedor de fuentes de energía convencional, precisamos armar un sistema que nos permita administrar y asimismo, poder contar con energía en los momentos que no hay sol. Estos sistemas se conocen como sistemas solares aislados o cerrados y cuentan con los siguientes elementos:

• Paneles fotovoltaicos: Con los cuales captamos la luz solar y la convertimos en energía eléctrica.
• Baterías: donde podemos almacenar las energía eléctrica que producen los paneles y utilizarla en horarios nocturnos, días lluviosos, cortes de luz, etc. Generalmente son baterías solares de gel, ion-litio u otros componentes; que se encuentran confeccionadas de una forma que permite la carga y entrega de energía de manera regulada y continua en un período de tiempo prolongado.
• Regulador de carga: permite regular la forma en la que la batería va recibiendo la energía producida por los paneles y almacenada en nuestro banco de almacenamiento. A su vez, regula la entrega de energía eléctrica a los otros componentes del sistema, ya sea al inversor, o los consumos. Su función es muy importante a la hora de extender la vida útil de los componentes del sistema, ya que la intermitencia de energía solar y su intensidad son factores poco predecibles pues dependen del clima del lugar, la estación del año, la geografía del entorno y otros factores que difícilmente podemos controlar.
• Inversor de corriente: los paneles solares producen electricidad de corriente continua, es por ello que generalmente se utiliza un inversor de energía, que permite convertir esta generación en electricidad de corriente alterna, ya que la mayoría de los artefactos –luminarias, electrodomésticos, dispositivos tecnológicos, etc. – que utilizamos en nuestra vivienda se encuentran estandarizados bajo esta norma.
• Protecciones: fusibles, llaves termo-magnéticas y disyuntores nos permitirán cumplir con las normas de seguridad de cualquier sistema eléctrico.

Los componentes de este tipo de sistemas tienen una vida útil promedio que ronda los 20 años y pueden convertirse en una muy buena opción en viviendas aisladas, con pocos consumos y en zonas poco urbanizadas, ya que no necesitan tener acceso a la red eléctrica del lugar.

Sin embargo, suponen una inversión inicial por demás considerable ya que la mayoría de ellos no se producen en el país, y nos obliga a realizar un consciente análisis de consumos cotidianos a fin de ser más eficientes y por lo tanto, bajar los costos que supone generar la electricidad de esta forma.

Sistemas fotovoltaicos conectados a la red

A diferencia de los sistemas aislados, este tipo de conexiones necesita tener acceso a la red eléctrica convencional, ya que no posee un banco de almacenamiento de energía adicional.

La energía producida por los paneles solares en el día, es utilizada por los diferentes consumos de la vivienda de manera directa, contando con una conexión a la red eléctrica convencional para poder suplir los mismos en los momentos donde no hay sol. El punto más atractivo de este tipo de conexiones es que poseen un contador de energía bidireccional, que permite vender el excedente de electricidad generada a la compañía de electricidad local, reduciendo de esta forma el gasto de nuestras facturas.

Plantas fotovoltaicas

Los sistemas solares conectados a la red pueden ser tan grandes que es posible proveer de electricidad a toda una ciudad. Para ello, es necesario contar con la legislación y los equipos adecuados a la dimensión de este tipo de emprendimientos.

Existen centrales de torre central, donde un conjunto de espejos direccionales llamados heliostatos reciben la radiación solar y la concentran en un punto de la torre. Esta torre actúa como un gran horno y el calor concentrado es transferido a un fluido que circula por una caldera y lo transforma en vapor, que termina por impulsar una turbina, encargada de generar la electricidad.

Por otro lado, los parques fotovoltaicos conectan una gran cantidad de paneles en serie, que luego de transformar la energía eléctrica de corriente continua a corriente alterna en el paso por el inversor; pasa por una central de transformación donde se adecua a las condiciones de intensidad y tensión de las líneas de transporte de la red eléctrica convencional a la cual se encuentra conectada.

Como una opción superadora se encuentran los parques fotovoltaicos conectados a una red inteligente que permite una generación distribuida de electricidad producida por el aprovechamiento fuentes renovables. Esto se logra promoviendo la participación activa del usuario que por medio de pequeñas fuentes – ya sean solares o eólicas – se suman a la red de generación y distribución de energía eléctrica del lugar.

Como influye la eficiencia energética?

El aprovechamiento de la energía solar se encuentra actualmente en franco ascenso y no deja de crecer su publicidad y promoción. La energía es el motor de nuestras actividades, y si de energía eléctrica se trata, tenemos allí el mayor porcentaje de consumos a suplir en un día cualquiera de trabajo.

Es por ello que nuevas regulaciones sobre la generación de electricidad por fuentes renovables plantean la posibilidad de diversificar la matriz energética del país en sistemas mixtos de generación distribuida que inyecten este tipo de energía a la red eléctrica nacional.

De la mano de esta gran apuesta es necesario plantearnos la posibilidad de ser eficientes en el uso de la energía eléctrica y lograr así un óptimo resultado en términos de costo/beneficio.

Estudios sobre eficiencia energética realizados por el INTI nos indican que si optamos por una heladera de clase A (220,8 kWh/año) en vez de clase D (401,5 kWh/año), lograremos alrededor de un 40% de ahorro de electricidad en su uso. Considerando la radiación solar de invierno en CABA en 3,1kW/m2, necesitaríamos 3 módulos fotovoltaicos de 100 Wp  con la primera opción, en vez de 5 módulos que nos llevaría la segunda.

Enterate en tu ciudad si podés estudiar este nuevo oficio y comentame que te parece!