Capítulo 10 Sistemas fotovoltaicos · Con las turbinas eólicas, la energía solar se puede...

KITH manual para escuelas 5marzo de 2007

Capítulo 10 Sistemas fotovoltaicos En los próximos años, no habrá una única fuente de electricidad, sino varias de renovables (y no renovables) que se combinarán para dar respuesta a las necesidades eléctricas del planeta. La energía fotovoltaica es una de estas fuentes. Con las turbinas eólicas, la energía solar se puede convertir indirectamente en electricidad implicando los estadios intermedios del calor diferencial del aire y la conversión de esta energía (viento) en la rotación de un palo que mueve un generador. Con las células solares, se puede convertir la luz solar directamente en electricidad a través del proceso fotovoltaico. Dado que la luz del sol se distribuye de manera uniforme, cada edificio tiene el potencial para generar electricidad solar localmente. Al igual que con el ‘calentamiento solar del agua‘ (capítulo 6), la cubierta es el lugar más conveniente para instalar las células solares si está debidamente orientada para recibir la radiación solar. En este módulo entran en juego dos energías. La primera es la energía radiante del Sol (luz), la fuente de energía más uniformemente distribuida y la segunda es la energía eléctrica producida.

10.1 La energía solar El Sol tiene 5 billones de años. Es la estrella más próxima a la Tierra y se ubica a 150 millones de quilómetros de distancia. Su diámetro es 100 veces mayor que el de la Tierra. La energía que emite el Sol surge de una cadena de reacciones de fusiones nucleares dentro de su propio núcleo. Cuando dicha energía llega a la superficie del Sol, su potencia equivale a 66 millones de watts/m2. Esta radiación, o energía radiante, se dispersa a medida que se aleja del Sol. Cuando llega a la atmósfera terrestre, su potencia media es de 1.360 watts/m2. Y cuando lo hace a la superficie de la Tierra, la atmósfera refleja y absorbe parte de la radiación, de manera que, en un día soleado, su potencia media es de solo 1.000 watts/m2. La energía radiante del Sol está formada por pequeños paquetes o partículas llamadas fotones y contiene un espectro entero de diferentes longitudes de onda. Las longitudes de onda que son visibles por el ojo humano se denominan luz. La luz viaja a una velocidad de 300.000 km/s.

10.2 El movimiento del Sol La trayectoria del Sol y de su energía radiante varía en espacio y tiempo (estaciones). En cualquier lugar y en cualquier momento, la cantidad de energía recibida depende del ángulo de elevación del Sol (α) y del ángulo azimut (Φ), ver la Figura 10.1. Figura 10.1: Ángulo de elevación y azimut

El ángulo de elevación del Sol mide la altura del Sol en el cielo desde el horizonte. Es más alto en el solsticio de verano y más bajo en el solsticio de invierno.

El ángulo azimut del Sol indica la dirección del Sol en el plano horizontal respecto a una dirección de referencia (en general directamente hacia el sur).


La intensidad de la radiación solar que llega a la superficie de la Tierra depende de la hora del día y de la época del año, de la latitud (más intensa entre el ecuador y los trópicos), de la altura (se incrementa con la altura), del clima (en un día soleado se recibe más radiación), de la contaminación atmosférica (más contaminación, menos radiación) y de la capacidad reflectante de la superficie (albedo). Las condiciones climáticas y de latitud determinan el número de horas de Sol anuales y la radiación anual (medida en kWh/m2). La radiación anual que llega a la superficie horizontal decrece con la latitud y se puede ver en la Figura 10.2 Figura 10.2: Radiación global La posición cambiante del Sol en el cielo de hora en hora y de día en día se puede determinar en un diagrama de trayectoria solar (Figura 10.3). La posición del Sol se expresa por su ángulo azimut (eje horizontal) y su ángulo de elevación (eje vertical). El recorrido diario del Sol a través del cielo hacia el día 21 de cada mes se indica a través de líneas horizontales curvadas. La superior es para Junio (solsticio de verano) y la inferior es para diciembre (solsticio de invierno). Cada línea sirve para más de un mes.


Figura 10.3: Diagrama de trayectoria solar

Las características y obstáculos del paisaje también reducirán la energía radiante en determinados momentos y estaciones. Para conocer el potencial eléctrico de un lugar, se debería trazar un diagrama de líneas de horizonte sobre el diagrama de trayectoria solar de la ubicación que interesa. El dispositivo de medición que se usa para trazar líneas de horizonte se denomina clinómetro. Mide el ángulo de un campo visual por encima o por debajo de una línea horizontal. (ver las Actividades 10.1 y 10.2).


