La energía solar, por sus cualidades medioambientales, ofrece respuestas a la necesidad actual de limitar el uso de energías fósiles y aportar una diversificación de los recursos. Hoy en día, los avances tecnológicos llevados a cabo por el sector de la investigación, promete un desarrollo importante en un futuro cercano.
1Descripción
El solar fotovoltaico corresponde a la tecnología que permite captar la energía solar a través de paneles con el fin de transformarla en energía eléctrica.
Esta tecnología es una solución viable para la sustitución de las energías fósiles, considerando que se trata de una fuente energética inagotable y gratuita, que no emite gases de efecto invernadero al medio ambiente.
Esta energía eléctrica es producida a través de celdas de silicio, que entregan corriente continua a partir de los fotones de la radiación solar. Estas celdas se encuentran ubicadas en paneles los cuales se encuentran conectados a un inversor (ondulador), cuya función es transformar esta corriente continua en alterna. Esta energía producida puede ser consumida por el usuario final y en caso de grandes instalaciones introducida en la red eléctrica.
2Componentes
Una celda fotovoltaica (15 cm por 15 cm) está constituida de dos capas de silicio cristalino, con una serie de modificaciones para poder fomentar el desplazamiento de electrones (corriente). Estas dos capas son las siguientes:
- La primera capa dispone de silicio con átomos de fósforo.
- La segunda capa de silicio lleva átomos de boro.
Esta disposición crea un campo eléctrico, ya que el átomo de fósforo posee un electrón suplementario en su capa externa, y el átomo de boro uno menos.
Los fotones de la radiación solar penetran en el silicio, conduciendo las diversas cargas eléctricas, generando un desplazamiento de los electrones de la capa externa de los átomos de fósforo hacia los huecos de los átomos de boro. Estos electrones son recolectados en la malla de metal.
Tal y como se observa en el esquema adjunto una celda fotovoltaica de tecnología cristalina está compuesta de varias capas activas:
- Una capa anti reflejante en la parte delantera para favorecer la captación del máximo número de fotones.
- Una malla conductora que recolecta los electrones.
- Una capa de silicio con átomos de fosforo que es portadora de cargas positivas.
- Una capa de silicio con átomos de boro que es portadora de cargas libres negativas (electrones).
- Un contacto metálico en la parte trasera para recolectar las cargas positivas.
3Aplicaciones y criterios de implantación
Existen tres grandes tipos de celdas fotovoltaicas en el mercado cuya instalación depende de las características arquitectónicas del recinto y de las necesidades de energía:
Células monocristalinas
El silicio es fundido dos veces para solidificarse y formar un único cristal de grandes dimensiones. Este cristal es posteriormente recortado para formar las celdas. Su color es azul. Este tipo de celda se instala en zonas donde no hay gran superficie disponible, ya que genera más corriente en menos superficie.
Células policristalinas
Este tipo de celdas son las más extendidas en el sector solar fotovoltaico. Se elaboran a partir de un bloque de silicio cristalizado en pequeños cristales cuyas orientaciones son diferentes. Su color es azulado pero no uniforme. Su costo es inferior al de las células monocristalinas. Este tipo de celda es menos costoso que el anterior, y de igual forma se instala en zonas de superficie limitada.
Células amorfas
Esta celda está compuesta de un soporte de vidrio o material sintético en el que se disponen finas capas de silicio. Su estructura no es homogénea como la de un cristal.
Este tipo de celda funciona en condiciones de radiación baja (relojes, calculadoras…).
La flexibilidad de los paneles permite su uso sobre superficies curvas y su poco peso le da ventajas de limitar las obras estructurales.
4Eficiencia
La potencia de un panel solar se expresa en watts pico y corresponde a la potencia producida por el panel que recibe una irradiación de 1000 W/m². Su rendimiento es proporcional a la energía captada y transformada en electricidad.
El rendimiento de los diferentes tipos de paneles fotovoltaicos depende de sus características:
- Paneles monocristalinos: Este tipo de paneles ofrecen el mayor rendimiento y se sitúa entre 14% y 19% de transformación de energía solar a electricidad.
- Paneles policristalinos: Estos equipos tienen un rendimiento inferior al anterior y suele situarse entre 11% y 15%. Cuanta menos irradiación, menor es su rendimiento.
- Paneles amorfos: Estos captadores disponen del rendimiento más bajo y se sitúa entre el 5% y 7%. Este tipo de panel funciona correctamente sin sol o poca radiación, pero su producción es muy débil.
En México, la radiación media anual es muy buena y relativamente homogénea sobre el territorio, obteniendo un uso interesante de instalaciones solares.
5Ventajas e Inconvenientes:
Como ventajas principales de la instalación de energía solar fotovoltaica son las siguientes:
- Las instalaciones fotovoltaicas son fiables y no requieren de un gran mantenimiento.
- Su instalación es muy simple y se adapta fácilmente a la estructura de los edificios.
- Es una fuente de energía inagotable, gratuita y que no genera ruidos molestos.
Como inconvenientes principales tenemos los siguientes:
- La tecnología es cara ya que requiere de procesos complejos de fabricación.
- El rendimiento es muy bajo y necesita grandes superficies de captación.
- La producción eléctrica no es continua y depende de las condiciones climatológicas.
- Las celdas pierden en torno a 1% de rendimiento por año de uso.
Las investigaciones tecnológicas están tratando de mejorar el rendimiento de los paneles solares. Aunque su popularidad es grande, las celdas solares transforman actualmente con muy bajo rendimiento la energía luminosa disponible. Además, su alto costo asociado a su bajo rendimiento perjudica considerablemente su instalación. Se trata de una tecnología en auge que tomará su mayor esplendor con los avances tecnológicos futuros.
6Ejemplo
Se plantea incorporar una instalación solar amorfo de 3180 m² cuya potencia pico es de 70 Wp en la zona de México DF. Los datos obtenidos según los cálculos de modelización nos arrojan lo siguiente:
- Producción anual (kWh): 466,697
- Rendimiento : 6.69%
Considerando un costo eléctrico medio de 1.98 $/kWh, obtenemos un ahorro anual de $924,060.00. La inversión se sitúa en torno a $6,000,000.00 lo cual implica un tiempo de retorno simple de 6.49 años.