Introducción

La historia de la energía solar puede ser rastreada hasta los griegos, después

a los romanos, que fueron los primeros en usar la energía solar de forma pasiva.

El diseño de energía solar pasiva es un modo de calentar una casa

simplemente por su diseño y ubicación. Tal vez no tenían vidrios en esas épocas,

pero su arquitectura hacia posible usar los rayos solares para calentar dentro de las

construcciones. Como resultado, no era necesario quemar leña para calentarse.

En 1861, Auguste Mouchout inventó el primer motor solar activo.

Desafortunadamente, su elevado precio hizo imposible que se fabricara

comercialmente. Menos de 20 años después, Charles Fritts invento las células

solares que fueron después usadas en los paneles, calentadores, satélites y otros

dispositivos.

Ya que lo que él invento era muy primitivo, otras personas experimentaron con

la energía solar. Una de esas personas fue Albert Einstein quien ganó el Premio

Nobel de física por sus investigaciones del efecto fotoeléctrico que es un fenómeno

asociado con la generación de electricidad en las células solares.

En 1953, Bell Laboratories, que conocemos hoy en día como AT&T, desarrollo

la primera célula solar de silicón capaz de generar una corriente eléctrica medible.

Tres años después, las células solares costaban 300 dólares por watt. Con la Guerra

fría y la carrera espacial, las células solares llegaron a estar en los satélites y los

aviones.

Pero el evento más grande en el desarrollo de la energía solar ocurrió durante

la crisis petrolera en 1973. Esto obligo al gobierno de los Estados Unidos a invertir en

el desarrollo de las células solares creadas por Bell Laboratories 20 años antes.

Para los noventas, el precio de la energía solar se mantuvo constante debido

a que el precio del petróleo bajó. Los fondos solares fueron dirigidos a otras

1

investigaciones, y pronto Estados Unidos se vio relegado en tecnología solar por

Alemania y Japón.

En el 2002 por ejemplo, Japón instaló 25,000 paneles solares en los techos de

las casas. Debido a esto el precio de los paneles solares cayó conforme la demanda

crecía. Hasta el día de hoy la energía solar crece a un modesto ritmo del 30%.

Si bien ha habido avances en materia solar, sus fundamentos siguen siendo

los mismos. Los rayos solares son atrapados y después convertidos en electricidad.

¿Qué nuevos avances tecnológicos podrá el ingenio del hombre desarrollar

teniendo como base la energía solar? ¿Podremos algún día gozar de esta energía

solar en nuestras casas? ¿Se imagina los beneficios a su bolsillo? ¿Se imagina un

futuro donde no dañemos al medio ambiente?. Estos cuestionamientos se oyen

como un sueño pero no está lejos de la realidad, al fin que la mente e ingenio

humano superan la ficción.

2

Justificación

El presente proyecto pretende demostrar que el buen uso de las energías

alternativas puede generar un ahorro significativo tanto económicamente como en lo

que ha contaminación se refiere, existen varios sistemas de energía alternativa que

pueden implementarse sin embargo en este trabajo se hablara específicamente el

caso de la energía solar, el proyecto pretende demostrar que la mejor solución para

el principal conflicto de calentamiento global, contaminación en diversos campos y el

ahorro económico en el cual se aprovechará las bondades energéticas del sol,

En vista del gran gasto de energía eléctrica en el planeta, hemos decidido

realizar un proyecto con el objetivo de reducir el consumo de electricidad, mediante

el uso de energías alternas, específicamente la solar. Todo esto con el propósito de

optimizar las condiciones vitales, e igualmente fomentar la búsqueda de soluciones a

gran escala para el control del calentamiento global.

El aprovechamiento de la energía solar a través de paneles solares como

fuente de energía, incluye un bajo costo de operación y la garantía en que el sistema

funciona a largo plazo sin mayores costos o dependencias.

Uno de los propósitos de este trabajo es promover el uso y producción de la

energía solar como fuente principal de sustento energético, va dirigido a toda la

población con el fin de integrar a todos los rubros de la sociedad dichos conceptos.

El impacto social, económico y ecológico son rescatables pues son factibles

para el cambio radical de muchas posturas , ya que surge la energía solar como una

necesidad y ya no como un privilegio, ya que acelera el proceso de apoyo contra la

contaminación ambiental pues es un tipo de energía que no afecta a ningún patrón

ecológico. Se pretende lograr la concientización en la población para encaminar los

esfuerzos para el aumento de la producción de la energía solar en el medio común,

desde casas, escuelas, edificios, espacios públicos y privados.

3

Planteamiento del problema

Además de aprovecharla, de manera natural (vientos, evaporación de los

mares para energía hidroeléctrica, fotosíntesis para la producción de biomasas,

gradiente térmico de los mares, etc.), la energía solar se puede convertir en energía

calorífica y energía eléctrica, y por lo tanto puede tener diferentes usos donde se

puede fusionar con cualquier otra fuente convencional de energía. Usos tan simples

como:

- Calentar agua para ducha, lavar trastos y para piscina etc. (Calentador del

agua).

- Cocinar/ hornear los alimentos y pasteurizar agua. (Horno/cocina solar).

- Secar todos tipos de productos, agrícolas, marinas etc., hasta excrementos

de animales. (Deshidratador / secador solar).

- Destilar un líquido para separar los componentes sólidos y liquidas.

(Evaporador /Destilador Solar).

- Producir electricidad directamente (Efecto fotovoltaico) para alumbrar, Tv,

Radio, bombear agua, ventilación, nevera y cargar baterías, etc.

Una familia, un agricultor, un empresario etc. dependiendo de su actividad

puede usar una o varias de estas o otras aplicaciones.

