PANELES SOLARES DEENERGIA FOTOVOLTAICA

La tecnologa actual est centrando sus esfuer-zos en aprovechar la energa solar por medio desu conversin en energa trmica o elctrica. Laconversin directa de la energa solar en electrici-dad se funda en el efecto denominado fotovol-taico, que consiste en esencia en la produccinde una fuerza electromotriz, como resultado deuna radiacin energtica.

La industria fabrica ya hoy en da elementoscapaces de realizar esta conversin con produc-cin de intensidades elctricas suficientes para

Faro costero de uso nocturno, alimentado por un panel fo-tovoltaico.

Casa rural aislada, cuya alimentacin elctrica se nutre porpaneles fotovoltaicos situados en el tejado.

pensar en su aprovechamiento, si bien las instala-ciones fotovoltaicas no pueden todava competireconmicamente con la forma clsica de produc-cin elctrica en grandes centrales de los tiposcorrientes (hidrulicas, trmicas, nucleares, etc.),y su distribucin por redes de alta tensin.

En concreto, la utilizacin de los denominadospaneles o placas solares de produccin fotovoltai-ca slo est justificada en la actualidad en casosde demanda de potencia elctrica baja y en ubi-caciones lejanas a una lnea elctrica ya existenteque hagan muy cara la trada e instalacin de laenerga elctrica necesaria a base de un tendidoclsico.

No obstante estas limitaciones, vamos a expo-ner ciertos ejemplos en los que la utilizacin delos denominados paneles fotovoltaicos son ya unaposibilidad a estudiar junto a otras alternativas pa-ra solucionar el aporte de energa elctrica a unainstalacin, vivienda, etc.

Instalaciones ganaderas en lugares aisladoscon necesidades pequeas de electricidad.

Repetidores de televisin, normalmente si-tuados en lugares alejados de las redes de trans-porte de electricidad.

Boyas y faros costeros para sealizacin deembarcaciones con bajas necesidades, circunscri-tas a las horas nocturnas.

Bombeo de agua en captaciones apartadas,con motores de baja potencia.

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SILICIO DE TIPO N

SILICIO DE TIPO P

C3NSUMO

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Necesidades elctricas completas en vivien-das aisladas con servicio exclusivo de iluminaciny un televisor.

Pastores elctricos para mantener recluidoen un espacio limitado a cierto nmero de cabe-zas de ganado.

Pastor elctrico alimentado por un panel foto voltaico.

CELULAS SOLARES

La clula solar es el elemento unitario produc-tor de energa elctrica a partir de la luz solar.

Aunque el material base para su confeccinpuede ser muy variado, las clulas solares fotovol-taicas que se fabrican ms frecuentemente en laactualidad, debido a su mayor rendimiento y a sumenor precio de fabricacin, son las construidasa base de silicio, elemento enormemente abun-dante en la naturaleza. La fabricacin comienzapor la obtencin de silicio fundido, prcticamentepuro, material que da origen, gracias a un ger-men inicial, a un cilindro de silicio monocristalinoque posteriormente se cortar en delgadas lmi-nas denominadas obleas.

El material original, silicio monocristalino, es unelemento semiconductor que se impurifica a con-tinuacin con otros elementos en cantidades pe-quesimas (una parte por milln, aproximada-mente). Cuando el material utilizado para tal im-purificacin es del tipo del fsforo o del arsnico,que tienen un exceso de electrones, se forma unsemiconductor del tipo N (exceso de carga ne-gativa). Si el elemento impurificador es del tipodel boro se crea un conductor del tipo P conun exceso de los denominados huecos o agu-jeros, cargados positivamente. En definitiva, siuna de las obleas tiene en una de sus carasun exceso de electrones y en la opuesta un ex-ceso de huecos cargados positivamente, nos en-contramos ante un campo elctrico capaz de pro-ducir, ante una excitacin adecuada, una corrien-te elctrica.

Esquema del funcionamiento de una clu:a solar.

La excitacin referida se produce por la pro-yeccin de unidades de energa luminosa (foto-nes), procedentes de la luz solar que penetran enel material bsico de la clula. Un electrn pue-de absorber la energa del fotn y ponerse en mo-vimiento dejando en su lugar un hueco que serrellenado por otro electrn cercano. Por tanto,electrones y huecos pueden moverse y crearas una corriente elctrica que es recogida por unconductor metlico que se extiende por la carade la clula y que tiene un punto de entrada yotr-o de salida para poder cerrar el circuito creadoen la clula.

La diferencia de potencial de una clula circu-lar, cuyo dimetro est entre 75 y 100 mm es,aproximadamente, de 0,5 voltios cuando recibe laluz solar plena. Si bien la intensidad de la co-rriente elctrica producida disminuye cuando es

Clula solar con sus correspondientes conexiones.

Conjunto de cuatro paneles solares conectados en paralelo.

menor la intensidad de la luz solar recibida (porejemplo, por una situacin de nubosidad acusa-da), no ocurre otro tanto con la diferencia depotencial que permanece casi inalterable a pesarde disminuir la intensidad de la luz solar.