Actividad 10.1: Construye tu propio clinómetro Actividad 10.1: Construye tu propio clinómetro

Tareas:

1. Pasa la cuerda a través del agujero del transportador. 2. Cuelga el clip en la punta de la cuerda y haz un nudo. 3. Engancha con cinta adhesiva el tubo de un bolígrafo BIC a lo largo del eje de simetría del

transportador de ángulos. Apuntes para el profesor: El clinómetro se usará en la Actividad 10.2. Antecedentes: Un clinómetro es un dispositivo de medición que se usa para calcular el ángulo de un campo visual por encima o por debajo del horizonte. Objetivo: Entender que es un ángulo de elevación construyendo (y después utilizando) un dispositivo de medición. Material: un transportador de ángulos, cuerda, un clip, un tubo de bola BIC, cinta adhesiva. Palabras clave: medida, ángulo, altura Habilidades: hacer trabajos manuales, medir, interpretar Asignaturas del currículum educativo: naturales y tecnología Rango de edad: 11-16 , 3º y 4º ciclo (3º- 4º ESO) Tiempo mínimo para completar la actividad: 1 hora


Actividad 10.2: Pérdidas de radiación por sombras Actividad 10.2: Pérdidas de radiación por sombras

La radiación solar se ve disminuida por las sombras. Para calcular cómo afectan estas sombras haremos lo siguiente: 1. Colocar el punto respecto al cual quieres dibujar la posición del Sol. Localizar los obstáculos que afectan la superficie (en coordenadas) de posición azimut (ángulo de desviación respecto a la dirección sur en el mismo plano horizontal) y elevación (ángulo de inclinación respecto al plano horizontal). 2. Representa el perfil de obstáculos en el diagrama de la figura anterior (válido para la Península Ibérica y Baleares) donde se muestran las trayectorias del sol a lo largo del año. El diagrama está dividido en porciones (A1,B11,...) delimitadas por horas solares (negativas antes del mediodía). Cada porción representa el recorrido del sol en un cierto periodo de tiempo (una hora a lo largo de días) y tiene, por tanto, una determinada contribución a la radiación solar global anual que incide sobre la superficie. 3. A partir de aquí, los expertos hacen cálculos de pérdidas por sombras de la irradiación solar global que incide sobre la superficie, a lo largo de todo el año.


Apuntes para el profesor: Antecedentes: La posición cambiante del sol en el cielo de hora en hora y de día en día se puede determinar en un diagrama de recorrido solar. Las características del paisaje y los obstáculos reducirán la energía radiante recibida en un lugar en momentos concretos y en determinadas estaciones. Para visualizar todo esto, la línea del horizonte del lugar debe estar dibujada sobre el diagrama del recorrido solar. Objetivo: Entender y clarificar los diagramas de recorrido solar y de línea del horizonte. Material: brújula, clinómetro, hojas para el diagrama de recorrido solar de tu ubicación geográfica. Palabras clave: ángulo azimut, ángulo de elevación, recorrido solar Habilidades: medida, precisión, dibujo Asignaturas del currículum educativo: naturales, tecnología, matemáticas, geografía Rango de edad: 7-16 primaria y secundaria Tiempo mínimo para completar la actividad: 3 horas


10.3 El proceso fotovoltaico Los electrones son partículas atómicas que giran alrededor de un núcleo que comprende dos partículas más, un protón y un neutrón, muy ligadas entre ellas. El electrón tiene una carga negativa, el protón una positiva y el neutrón no tiene carga. Debido a que las partículas de carga opuesta se atraen, el electrón está muy ligado al núcleo alrededor del cual gira. En los materiales conductores, los electrones pueden ser fácilmente desplazados de sus órbitas aplicando un campo eléctrico de manera que forme una corriente eléctrica. El efecto fotovoltaico es un fenómeno físico que sólo pasa en los materiales llamados semiconductores. Cuando las partículas de la luz llamadas fotones chocan contra la superficie de estos materiales, transfieren su energía a los electrones de los materiales desplazándolos de su órbita. Si el semiconductor contiene las impurezas adecuadas para que los electrones sean atraídos hacia una superficie, se establece una carga eléctrica que forma la base de una corriente eléctrica. Figura 10.4: El principio de una célula fotovoltaica fotones

electrones

La energía radiante del sol se transforma de esta manera en energía eléctrica. El efecto fotovoltaico genera corriente directa sin mover partes mecánicas o hacer ruido y fue descubierto por Edmond Becquerel en 1839.