¿Cuáles son los beneficios a nivel mundial que ofrece la utilización de la

energía solar como nueva fuente alternativa de producción energética? ¿Cuál es el

nivel de concientización que se debe lograr en las diferentes áreas de la sociedad

para la el uso adecuado de energía solar?. ¿Cuáles son los factores determinantes

para el aprovechamiento a gran escala de la energía solar?

4

Objetivo general

Analizar los beneficios que conllevarían la utilización y aprovechamiento de la

energía solar en los próximos 10 años en nuestro planeta, con la finalidad de

informar y concientizar a la población general de la importancia y relevancia de dicha

energía como parte de un recurso renovable y muy ecológico.

Objetivos específicos

Analizar el desarrollo de las aplicaciones con energía solar.

Conocer el concepto de energía y energía solar.

Descubrir la situación del mercado energético mundial.

Desarrollar el enfoque correcto para la concientización en la población para la

futura utilización de la energía solar.

Evaluar el crecimiento de consumo de la energía solar en la actualidad.

Identificar los diferentes procesos aplicados en la actualidad para la

producción de energía solar.

Investigar el grado de conocimiento sobre el tema de la población en general.

5

Marco teórico

La energía solar.

Una energía garantizada por los próximos 6,000 años. El Sol, fuente de vida y

origen de las demás formas de energía que el hombre ha utilizado desde los albores

de la Historia, puede satisfacer todas nuestras necesidades, si aprendemos cómo

aprovechar de forma racional la luz que continuamente derrama sobre el planeta. Ha

brillado en el cielo desde hace unos cinco mil millones de años, y se calcula que

todavía no ha llegado ni a la mitad de su existencia.

Durante el presente año, el Sol arrojará sobre la Tierra cuatro mil veces más

energía que la que vamos a consumir.

Esta energía puede aprovecharse directamente, o bien ser convertida en

otras formas útiles como, por ejemplo, en electricidad.

No sería racional no intentar aprovechar, por todos los medios técnicamente

posibles, esta fuente energética gratuita, limpia e inagotable, que puede liberarnos

definitivamente de la dependencia del petróleo o de otras alternativas poco seguras

o, simplemente, contaminantes.

Es preciso, no obstante, señalar que existen algunos problemas que debemos

afrontar y superar. Aparte de las dificultades que una política energética solar

avanzada conllevaría por sí misma, hay que tener en cuenta que esta energía está

sometida a continuas fluctuaciones y a variaciones más o menos bruscas. Así, por

ejemplo, la radiación solar es menor en invierno, precisamente cuando más la

necesitamos.

La energía solar es igual de gratis que las demás fuentes de energía. Todas

se encuentran allí esperando a que las tomemos, pero al producirlas resultan muy

costosas, y en especial producir la energía solar es más costoso que las demás. Acto

seguido se especifica el porqué la energía solar es tan costosa de aprovechar,

agrupando los distintos métodos de aprovechamiento para ver comparativamente

cuáles son sus posibilidades.

6

Uno de los obstáculos para el aprovechamiento en general de la energía solar

es su baja intensidad, incluso para las condiciones de tiempo despejado, ha quedado

claro que la baja intensidad y la variabilidad de la energía son desventajas

importantes en una potencial fuente de energía.

A mediodía, en los trópicos, la intensidad puede acercarse a 1 Kw por m2 de

superficie expuesta. Evidentemente, el tamaño de los colectores por sí sólo haría

antieconómico abastecer por este procedimiento otra cosa que no fuese una

demanda de energía local y pequeña.

En los países más desarrollados, la demanda total de energía ya es del orden

de 50 Kw/h por persona y día. Para satisfacer esa demanda en una comunidad de

tamaño medio por ejemplo 100.000 personas, mediante el método de mayor

rendimiento con el que pudiésemos contar en la actualidad, se necesitarían unos

colectores con una superficie total mayor de 5 km'.

Hay muchos países del mundo donde el consumo de energía excede a la

energía solar que incide sobre todo su territorio, habitado o no.

Se han hecho proyectos para situar colectores solares en autopistas y vías de

ferrocarril y, en todos aquellos lugares donde no obstaculicen la incidencia de la luz

en las apreciadas tierras de labor. Se puede demostrar que con esos sistemas se

podría conseguir una parte importante del suministro de energía en zonas

desarrolladas. No obstante, aunque no se puede decir que no llegará el día en que

se lleven a la práctica esos proyectos, podemos afirmar sin riesgo a equivocarnos

que durante bastante tiempo las comunidades de estas zonas seguirán obteniendo

su energía por otros procedimientos.

Sin embargo, para las demandas más modestas de una comunidad en

desarrollo o rural, la perspectiva puede ser muy diferente. En este caso, el

aprovechamiento de la energía, en unas cantidades muy inferiores a la energía

incidente sobre la región, produciría unos cambios espectaculares para el futuro de la

zona. Además, los dispositivos solares serían competitivos con otras fuentes de

energía. La prueba la tenemos en el éxito de las instalaciones de agua caliente solar.

La demanda de agua caliente, incluso en los países desarrollados, puede

satisfacerse por medio de dispositivos cuya área de colectores sea menor que la 7

superficie de cubierta de los edificios normales de viviendas. Los millones de estos

aparatos hoy en uso son una prueba de su competitividad en estas aplicaciones.

Hay cantidad de pequeñas labores, en la actualidad realizadas a mano o

utilizando trabajo animal o que no se realizan en absoluto, cuya demanda energética

estaría dentro de las posibilidades de los sistemas solares con superficies de colector

desde unos cuantos metros cuadrados hasta unos cuantos cientos de metros. Al

igual que con otras innovaciones, la introducción de estos aparatos es en gran

medida una cuestión económica, materia especialmente difícil.

Otra causa de dificultades, que existe incluso cuando la intensidad solar es la

máxima posible. Es la variación de la intensidad según la hora y la estación, y la gran

proporción de tiempo al día en que no podemos contar con la energía solar.