As como la luminosidad afecta, segn hemosindicado, al rendimiento de una clula fotovoltai-ca, tambin la temperatura influye enormementeen este mismo rendimiento. Aunque no existean una normativa concreta y universal de homo-logacin de estos elementos, los fabricantes sue-len dar las caractersticas de utilizacin en lo quese consideran condiciones ptimas en cuanto atemperatura, presin y humedad ambiente.

De estos factores ambientales, la temperaturaes la que ms influye en el rendimiento de laclula. La potencia mxima de todos los panelesformados por clulas y comercializados en la ac-tualidad se suele conseguir, adems de con elmximo de luminosidad solar, con una tempera-tura comprendida entre los 25 y 32 C (28 Cnormalmente). Hay que tener en cuenta, sin em-bargo, que esta potencia se mantiene o descien-de ligeramente cuando la temperatura baja de laptima, y que desciende violentamente cuando latemperatura sobrepasa el ptimo sealado, llegan-do incluso a disminuciones de un 50 por 100 cuan-do la temperatura est cercana a los 45 C.

El tipo de clulas descrito, a base de silicio,alcanzan rendimientos comprendidos entre el 12 yel 18 por 100 del total de la energa solar recibida.

PANELES SOLARES

Una clula solar como la descrita, aislada, pro-porciona una potencia reducida. Para suministrarniveles de corriente y tensiones mayores se co-necta un nmero determinado de clulas solaresen serie constituyendo los paneles solares. Elnmero de clulas conectadas en cada panel sue-le oscilar entre 18 y 36, con lo que se obtieneuna corriente elctrica de un voltaje de unos 16,5voltios, a una temperatura de 28 C, en su puntode mxima potencia, capaz de cargar una baterade 12 voltios.

La conexin de cierto nmero de paneles entres en una determinada combinacin serie-paralelo,montados en un soporte rgido para producir unapotencia mxima de salida deseada (potencia pi-co), con unos valores previstos de voltaje y co-rriente, forman un grupo o formacin solar.

Dado que cada una de las clulas que compo-nen el panel solar est afectada por la ilumina-cin solar que recibe, otro tanto le ocu rrir alpanel en su conjunto. La orientacin de stos de-be ser distinta, segn la latitud, evitando cual-quier sombreado de los mismos o situacionesque no favorezcan la mxima exposicin a laluz solar.

En mediciones realizadas en Valencia con undeterminado tipo de panel fotovoltaico comercialse obtuvieron captaciones de energa de 504,65mWhicrn 2, en un da totalmente despejado, 166,03en un da con nubes pasajeras e intervalos lumi-nosos y 46,75 en un da nublado totalmente, pero

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con nubes claras. Esto proporciona una idea delas bajas captaciones que el sistema va a obteneren das de escasa luminosidad.

Por otra parte, la construccin del propio pa-nel y lo que se denomina encapsulado de lasclulas solares distinguen unos paneles de otrosen cuanto a su calidad. El sellado que el propioencapsulado proporciona a cada clula, su trans-parencia a las radiaciones de la luz solar, ascomo la resistencia a las condiciones atmosfri-cas del bastidor y del material exterior, sea cristalo producto plstico, es muy importante. De ellodepende que se consiga una larga vida y un ren-dimiento uniforme de los paneles a lo largo deltiempo en caso de utilizar buenos materiales o,por el contrario, una corta vida y una baja derendimiento con materiales inadecuados. Aunquecomo ya se indic anteriormente, no existen nor-mas de homologacin universales, la tendencia seencamina a exigir a los paneles una duracin m-nima de veinte aos en funcionamiento sin alte-raciones sustanciales y con una prdida de ren-dimiento mxima del 10 por 100 durante este mis-mo perodo, condiciones que parece habrn decumplir en breve los materiales que se comercia-licen en Estados Unidos para obtener la homolo-gacin correspondiente.

Los paneles fotovoltaicos producen corrientecontinua durante el da, con distintos voltajes ycorrientes, si bien el voltaje, como ya se ha in-dicado, vara dentro de unos mrgenes estrechos.Esto depende de la radiacin del sol, posicin,temperatura ambiente, etc.

La experiencia parece indicar que en la zonalevantina (litoral valenciano), de Espaa, un panelde 34 watios de pico (potencia mxima obteni-da cuando la insolacin solar es la normal:100 mW/cm 2), puede proporcionar alrededor de240 Wh/da en verano y 150 en invierno. Parazonas situadas al norte o al sur de esta latitud,dentro de los lmites de la geografa de la Espaapeninsular, debe disminuirse o aumentarse, res-pectivamente, entre un 10 y un 15 por 100, apro-ximadamente.

ACUMULACION

La corriente continua generada por los panelesfotovoltaicos puede consumirse directamente porequipos previstos para tal tipo de corriente, cuyofuncionamiento depender de la insolacin queexista en cada momento. En este caso, una bom-ba de extraccin d