Actividad 10.3: Juguemos a balas Actividad 10.3: Juguemos a balas

Este pequeño billar fotovoltaico representa el efecto fotovoltaico: Terreno de juego = lamina de sílice. Tubo = conductor eléctrico Balas azules = electrones del sílice Balas amarillas = fotones

Tareas: Enrosca la lámina de plástico formando un tubo a través del cual pasaran fácilmente las balas.

Utiliza cinta adhesiva para mantener el tubo unido. Recorta un cuadrado de una caja de cartón, dejando un margen de dos centímetros. En una punta del terreno de juego que acabas de crear, haz un agujero por el cual podrás introducir el tubo, como si se tratara de un embudo. Coloca las balas en la bandeja. Pon las balas azules en el tubo junto con las amarillas para crear una corriente de balas (corriente eléctrica). Apuntes para el profesor: Puedes construir un terreno de juego más robusto con madera. Antecedentes: Los fotones son partículas de luz. Los electrones son partículas eléctricas. Cuando los fotones chocan contra una lámina fina de silicio, transfieren su energía a los electrones de silicio. Entonces, los electrones se desvían en una dirección particular creando una corriente eléctrica. Objetivo: Clarificar y ayudar a una comprensión intuitiva del efecto fotovoltaico. Material: balas amarillas y azules (o vidrios redondos), una caja de cartón grande, una lámina de plástico transparente semirígida, tijeras, cúter y cinta adhesiva. Palabras clave: fotones, electrones, silicio, efecto fotovoltaico, electricidad Habilidades: trabajos manuales, imaginación Asignaturas del currículum educativo: naturales y tecnología Rango de edad: 7-11 primaria Tiempo mínimo para completar la actividad: 2 horas

10.4 Células y placas fotovoltaicas La materia prima de las células fotovoltaicas es el silicio, que está formado por silicio, el principal constituyente de la arena y el segundo elemento más abundante en la tierra después del oxígeno. Los restos de silicio de la industria electrónica se recuperan y se refunden mediante un proceso de purificación a alta temperatura y después son utilizados por células fotovoltaicas. Los cristales muy puros de silicio (o silicio amorfo) se cortan en láminas finas de unos 300 µm de grosor. Después, una cara se recubre con un elemento que tiene un electrón más que el silicio para crear una carga positiva y la otra cara con un elemento que tiene un electrón menos, creando así una carga negativa. Así, estas superficies atraen o repelen los electrones desplazados por los fotones que se reciben, de manera que se crea una corriente eléctrica. Cada célula genera una cantidad muy pequeña de electricidad. Para obtener una corriente eléctrica mayor y para incrementar la producción de energía, las células se conectan en series con el fin de formar grandes placas fotovoltaicas, o ‘módulos’. Debido a que las células son extremadamente finas y frágiles, están protegidas por un cerramiento impermeable y una capa de vidrio sólido transparente. Las placas normalmente son rectangulares y tienen pocos centímetros de grosor. Se pueden integrar en materiales constructivos (baldosas, pizarra o marcos transparentes).


Actividad 10.4: Construir una célula y una placa fo tovoltaica Actividad 10.4: Construir una célula y una placa fotovoltaica

Tareas: Reordena las fotografías para ilustrar como se construyen las células y las placas fotovoltaicas. Apuntes para el profesor: Recorta y mezcla las diferentes fotografías. Antecedentes: Los pasos del proceso de producción de la célula y la placa se han dado arriba. Objetivos: Entender cómo se hacen las células y las placas fotovoltaicas.