Siempre que se diseñe un sistema de calefacción o de refrigeración de edificios,

producción de energía eléctrica para uso continuo y cualquier otra utilización en la

que la variación de la demanda no coincida con la variación de suministro, hay que

habilitar un sistema de almacenamiento de la energía. Para un cielo continuamente

despejado, que se da durante gran parte del año en algunas zonas desérticas, puede

ser necesario habilitar un almacenamiento equivalente únicamente al suministro de

un día, ya que al día siguiente el suministro se volverá a restablecer. Este pequeño

almacenamiento puede seguir siendo suficiente cuando se prevea la utilización de

una fuente auxiliar, para aquellas ocasiones en que el surninistro no pueda satisfacer

la demanda.

La mayoría de sistemas de calefacción para viviendas que funcionan con

energía solar suelen llevar un sistema auxiliar, ya que sería antieconómico diseñar

un sistema de calefacción solar de forma que pudiese satisfacer la demanda en el

día más nublado y frío del año, ya que para el resto del tiempo resultaría una

instalación sobredimensionada.

Evidentemente hay una relación en este caso, entre la variabilidad de la

radiación solar, la variabilidad de la demanda de calefacción, la capacidad del

sistema auxiliar y la capacidad de almacenamiento que hay que habilitar. El equilibrio

que hay que establecer entre estos factores depende fundamentalmente de razones

económicas. Se puede entrar aquí en demasiadas profundidades; depende de 8

factores tales como el coste del combustible, materiales, maquinaria y mano de obra,

y de la variación de la temperatura del aire exterior.

De alguno de estos factores, como el soleamiento, no se puede hacer una

predicción exacta para un emplazamiento dado, sino que se debe hacer un acopio de

datos estadísticos.

Durante un período largo de tiempo, para ese emplazamiento concreto. Se

verá, sin embargo, que en la relación entre estas magnitudes no se incluyen tanto los

valores de asoleo máximos o mínimos que se hayan registrado, sino el tiempo que

duran esos períodos de máximo o mínimo.

Contando con este tipo de datos, el ingeniero puede empezar a equilibrar las

distintas partes del sistema: el convertidor de energía, la maquinaria auxiliar (si hace

falta) y el sistema de almacenamiento.

Es de vital importancia proseguir con el desarrollo de la incipiente tecnología

de captación, acumulación y distribución de la energía solar, para conseguir las

condiciones que la hagan definitivamente competitiva, a escala planetaria.

¿Qué se puede hacer con la energía solar?

Básicamente, recogiendo de forma adecuada la radiación solar, podemos

obtener calor y electricidad.

El calor se logra mediante los colectores térmicos, y la electricidad, a través de los

llamados módulos fotovoltaicos. Ambos procesos nada tienen que ver entre sí, ni en

cuanto a su tecnología ni en su aplicación.

Hablemos primero de los sistemas de aprovechamiento térmico a grandes

rasgos, ya que más adelante se explican estos mismos con más detalle. El calor

recogido en los colectores puede destinarse a satisfacer numerosas necesidades.

Por ejemplo, se puede obtener agua caliente para consumo doméstico o industrial, o

bien para dar calefacción a nuestros hogares, hoteles, colegios, fábricas, etc. Incluso

podemos climatizar las piscinas y permitir el baño durante gran parte del año.

También, y aunque pueda parecer extraño, otra de las más prometedoras

aplicaciones del calor solar será la refrigeración durante las épocas cálidas.

9

Precisamente cuando más soleamiento hay. En efecto, para obtener frío hace falta

disponer de un «foco cálido», el cual puede perfectamente tener su origen en unos

colectores solares instalados en el tejado o azotea. En los países árabes ya

funcionan acondicionadores de aire que utilizan eficazmente la energía solar.

Las aplicaciones agrícolas son muy amplias. Con invernaderos solares

pueden obtenerse mayores y más tempranas cosechas; los secaderos agrícolas

consumen mucha menos energía si se combinan con un sistema solar, y, por citar

otro ejemplo, pueden funcionar plantas de purificación o desalinización de aguas sin

consumir ningún tipo de combustible.

Las células solares, dispuestas en paneles solares, ya producían electricidad

en los primeros satélites espaciales. Actualmente se perfilan como la solución

definitiva al problema de la electrificación rural, con clara ventaja sobre otras

alternativas, pues, al carecer los paneles de partes móviles, resultan totalmente

inalterables al paso del tiempo, no contaminan ni producen ningún ruido en absoluto,

no consumen combustible y no necesitan mantenimiento. Además, y aunque con

menos rendimiento, funcionan también en días nublados, puesto que captan la luz

que se filtra a través de las nubes.

La electricidad que así se obtiene puede usarse de manera directa (por

ejemplo para sacar agua de un pozo o para regar, mediante un motor eléctrico), o

bien ser almacenada en acumuladores para usarse en las horas nocturnas. Incluso

es posible inyectar la electricidad sobrante a la red general, obteniendo un importante

beneficio.

Si se consigue que el precio de las células solares siga disminuyendo,

iniciándose su fabricación a gran escala, es muy probable que, para primeros de

siglo, una buena parte de la electricidad consumida en los países ricos en sol tenga

su origen en la conversión fotovoltaica.

La energía solar puede ser perfectamente complementada con otras energías

convencionales, para evitar la necesidad de grandes y costosos sistemas de

acumulación. Así, una casa bien aislada puede disponer de agua caliente y

calefacción solares, con el apoyo de un sistema convencional a gas o eléctrico que

únicamente funcionaría en los periodos sin sol.10

El costo de la «factura de la luz» sería sólo una fracción del que alcanzaría sin

la existencia de la instalación solar.

Sistemas de captación.