Material: Fotocopias de dos de las siguientes hojas de trabajo. Palabras clave: fotovoltaico, célula, placa, silicio, conductor. Habilidades: lógica, análisis, memoria Asignaturas del currículum educativo: naturales, tecnología, lengua Rango de edad: 7-11 primaria Tiempo mínimo para completar la actividad: 1 hora

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Hoja de trabajo 1: ACTIVIDAD 10.4 CONSTRUCCIÓN DE UNA CÉLULA FOTOVOLTAICA


Hoja de trabajo 2: ACTIVIDAD 10.4 CONSTRUCCIÓN DE UNA PLACA FOTOVOLTAICA


10.5 Sistemas autónomos Si una vivienda no está conectada a la red nacional, se necesitan baterías para poder disponer de electricidad durante largos periodos de tiempo (Figura 10.5). Figura 10.5: Sistema autónomo Las placas fotovoltaicas producen electricidad. Las baterías almacenan electricidad. El regulador de carga controla la inyección de corriente a las baterías para evitar que se sobrecarguen y envejezcan demasiado rápido. El inversor transforma la corriente continua de las baterías en corriente alterna si los electrodomésticos y los dispositivos electrónicos del hogar usan corriente alterna (el inversor no será necesario si los receptores utilizan corriente continua). Para calcular la medida de un sistema solar, se debe tener en cuenta lo siguiente: a) Calcula el consumo eléctrico diario sumando el consumo de electricidad de todos los electrodomésticos que usa la familia. El número de baterías se escoge de manera que se pueda satisfacer esta necesidad eléctrica, con un pequeño margen de seguridad. b) Calcula el área de las placas fotovoltaicas para lograr esta demanda teniendo en cuenta la radiación solar anual que se recibe en el lugar de la vivienda, la cual varía según la latitud, el clima, las características del paisaje y los obstáculos. Es importante escoger electrodomésticos energéticamente eficientes ya que el almacenaje de electricidad en baterías es caro y utiliza mucho espacio. La autonomía de estos sistemas fotovoltaicos hace posible evitar el trabajo que requiere ampliar la red de subministro eléctrico. Las casas de montaña, los edificios aislados, las granjas, los postes de telecomunicaciones, las bombas de agua y los refugios se han equipado con sistemas fotovoltaicos (generadores solares).


Actividad 10.5: Construye tus caballitos impulsados con energía Actividad 10.5: Construye tus caballitos impulsados con energía solar

Tareas: Construye una casa y unos caballitos

1. Haz dos agujeros a la base por debajo de donde colocarás la casa y los caballetes.

2. En el centro de la caja, haz un

agujero del diámetro del piñón. 3. Recorta las siguientes formas

del cartón: 4. Paredes (2) sin gablete: 7 x 6 cm 5. Paredes (2) con gablete: 7 x 9 cm. Recorta el gablete a 6 cm

del suelo 6. Tejado (2): 6 x 9 cm 7. Une con cola adhesiva las paredes de la casa y solamente una cara del tejado.

8. Recorta un rectángulo de 2 x 3,5 cm en el centro de la cara no enganchada del tejado. 9. Recorta dos cuadrados de cartón de 3 x 3 cm para engancharlos juntos y después

engancharlos por debajo de la base para formar un pedestal para fijar el motor encima. Haz las conexiones eléctricas

• Conecta el cable eléctrico doble a los polos de la célula fotovoltaica y entonces aprieta el tornillo con una herramienta.

• Engancha la célula al tejado, y el tejado a la casa. Pasa el cable a través de un agujero de la base y engancha la casa a la base, asegurándote que la célula está en el lado del tejado que no

está encarada hacia los caballetes, porque sino la célula tendría sombra. • Pasa los cables del motor a través del segundo agujero de la base. • Conecta los cables a la célula del motor y fíjalos por debajo de la base con cinta adhesiva. Evita provocar un cortocircuito con los cables.

• Engancha con cinta adhesiva (no con cola) el motor sobre el pedestal y pon la caja redonda sobre el eje del motor. Engancha el rollo de papel higiénico encima de la caja.

Comprueba que los caballetes giren (con la luz del sol o con una fuente de luz de 100W). Apuntes para el profesor: Esta actividad se puede completar con una sesión de tres horas o de dos horas y media. Mira la sección 6c para los suministradores de material eléctrico. Antecedentes: La casa está equipada con un sistema fotovoltaico autónomo. Ninguna batería almacena electricidad. Los caballetes sólo giran cuando brilla el sol. Objetivo: Mostrar que un sistema autónomo genera su propia electricidad y que para disponer de electricidad cuando el sol no brilla necesitamos baterías que cargamos cuando el sol sí brilla. Material: Casa y caballetes: tablero duro cortado en rectángulos de 25 x 15 cm por las bases, cartón para la casa, los rollos de cartón de papel higiénico, cajas redondas de cartón o de madera delgada. Material eléctrico: células fotovoltaicas, pequeños motores, piñones para los ejes del motor, cables eléctricos dobles cortados en segmentos de 20 cm de largo y pelados 1 cm por cada punta, cinta aislante o cinta de embalar, bombilla de 100W. Herramientas: alicates para pelar el cable, cola adhesiva, tijeras, cúter. Palabras clave: electricidad, circuito, célula fotovoltaica, motor, sol Habilidades: trabajos manuales, precisión Asignaturas del currículum educativo: naturales y tecnología Rango de edad: 7-11 primaria Tiempo mínimo para completar la actividad: 3 horas


10.6 Sistemas conectados a la red Una cubierta fotovoltaica conectada a la red nacional es simplemente una pequeña central eléctrica instalada lo más cerca posible de donde se necesita electricidad. No hay necesidad de almacenar electricidad hasta que algún exceso se pueda exportar a la red para ser usado por otras viviendas. La electricidad, por tanto, se puede comprar y vender. Esta es una producción de electricidad local y no contaminante para las necesidades personales y de la comunidad. Figura 10.6: Sistema conectado a la red Las placas fotovoltaicas producen electricidad. El inversor especial transforma la corriente eléctrica de manera que respeta rigurosamente las características requeridas por la red. Se firma un contrato con la compañía responsable del transporte de electricidad. Un contador de kWh registra la cantidad de corriente eléctrica inyectada en la red de manera que esta electricidad puede ser facturada a la compañía eléctrica.

Actividad 10.6: La casa fotovoltaica Tareas: Localiza los siguientes elementos: las placas fotovoltaicas, el inversor, el contador fotovoltaico, el contador de la red, la red, los electrodomésticos y sus nombres. Apuntes para el profesor: Los tipos de sistemas conectados a la red varían de un país al otro. Antecedentes: La ‘casa fotovoltaica’ está equipada con un sistema fotovoltaico conectado a la red. No se necesitan baterías para almacenar electricidad, porque la electricidad siempre está disponible de la red, incluso cuando el sol no brilla y las placas fotovoltaicas no la producen. Un contador mide la electricidad que se coge de la red. Objetivo: Mostrar la diferencia entre los sistemas autónomos y los que están conectados a la red. Material: Fotocopias de la siguiente hoja de trabajo. Palabras clave: red, conectado, contador, inyección de electricidad Habilidades: lógica, análisis, memoria Asignaturas del currículum educativo: naturales y tecnología Rango de edad: 7-11 primaria Tiempo mínimo para completar la actividad: 1 hora


Hoja de trabajo: ACTIVIDAD 10.6


En la mayoría de las casas individuales y edificios colectivos existe suficiente espacio para poder instalar placas fotovoltaicas capaces de producir la mayoría de las propias necesidades eléctricas anuales. La Figura 10.7 muestra la producción eléctrica media esperada o la producción de energía fotovoltaica por metro cuadrado de la placa fotovoltaica. La unidad es kWh/m2, la misma que para el Mapa de Radiación Global, pero esta vez los m2 hacen referencia al área de la superficie de la placa y no al área de la superficie de la tierra. La producción anual de energía de un sistema fotovoltaico depende de: • la radiación solar anual que se recibe en el lugar. • un factor de corrección basado en la diferencia de orientación respecto al sur, la inclinación de las placas respecto al plano horizontal y cualquier sombra de los obstáculos del lugar. • las características técnicas de las placas (energía máxima teórica que pueden producir bajo las condiciones de luz solar estándar) y del inversor. Para elaborar el siguiente mapa, se ha partido del hecho que usan las placas fotovoltaicas más comúnmente disponibles, que éstas están orientadas a sur y están inclinadas 30º respecto al suelo (condiciones óptimas de instalación). Figura 10.7: Mapa de producción de energía


Actividad 10.7: ¿Qué porcentaje de electricidad se podría producir con 10m 2 de placas fotovoltaicas en mi casa? Actividad 10.7: ¿Qué porcentaje de electricidad se podría

producir con 10m2 de placas fotovoltaicas en mi casa?

Tareas: Primero, hacernos una idea de cuánta luz solar llega a nuestra casa: 1. Determina en qué dirección o direcciones está orientada tu cubierta. 2. Traza una línea del horizonte por tu casa (Actividad 1.3). A continuación, observamos con más detenimiento el consumo eléctrico de tu casa y qué superficie de placas fotovoltaicas haría falta para producir esta electricidad: 3. Consulta la factura de electricidad de tu casa para determinar cuánta electricidad

usa tu familia en un año. La cantidad (A) vendrá expresada en kWh.