La energía solar presenta dos características que la diferencian de las fuentes

energéticas convencionales:

- Dispersión: su densidad apenas alcanza 1 kW/m2, muy por debajo de

otras densidades energéticas, lo que hace necesarias grandes superficies

de captación o sistemas de concentración de los rayos solares.

- Intermitencia: hace necesario el uso de sistemas de almacenamiento de la

energía captada. Ello lleva a un replanteamiento en el aprovechamiento de

la energía, totalmente distinto al clásico, lo que requiere un gran esfuerzo

de desarrollo.

Así pues, el primer paso para el aprovechamiento de la energía solar es su

captación, aspecto dentro del que se pueden distinguir dos tipos de sistemas:

- Pasivos: no necesitan ningún dispositivo para captar la energía solar, cuyo

aprovechamiento se logra aplicando distintos elementos arquitectónicos.

- Activos: captan la radiación solar por medio de un elemento de

determinadas características, llamado "colector"; según sea éste se puede

llevar a cabo una conversión térmica (a baja, media o alta temperatura),

aprovechando el calor contenido en la radiación solar, o bien una

conversión eléctrica, aprovechando la energía luminosa de la radiación

solar para generar directamente energía eléctrica por medio del llamado

"efecto fotovoltaico".

Colector

¿De qué manera convertimos la energía solar en energía útil para su uso

cotidiano? Esta energía renovable se usa principalmente para dos cosas, aunque no

son las únicas, primero para calentar cosas como comida o agua, conocida como

energía solar térmica, y la segunda para generar electricidad, conocida como energía

solar fotovoltaica.11

Los principales aparatos que se usan en la energía solar térmica son los

calentadores de agua y las estufas solares.

Para generar la electricidad se usan las células solares, las cuales son el alma

de lo que se conoce como paneles solares, las cuales son las encargadas de

transformarla energía eléctrica.

Sus usos no se limitan a los mencionados aquí, pero estas dos utilidades son

las más importantes. Otros usos de la energía solar son:

- Potabilizar agua

- Estufas Solares

- Secado

- Evaporación

- Destilación

- Refrigeración.

Los usos que se le pueden dar son muy amplios, y cada día se están

descubriendo nuevas tecnologías para poder aprovecharla mejor.

Dentro de las energías renovables que más se están usando, la solar es la

más importante hasta el momento, con inversiones en tecnología e instalaciones

millonarias. Se construyen decenas de granjas solares alrededor del mundo para

generar cientos de megawatts de electricidad, con las cuales se genera energía

eléctrica a partir de energías verdes o limpias lo cual ayuda enormemente a combatir

el calentamiento global.

Como se ha observado la energía solar es la energía renovable más utilizada

en todo el mundo, pero aun no es una energía disponible para todas las personas, es

muy cara aún. Para que los precios bajen la producción tiene que ser mayor, por lo

que nos toca la responsabilidad de empezar a usarla para que en un futuro cercano

sea accesible para toda la población de este planeta.

12

Energía Solar Fotovoltaica.

La electricidad es una de las formas de energía más versátil y que mejor se

adapta a cada necesidad. Su utilización está tan extendida que hoy difícilmente

podría concebirse una sociedad tecnológicamente avanzada que no hiciese uso de

ella.

Miles de diferentes aparatos están diseñados para funcionar alimentados con

energía eléctrica, bien en forma de corriente continua de pequeña tensión o de

corriente alterna, a tensiones mayores. Por ello resulta muy interesante la posibilidad

de producir electricidad mediante una fuente energética segura y no contaminante,

como es la energía solar.

 Un área de aproximadamente la dimensión del desierto del Sahara, sería

suficiente para producir a través de paneles fotovoltaicos la cantidad de energía para

el consumo actual del mundo.

Existen dos conjuntos de procedimientos para lograr la conversión de energía

solar en eléctrica, según empleen o no la energía cinética como forma intermedia del

proceso de conversión. El primer grupo está formado por los sistemas de conversión

termodinámica y el segundo grupo lo constituyen los sistemas directos, que no

requieren partes móviles y están basados en las interacciones físicas entre los

fotones de la radiación incidente y los electrones de los materiales sobre los que

inciden, que son a los que nos vamos a referir en estos módulos.

Del efecto fotovoltaico se conocen sus bases teóricas desde principios de siglo, pero

no fue sino hasta 1954 cuando se logró producir la primera celda fotovoltaica en New

Jersey, EEUU.

¿Cómo funciona el efecto fotovoltaico?

La luz está formada por un gran número de entidades físicas llamadas

fotones, los cuales participan tanto de las propiedades de los corpúsculos materiales

como de las de las ondas. Los fotones son capaces de interactuar con los electrones

de los cuerpos sobre los que inciden.

Mencionaremos dos tipos de interacción: el efecto fotoeléctrico externo y el

efecto fotovoltaico.13

El efecto fotoeléctrico externo, descubierto por Hertz en 1887, consiste en un

desprendimiento de electrones de la superficie de los metales al chocar con dicha

superficie fotones de suficiente energía, dando lugar a una corriente eléctrica

denominada fotoeléctrica. Las cédulas fotoeléctricas se basan en este efecto.

Mucho más interesante desde el punto de vista práctico de la obtención de

energía eléctrica directa a partir de la radiación solar es el efecto fotovoltaico

Aplicaciones de un sistema fotovoltaico

Un sistema fotovoltaico (FV) es una instalación basada en módulos

fotovoltaicos para producir energía eléctrica. Los módulos fotovoltaicos transforman

la luz del Sol directamente en energía eléctrica.

La energía solar fotovoltaica (FV) está indicada para un amplio abanico de

aplicaciones donde se necesite generar electricidad, bien sea para satisfacer las

necesidades energéticas de aquellos que no disponen de la red eléctrica (sistemas

fotovoltaicos autónomos) o bien para generar energía a la red eléctrica (sistemas

conectados a la red).