4. Ubica tu ciudad, pueblo o zona en el Mapa de Producción de Energía Fotovoltaica (página siguiente) para determinar la producción de energía eléctrica anual disponible para ti por m2 de un sistema fotovoltaico tradicional. La cantidad (B) vendrá expresada en kWh/m2/año. Los m2 hacen referencia al área de la superficie de la placa fotovoltaica y no al área de la superficie del suelo.

5. Calcula el número de metros cuadrados de placas fotovoltaicas (C) que necesitas para producir la cantidad de electricidad que se usa en tu casa (C=A/B)

6. Ahora calcula cuánta electricidad (D) producirían 10 m2 de placas fotovoltaicas en

tu cubierta durante un año (D=B*10) y calcula esto comparado en % con vuestro consumo eléctrico (100*D/A)

Apuntes para el profesor: Los pasos 3, 4, 5, y 6 se pueden hacer de manera independiente al 1 y 2. Antecedentes:

1. Las placas fotovoltaicas normalmente se ubican en una cubierta o en el suelo. Es mejor que estén orientadas hacia el sur, porque es de dónde recibirán más energía solar, pero también es aceptable que estén encaradas hacia el este o el oeste.

2. Las placas fotovoltaicas tienen que disponer de una ‘vista’ clara. Esto significa que tienen que recibir poca sombra, sino la cantidad de electricidad producida se reducirá bastante.

3. Es posible calcular la producción anual de energía en m2 de un sistema fotovoltaico (unidad kWh/m2/año). Esto se ha hecho en el Mapa de Producción de Energía Fotovoltaica partiendo del hecho que se usen las placas fotovoltaicas más comunes, que están encaradas al sur e inclinadas 30º respecto del suelo (condiciones de instalación óptimas).

4. Las dimensiones físicas del sistema fotovoltaico se basan en la energía eléctrica requerida. 5. Cuando una familia decide usar placas fotovoltaicas, lo primero que debe hacer es intentar

reducir su consumo eléctrico de manera que sus necesidades se puedan satisfacer con 10 o 20 m2 de placas.

Objetivo: Clarificar los sistemas fotovoltaicos. Repasar el ejercicio para obtener información de valor práctico para las familias. Material: factura eléctrica de la familia, hoja de trabajo con el Mapa de Producción de Energía Fotovoltaica. Palabras clave: factura electricidad, ahorro Habilidades: lógica, análisis, cálculo Asignaturas del currículum educativo: naturales, tecnología, matemáticas, geografía, sociales Rango de edad: 7-11 primaria Tiempo mínimo para completar la actividad: 2 horas


Hoja de trabajo: ACTIVIDAD 10.7


Actividad 10.8: Pedir consejo Actividad 10.8: Pedir consejo

Es difícil aconsejarse sobre la aplicación de la tecnología fotovoltaica en el hogar y sobre otros temas energéticos. No obstante, existen varias fuentes de información disponibles en las que no habrás pensado. Tareas

1 Piensa dónde irías a pedir consejo sobre tecnología fotovoltaica para tu hogar.

2 Rellena la hoja de ejercicios 10.8 que muestra las fuentes de información y consejo que utilizarías (Sí/No) y las que prefieres usar (Pr.).

Apuntes para el profesor:

Antecedentes: unos buenos consejos sobre la aplicación de la tecnología fotovoltaica en el hogar pueden tener repercusiones económicas positivas si se implementan. Esta actividad ofrece la oportunidad de identificar las preferencias de los estudiantes a la hora de buscar información y pedir consejo. Objetivos: 1) ilustrar el gran potencial de fuentes de información a los alumnos 2) informar a los profesores sobre las fuentes preferidas por sus estudiantes. Material: internet, guía telefónica. Palabras clave: consejo energético, suministradores de información. Habilidades: buscar información, hacer preguntas pertinentes. Asignaturas del currículum educativo: tecnología, sociales Rango de edad: 7-16 primaria y secundaria Hoja de ejercicios 10.8

Pr. Sí No Pr. Sí No

asociación de consumidores padres

agencias de la energía centros de atención telefónica

día/semana de la energía lampista

feria municipal de la energía biblioteca pública

seminario/curso sobre la energía

parientes

amigos biblioteca de la escuela

instaladores grupo de amigos de la escuela

internet profesores

revistas museo de la ciencia/técnica

fabricantes comercios

vecinos programas de TV

ONG’s Compañías de servicios

Otras fuentes de información para aconsejarte que te gustaría usar:


10.7 Impacto medioambiental El mayor impacto está asociado con la propia preparación de las células solares y éste se puede minimizar a través del reciclado de los materiales de rechazo. El otro tipo de impacto es visual ya que las placas fotovoltaicas, como los captadores solares térmicos, son visibles en las cubiertas de los edificios.