La energía solar fotovoltaica contribuye al desarrollo de zonas rurales aisladas

(electrificación rural) pero también se utiliza en aplicaciones tecnológicamente más

complejas como el suministro energético a los repetidores de telefonía móvil.

Se puede realizar una primera clasificación de los sistemas fotovoltaicos en función

de si están o no conectados a la red eléctrica convencional:

a) Sistemas fotovoltaicos autónomos son aquellos que están aislados de la red

eléctrica.

b) Sistemas fotovoltaicos conectados a la red son aquellos que están

directamente conectados a la red eléctrica.

Una de las principales características de los generadores fotovoltaicos que los

diferencia de otras fuentes de energía renovable es que únicamente producen

electricidad cuando reciben la luz del Sol (irradiancia solar) y además la cantidad de

energía que generan es directamente proporcional a la irradiancia solar que incide

sobre su superficie.

14

Resulta evidente que en numerosas de aplicaciones el consumo energético se

produce independientemente de la radiación solar (claro ejemplo resulta un sistema

de iluminación donde precisamente de lo que se trata es de tener energía durante la

noche).

En este tipo de aplicaciones es necesario incluir un sistema de

almacenamiento energético o de acumulación, en los sistemas FV la energía

producida por los módulos FV se almacena en baterías. En otras aplicaciones, como

el bombeo de agua o los sistemas conectados a la red, no se necesitan baterías, en

el primer caso la energía se acumula en forma de energía hidráulica, en el segundo

la energía se acumula en la propia red eléctrica.

En general, un sistema fotovoltaico estará formado por:

- Un generador fotovoltaico.

- Una batería de acumulación.

- Un regulador de carga.

- Un inversor.

El consumo.

El generador FV es el encargado de transformar la energía del Sol en energía

eléctrica. Está formado por varios módulos fotovoltaicos conectados en serie y/o

paralelo, y a su vez cada módulo fotovoltaico está formado por unidades básicas

llamadas células fotovoltaicas.

Aplicaciones de la Energía Solar Fotovoltaica

Hay dos formas de utilizar la energía eléctrica generada a partir del efecto

fotovoltaico:

a) En instalaciones aisladas de la red eléctrica.

b) En instalaciones conectadas a la red eléctrica convencional.

Mientras que en las primeras la energía generada se almacena en baterías

para así disponer de su uso cuando sea preciso, en las segundas toda la energía

generada se envía a la red eléctrica convencional para su distribución donde sea

demandada.15

En el primer caso las posibilidades de aplicación son enormes: desde

viviendas o equipamientos aislados y/o independientes, hasta centrales eléctricas

rurales, telecomunicaciones, bombeo de agua, protección catódica, señalizaciones,

equipos de sonido, sistemas de iluminación, ordenadores o teléfonos portátiles,

cámaras, calculadoras, etc.

Por las características de la tecnología fotovoltaica, la instalación de un gran

número de sistemas descentralizados y distribuidos en los mismos puntos de

consumo representa una gran ventaja frente a la misma potencia en pocas

instalaciones grandes, pues se suprimirían las pérdidas de energía en el transporte.

  Una de las opciones de instalación es en los edificios (tejado, terraza, fachada,

etc.) incorporando un generador fotovoltaico en estas superficies, e incluso los

paneles solares se utilizan como material de construcción de manera que se diseñan

y optimizan los edificios para aprovechar al máximo el rendimiento solar. Así mismo,

si no se dispone de una superficie para la instalación en el propio edificio se puede

participar en distintas "cooperativas energéticas".

Otra de las maneras son centrales solares fotovoltaicas de mayores potencias.

Es decir, el abanico de utilización de la energía solar fotovoltaico es tan amplio, son

tantas las posibilidades y los beneficios medioambientales, sociales y económicos

son tan grandes que es incomprensible la falta de apoyos reales más efectivos a

todas estas opciones.

La energía producida e inyectada a red sea objeto de subvenciones e

incentivos gubernamentales, primando el kWh generado respecto del precio habitual

de compra de la energía eléctrica convencional. Estos incentivos a la generación de

energía eléctrica de origen fotovoltaico en países desarrollados está sirviendo de

estimulo al desarrollo de la energía solar fotovoltaica, mediante la creación de un

tejido industrial y comercial estable.

Ya se ha mencionado que se puede realizar una clasificación de los sistemas

fotovoltaicos como sistemas fotovoltaicos conectados a red y sistemas fotovoltaicos

autónomos, en función de si están o no conectados a la red eléctrica convencional.

Los sistemas fotovoltaicos conectados a red están orientados a la maximización de la

energía anual producida e inyectada a red y se pueden clasificar en función de su 16

potencia y su grado de integración en viviendas y edificios, siendo sus componentes

esenciales el generador fotovoltaico y un inversor de conexión a red.

Los sistemas fotovoltaicos autónomos se diseñan y dimensionan en función de

la aplicación energética a la que van destinados, presentando problemáticas

diferentes para cada aplicación, siendo especialmente complejos aquellos que van

destinados a la satisfacción de necesidades energéticas domesticas e usuarios

individuales.

La energía solar fotovoltaica consiste en la transformación directa de la

radiación solar en energía eléctrica. Esto se consigue aprovechando las

propiedades de los materiales semiconductores mediante las células fotovoltaicas. El

material base para su fabricación suele ser el silicio. Cuando la luz del Sol (fotones)

incide en una de las caras de la célula genera una corriente eléctrica que se

suele utilizar como fuente de energía.

La fabricación de estas células resulta un proceso realmente costoso,

tanto económicamente como en tiempo. Aunque el material con el que están

fabricadas (silicio) es muy abundante en la Tierra, su procesamiento es laborioso y

complicado: se requieren procesos especiales para elaborar los lingotes de silicio,

de los cuales se cortarán posteriormente las obleas (células), motivo por el cual

resulta todavía un producto de costo elevado. El silicio reciclado a partir de la

industria electrónica también sirve como materia prima para producir el silicio de

grado solar. En la actualidad se están preparando otros materiales de mayor

rendimiento.

Es importante que todas las células que componen un panel solar

fotovoltaico tengan las mismas características, lo que significa que después de la

fabricación de las mismas, hay que seguir un proceso de clasificación y selección.

Aplicaciones de la energía solar fotovoltaica

Una instalación solar fotovoltaica tiene como objetivo producir energía

eléctrica a partir de la energía solar.

La energía solar fotovoltaica tiene multitud de aplicaciones, desde la

aeroespacial hasta juguetes pasando por las calculadoras y la producción de 17

energía a gran escala para el consumo en general o a pequeña escala para consumo

en pequeñas viviendas, factor importante a la hora de alquilar casa. Principalmente

se diferencian dos tipos de instalaciones: las de conexión a red, donde la energía

que se produce se utiliza íntegramente para la venta a la red eléctrica de distribución,

y las aisladas de red, que se utilizan para autoconsumo, ya sea una vivienda asilada,

una estación repetidora de telecomunicación, bombeo de agua para riego, etc.

Instalaciones conectadas a la red eléctrica

La corriente eléctrica generada por una instalación fotovoltaica puede ser

vertida a la red eléctrica como si fuera una central de producción de energía

eléctrica.

El consumo de electricidad es independiente de la energía generada por los

paneles fotovoltaicos, el usuario sigue comprando la energía eléctrica que consume

a la compañía distribuidora al precio establecido y además es propietario de una

instalación generadora. Este tipo de aplicaciones está creciendo gracias al precio

primado de venta a la red del Kw/h.

Además, otra ventaja es que las compañías eléctricas, en algunos

casos, están obligadas a comprar la energía producida. Las potencias más usuales

son de 2,5 y 5 Kw o múltiplos de 5 hasta 100 Kw. Existen instalaciones mayores,

pero tienen una prima inferior por lo que sólo las realizan empresas o centros de

investigación, ya que se amortizan en periodos más largos.

Algunas de las aplicaciones de estos sistemas son las siguientes:

- Instalaciones en tejados, terrazas, etc. de viviendas que dispongan de

conexión a la red de distribución eléctrica: se aprovecha la superficie del

tejado para colocar sistemas modulares de fácil instalación.

- Plantas de producción: Son aplicaciones de carácter industrial que pueden

instalarse en zonas rurales no aprovechadas para otros usos (“huertas

solares”, “cooperativas energéticas”) o sobrepuestas en grandes cubiertas

de zonas urbanas (aparcamientos, zonas comerciales, etc.)

- Integración en edificios: Consiste en la sustitución de elementos

arquitectónicos convencionales por nuevos elementos arquitectónicos que

incluyen el elemento fotovoltaico, y que por tanto son generadores de 18

energía (recubrimientos de fachadas, muros cortina, parasoles, pérgolas,

etc.)

- Instalaciones aisladas de la red eléctrica: Estas instalaciones se emplean

sobre todo en aquellos emplazamientos en los que no se tiene acceso a la

red eléctrica y resulta más económico instalar un sistema fotovoltaico que

tender una línea entre la red y el punto de consumo. La electricidad

generada se destina a autoconsumo.

Las principales aplicaciones de los sistemas aislados son:

- Electrificación de viviendas y edificios, principalmente para iluminación y

electrodomésticos de baja potencia.

- Alumbrado público.

- Aplicaciones agropecuarias y ganaderas.

- Bombeo y tratamiento de agua.

- Antenas de telefonía aisladas de la red.

- Señalización y comunicaciones.

- Sistemas que forman una instalación fotovoltaica

Los esquemas básicos de instalaciones fotovoltaicas son los siguientes:

- En instalaciones conectadas a la red eléctrica

- Los elementos que componen una instalación fotovoltaica conectada a red

son los siguientes:

Generador Fotovoltaico

Las células fotovoltaicas

Por lo general de color negro o azul oscuro, se asocian en grupos y se

protegen de la intemperie, formando módulos fotovoltaicos. Varios

módulos fotovoltaicos junto con los cables eléctricos que los unen y con los

elementos de soporte y fijación, constituyen lo que se conoce como

generador fotovoltaico.

El generador fotovoltaico

19

Es el elemento encargado de transformar la radiación solar en energía

eléctrica. Esta electricidad se produce en corriente continua, y sus características

dependen de la intensidad energética de la radiación solar y de la temperatura

ambiente.

Inversor

El inversor es el elemento que transforma la energía eléctrica (corriente

continua) producida por los paneles en corriente alterna de las mismas

características que la de la red eléctrica. Existen diferentes tipos de inversores, pero

se considera recomendable escogerlo en función del tamaño de la instalación a

realizar.

Contadores

El generador fotovoltaico necesita dos contadores ubicados entre el inversor y

la red, uno para cuantificar la energía que se genera e inyecta a la red para su

facturación, y otro para cuantificar el pequeño consumo (< 2 kWh/año) del inversor

fotovoltaico en ausencia de radiación solar, así como garantía para la compañía

eléctrica de posibles consumos que el titular de la instalación pudiera hacer.

El consumo de electricidad del edificio se realizará desde la red, con su propio

contador, siendo ésta una instalación independiente del sistema fotovoltaico.

En instalaciones aisladas de la red eléctrica

La configuración básica de las instalaciones aisladas de la red eléctrica

está compuesta por el generador fotovoltaico, un regulador de carga y una batería.