10.8 Ventajas e inconvenientes La energía fotovoltaica tiene muchas ventajas:

• La tecnología se puede usar casi desde cualquier sitio ya que la luz solar está disponible en todas partes.

• El material de producción casi siempre puede ser instalado cerca del lugar de consumo, por tanto, se evitan pérdidas de electricidad en la distribución y el transporte.

• Las dimensiones de la instalación se pueden ajustar fácilmente de acuerdo con las necesidades y recursos disponibles.

• No se produce contaminación por el funcionamiento. Tampoco emisiones de gases, residuos, ni riesgo de accidentes físicos.

• Hay que hacer poco mantenimiento y reparaciones porque no existen partes móviles. La electricidad también se puede producir localmente, favoreciendo la autonomía, la solidaridad con la comunidad y la descentralización. Los inconvenientes incluyen:

• La cubierta del edificio puede estar orientada no correctamente. • La tecnología actualmente es cara pero los costes están disminuyendo continuamente. • La tasa de recompra de la electricidad puede ser muy inferior que el precio de compra de

manera que el exceso de producción por encima de la demanda está mal compensado. Actividad 10.9 Producción de electricidad: centrali zada frente a la descentralizada Actividad 10.9: Producción de electricidad: centralizada frente a la descentralizada Tareas: A continuación, se ilustran dos posibles tipos de producción de electricidad: la centralizada y la descentralizada. En cada esquema, identifica los diferentes tipos de agrupaciones: productor/es de energía eléctrica; consumidores de energía eléctrica; y productor/es de energía eléctrica y consumidores. Apuntes para el profesor:

La situación centralizada aquí corresponde al caso de Francia (80% de la electricidad tiene origen nuclear). Las situaciones se pueden adaptar al contexto local. Situación centralizada: un productor y varios consumidores; el lugar de producción muy alejado del de consumo; lugar de producción y red de distribución vulnerables. Situación descentralizada: varios productores y consumidores; lugares de producción y consumo están cercanos y son locales; la red interconectada garantiza una solidaridad en la distribución. Antecedentes:

La electricidad se puede producir localmente, favoreciendo los sistemas a pequeña escala, la autonomía, la solidaridad con la comunidad y la descentralización. Objetivo: Tomar conciencia de dónde viene la electricidad y de otras soluciones posibles. Material: La hoja de la producción de energía eléctrica centralizada y la de la producción de energía eléctrica descentralizada. Palabras clave: centralizada, descentralizada, pequeña escala, gran escala. Habilidades: lógica, análisis Asignaturas del currículum educativo: naturales, tecnología, sociales, historia Rango de edad: 7-11 primaria Tiempo mínimo para completar la actividad: 1 hora


Hoja de trabajo: ACTIVIDAD 10.9 SOLUCIONES

Leyenda

Productores Consumidores Productores y Consumidores

Producción Centralizada

Producción Descentralizada


PRODUCCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA CENTRALIZADA

¿Donde está/n el/los productor/es? ¿Donde están los consumidores? ¿Hay alguna agrupación que contenga productores y consumidores?


PRODUCCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA DESCENTRALIZADA ¿Donde está/n el/los productor/es? ¿Donde están los consumidores? ¿Hay alguna agrupación que contenga productores y consumidores?

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10.9 Futuro potencial En todos los países europeos existe suficiente radiación solar como para que los sistemas fotovoltaicos puedan producir prácticamente toda (sino toda) la electricidad que las familias necesitan en sus hogares; incluso en los países nórdicos, que reciben menos luz solar. De hecho, en muchos países nórdicos de Europa, la energía fotovoltaica está más desarrollada que en países europeos del Sur. En Holanda, Alemania y otros países nórdicos vecinos, el uso de energía fotovoltaica está más generalizado y progresa de forma más rápida simplemente gracias a la voluntad política. En estos países, el movimiento antinuclear, los problemas causados por la industrialización de gran alcance y una mayor densidad de población han fomentado una toma de conciencia muy fuerte de cara al medioambiente. Los habitantes de estos países hace mucho tiempo que piden energías renovables. Esta presión por parte de la población ha tenido un fuerte impacto político y en algunas comunidades los requisitos políticos ahora son mayores que los de los ciudadanos. Aún cuando resulta bastante cara la inversión inicial de sistemas fotovoltaicos para los ciudadanos particulares, el RD 436/2004 regula el establecimiento de primas e incentivos para las instalaciones.