La batería es el elemento encargado de acumular la energía entregada por

los paneles durante las horas de mayor radiación para su aprovechamiento

durante las horas de baja o nula insolación. El regulador de carga controla la

carga de la batería evitando que se produzcan sobrecargas o descargas excesivas

que disminuyen su vida útil. Con esta configuración el consumo se produce en

corriente continua.

Otra configuración básica es el bombeo solar, compuesto por los paneles,

un pequeño equipo y la bomba, en el que se bombea agua cuando hay sol, no

necesitando baterías.20

La configuración más utilizada en viviendas es la compuesta por el

generador fotovoltaico, regulador de carga, baterías e inversor, este último para

convertir la energía acumulada en las baterías en corriente alterna, que es la

utilizada para la mayoría de las aplicaciones.

La energía solar térmica consiste en el aprovechamiento de la energía

procedente del Sol para transferirla a un medio portador de calor, generalmente agua

o aire. La tecnología actual permite también calentar agua con el calor solar hasta

producir vapor y posteriormente obtener energía eléctrica.

Aplicaciones de la Energía Solar Térmica

Producción de Agua Caliente Sanitaria (ACS):

La principal aplicación de la energía solar térmica es la producción de Agua

Caliente Sanitaria (ACS) para el sector doméstico y de servicios.

Se considera que el porcentaje de cubrimiento del ACS anual es

aproximadamente del 60 %; se habla de este porcentaje, y no superior, para que en

la época de mayor radiación solar no sobre energía.

Calefacción de baja temperatura: 

La energía solar térmica puede ser un complemento al sistema de calefacción, sobre

todo para sistemas que utilicen agua de aporte a menos de 60 °C.

Calentamiento de agua de piscinas: 

Otra de las aplicaciones extendidas es la del calentamiento del agua de piscinas.

El uso de colectores puede permitir el apoyo energético en piscinas al exterior

alargando el periodo de baño, mientras que en instalaciones para uso de invierno, en

las épocas de poca radiación solar, podrán suministrar una parte pequeña de apoyo

a la instalación convencional.

Aire acondicionado mediante máquinas de absorción

Uno de los campos de máximo desarrollo de las instalaciones solares

térmicas que se verá en un plazo breve de años será la de colectores de vacío o

21

planos de alto rendimiento que produzcan ACS, calefacción en invierno y,

mediante máquinas de absorción, produzcan frío en el verano. 

Beneficios y ventajas del uso de la energía solar.

Medioambientales

Es limpia y respetuosa con el Medio Ambiente (cada kW generado

evita la emisión de un kilo de CO2).

Ayuda en la lucha contra el cambio climático y efecto invernadero.

Es inagotable (al menos en los próximos 6.000 millones de años)

No disminuye la calidad de aire y suelos.

Contribuye desarrollo sostenible.

No contamina acústicamente: las placas solares son silenciosas y

de amplia vida útil (entre 20 y 30 años).

Económicos

Ahorro económico en la factura de electricidad y agua.

Flexibilidad en el suministro.

Aumento de las inversiones económicas y, por extensión,

del empleo.

Fomenta el desarrollo de la Investigación, el Desarrollo y la

Innovación mediante mejoras en los sistemas actuales, desarrollo

de nuevos modelos, etc.

Su implantación ofrece importantes deducciones fiscales.

Menor dependencia energética de otras fuentes de energía.

Sociales

Importante fuente generadora de empleo.

Fomenta el desarrollo rural en zonas poco favorecidas, lo que

permite crear pequeñas empresas.

Mejora en la calidad de vida.

Energía solar renovable e inagotable. La Energía Solar está

garantizada para los próximos 6.000 millones de años.

22

Energía solar limpia y ecológica. No deja residuos, es silenciosa, y

respetuosa con el medio ambiente ya que no consume

combustibles con emanaciones de gases CO2 u otras sustancias

dañinas.

Energía solar barata. Su compra e instalación está subvencionada

por gobiernos y comunidades y el consumo, por supuesto, es gratis.

Energía solar pacifica. Tanto el norte como el sur, el rico como el

pobre, todos los países disponen de sol. La Energía Solar no

origina guerras, contrariamente al petróleo, el gas, el uranio o el

carbón.

Energía solar rentable. Es la única fuente de energía en la que los

usuarios obtienen beneficios económicos superiores al 100% en

térmica y al 500% en fotovoltaica sobre el capital invertido.

Aplicaciones de la energía solar en comunidades rurales.

Algunas aplicaciones fundamentales de la energía solar se llevan a cabo en el

medio rural; ya que muchos dispositivos solares usan tecnologías relativamente

simples, gran parte de ellos son de autoconstrucción y su implantación puede ayudar

a solucionar grandes problemas importantes tales como:

a) Calentar agua para su uso en baños y cocinas.

b) Refrigeración solar para conservar alimentos

c) Irrigación y bombeo de agua de pozos para abastecer a las pequeñas

comunidades mediante bombas solares.

d) Desalación de agua de mar o salobre existente en el subsuelo.

Una de las principales políticas a seguir en el futuro es el ahorro de energéticos

de origen fósil. Actualmente, la mayoría de los sistemas calentadores de agua para

uso doméstico o individual utiliza gas como combustible.

Los métodos más comunes para convertir la radiación solar en una forma útil de

energía consisten en el empleo de materiales absolvedores negros, que se calientan

en virtud de sus propiedades intrínsecas; esta energía térmica se puede transferir al

23

agua o a un gas que fluya a través del absolvedor negro (placas, tubos, etcétera). Los

dispositivos solares más sencillos son los calentadores solares de agua, ampliamente

utilizados en países como Israel, Australia y Japón para uso doméstico.