10.10 Conclusiones El potencial para generar electricidad directamente a partir de la luz solar es muy grande y está siendo cada vez más rentable ya que la tecnología mejora y el precio de la electricidad generada por las fuentes convencionales, como los combustibles fósiles, aumenta. Conjuntamente con la energía eólica, estas dos fuentes de energía renovables es probable que se conviertan en la forma dominante de producción de electricidad del futuro ya que los recursos de combustibles fósiles se están agotando.


10.11 Anexo: herramientas para la educación en ener gía solar La energía en el currículum escolar La energía fotovoltaica produce electricidad y no calor. Esta distinción debe quedar muy clara para que los recursos de energía solar y sus aplicaciones se puedan entender. La energía fotovoltaica no viene citada explícitamente en el currículum escolar pero sí se puede introducir desde diferentes ángulos: Circuitos eléctricos: explica que la célula fotovoltaica es un generador eléctrico que puede sustituir una batería química. Los alumnos entonces pueden descubrir que existen diversas fuentes de energía eléctrica, renovables y no renovables. La Tierra en el sistema solar: los objetos de estudio son la luz, las sombras, los puntos cardinales, la brújula y el movimiento aparente del Sol. Todos estos parámetros se tienen que tener en cuenta a la hora de considerar la energía solar. Los alumnos se pueden familiarizar con estos conceptos fundamentales que después podrán usar en ejercicios prácticos como un generador fotovoltaico. A través de las actividades fotovoltaicas se pueden cumplir objetivos educativos, como la fabricación de objetos por parte de los estudiantes y la organización de exposiciones en la escuela, en la biblioteca municipal, etc. Los tableros de anuncios muestran los descubrimientos de los alumnos y pueden ser vías de comunicación sobre energías renovables. Cuando los estudiantes presenten y expliquen su proyecto, más allá de su dimensión, estarán haciendo un paso crucial en cuanto a la educación medioambiental. Una cubierta fotovoltaica en la escuela Basándose en las actividades de este capítulo, los estudiantes pueden considerar la posibilidad de instalar un sistema fotovoltaico (en la escuela, en casa, etc.). El material pedagógico puede estar relacionado con las experiencias cotidianas de los alumnos y el medioambiente. La instalación de una cubierta fotovoltaica se puede hacer en el marco de un proyecto de la escuela sobre la energía o el medio ambiente. Puede servir como una herramienta que abre puertas a diversos descubrimientos científicos y tecnológicos y nutre una actitud ‘eco-ciudadana’ por parte de los estudiantes. Es un gran punto educativo a favor el hecho de hacer realidad un proyecto tan próximo a la escuela con la participación de los alumnos y un acceso fácil a los datos a partir del generador fotovoltaico. El éxito de un proyecto de estas características necesita de profesores, alumnos, padres y del municipio en sí para unirse y formar un equipo. Este tipo de instalación permite una demostración y una formación práctica sobre las energías renovables. Fomenta las preguntas y la búsqueda en cuanto al consumo de electricidad y al ahorro, promueve las iniciativas sociales locales sobre la energía renovable y ayuda a descentralizar la producción de electricidad. La financiación puede venir de varias fuentes e iniciativas y varía según una región u otra. Se deben seguir los procedimientos administrativos para declarar el sistema fotovoltaico y conectarlo a la red de suministro de manera que la electricidad producida pueda ser comprada por una compañía de distribución de la electricidad. La electricidad ahorrada y los ingresos de la electricidad producida por el sistema permitirán que al menos una parte del coste se pueda recuperar.


Herramientas útiles: www.icaen.es Institut Català de l’Energia www.idae.es Instituto para la diversificación y Ahorro de la Energía. www.homepower.org Energía renovable a escala doméstica y soluciones para una

vida sostenible www.millionsolarroofs.org Iniciativa pública-privada para facilitar la venta e instalación

de un millón de ‘cubiertas solares’ en el 2010.

Capítulo 10 Sistemas fotovoltaicos · Con las turbinas eólicas, la energía solar se puede...

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