Una cocina solar es un dispositivo que capta energía solar y la entrega de tal

manera que es fácil aprovecharla en forma de calor. Por tanto, la función de la cocina

solar debe ser captar suficiente energía a fin de obtener una temperatura alta que

pueda utilizarse para cocinar; esto se puede realizar concentrando el componente

directo de la radiación solar por medio de dispositivos ópticos concentradores. La

cocina solar consiste en un espejo cóncavo (paraboloide de revolución) que

teóricamente concentra en un punto toda la radiación solar directa que incide en

dirección paralela al eje del espejo, aunque en la práctica dicha radiación se

concentra en una pequeña área. Si bien este dispositivo cumple con su objetivo, tiene

algunas limitaciones. En virtud de que concentra únicamente la radiación directa, sólo

funciona cuando hay Sol brillante y cielo despejado.

Fuentes de selección y acopio de información

24

Tipo de investigación

25

Instrumentos de medición

Encuestas:

En la investigación se utilizan para conocer las opiniones y el nivel de utilización y

concientización de la energía solar ante la población en generar.

Estadísticas:

Nos sirven para ver las variaciones en materia de tiempo y crecimiento del desarrollo

de la energía solar en los últimos años.

Entrevistas:

Normalmente se hacen a científicos especializados en la energía solar, para

mencionar sus aportaciones y opiniones al respecto al desarrollo de esta, como

nueva alternativa energética.

Experimentos:

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Se documentan los resultados de ciertos experimentos importantes en el desarrollo

y producción de energía solar.

Muestreos:

Sirven para hacer una recolección de datos en un grupo pequeño dentro de la

población para conocer el nivel de conocimiento respecto al uso, beneficios e

información que tiene al respecto la energía solar.

Resultados

Ventajas y beneficios de la aplicación de la energía solar: 

Medioambientales

Es limpia y respetuosa con el Medio Ambiente (cada kW generado evita la emisión

de un kilo de CO2).

Ayuda en la lucha contra el cambio climático y efecto invernadero. Es inagotable (al

menos en los próximos 6.000 millones de años)

No disminuye la calidad de aire y suelos.

Contribuye desarrollo sostenible.

No contamina acústicamente: las placas solares son silenciosas y de amplia vida útil

(entre 20 y 30 años).

Económicos

Ahorro económico en la factura de electricidad y agua.

Flexibilidad en el suministro.27

Aumento de las inversiones económicas y, por extensión, del empleo.

Fomenta el desarrollo de la Investigación, el Desarrollo y la Innovación mediante

mejoras en los sistemas actuales, desarrollo de nuevos modelos, etc.

Su implantación ofrece importantes deducciones fiscales.

Menor dependencia energética de otras fuentes de energía.

Sociales

Importante fuente generadora de empleo.

Fomenta el desarrollo rural en zonas poco favorecidas, lo que permite crear

pequeñas empresas.

Mejora en la calidad de vida.

Energía solar renovable e inagotable. La Energía Solar está garantizada para los

próximos 6.000 millones de años.

Energía solar limpia y ecológica. No deja residuos, es silenciosa, y respetuosa con el

medio ambiente ya que no consume combustibles con emanaciones de gases CO2 u

otras sustancias dañinas.

Energía solar barata. Su compra e instalación está subvencionada por gobiernos y

comunidades y el consumo, por supuesto, es gratis.

Energía solar pacifica. Tanto el norte como el sur, el rico como el pobre, todos los

países disponen de sol. La Energía Solar no origina guerras, contrariamente al

petróleo, el gas, el uranio o el carbón.

Energía solar rentable. Es la única fuente de energía en la que los usuarios obtienen

beneficios económicos superiores al 100% en térmica y al 500% en fotovoltaica

sobre el capital invertido.

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Conclusiones

Se ha demostrado, como la energía solar puede ser competitiva a medio y

largo plazo, devolviendo a la sociedad las aportaciones económicas, que esta

energía necesita para realizar su desarrollo, y como debe evolucionar para conseguir

llegar a ser competitiva con el resto de las energías tradicionales, y otras emergentes

en crecimiento.

Pero una de las principales conclusiones de este proyecto, ha sido la de poder

comprobar de una forma fehaciente, como la energía solar, lejos de ser una pérdida

de recursos económicos es una factible inversión que tiene previsto devolver a corto

plazo, todas las tarifas aplicadas a lo largo de su desarrollo, en primer lugar mediante

aportaciones directas e indirectas (costes de personal, tasas a las distintas

administraciones, disminución de la utilización de otras fuentes contaminantes,

disminución de la dependencia energética , menor consumo de CO2, etc.),

en segundo lugar cuando se consiga el que sea competitiva con respecto a la

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tarifa doméstica pudiendo llegar a utilizar el concepto de energía efectiva y confiable,

y finalmente cuando sea competitiva en un futuro entre las nuevas generaciones. En

definitiva la energía solar, junto con otras fuentes de energía renovables, van a

mejorar la situación energética mundial, aunque esto sea en un periodo amplio, que

requiere la colaboración de toda la sociedad.

Se considera que a medio y largo plazo la energía solar debería jugar un papel

significativo en la cobertura de la demanda eléctrica en mundial. El modelo

actual de cobertura no es sostenible, ya que a medio y largo plazo implicaría unas

emisiones de gases de efecto invernadero.

La energía solar, cuenta con un potencial de desarrollo casi ilimitado en

nuestro planeta y un fuerte apoyo social que facilita su despliegue, deberá contribuir

de manera significativa a la cobertura de la creciente demanda eléctrica. Según las

estimaciones realizadas por expertos se deberá crear un fuerte desarrollo de otras

alternativas de generación renovable, para evitar más problemas ambientales y

también repercusiones en la explotación de recursos naturales como lo son las

hidroeléctricas o las termoeléctricas que causan un grave daño al medio ambiente.

Referencias Bibliográficas

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