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Tema 3Tema 3■ INTRODUCCIÓN.INTRODUCCIÓN.■ ANTECEDENTES HISTÓRICOS.ANTECEDENTES HISTÓRICOS.■ PRINCIPIOS BÁSICOS DEL EFECTO FOTOVOLTAICO (FV) PRINCIPIOS BÁSICOS DEL EFECTO FOTOVOLTAICO (FV)

EN EL SILICIO.EN EL SILICIO.■ DISMINUCIÓN DEL PRECIO DE LAS CÉLULAS FV.DISMINUCIÓN DEL PRECIO DE LAS CÉLULAS FV.■ CÉLULAS FV DE LÁMINAS DELGADAS.CÉLULAS FV DE LÁMINAS DELGADAS.■ OTRAS TECNOLOGÍAS FV INNOVADORAS.OTRAS TECNOLOGÍAS FV INNOVADORAS.■ CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS DE LAS CÉLULAS FV DE CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS DE LAS CÉLULAS FV DE

SILICIO.SILICIO.■ SISTEMAS DE POTENCIA FV.SISTEMAS DE POTENCIA FV.■ SISTEMAS FV CONECTADOS A RED.SISTEMAS FV CONECTADOS A RED.■ ASPECTOS ECONÓMICOS DE LOS SITEMAS DE ENERGÍA ASPECTOS ECONÓMICOS DE LOS SITEMAS DE ENERGÍA

FV.FV.■ IMPACTO MEDIOAMBIENTAL Y SEGURIDAD.IMPACTO MEDIOAMBIENTAL Y SEGURIDAD.■ INTEGRACIÓN DE LA ENERGÍA SOLAR FV EN LOS INTEGRACIÓN DE LA ENERGÍA SOLAR FV EN LOS

FUTUROS SISTEMAS DE ENERGÍA.FUTUROS SISTEMAS DE ENERGÍA.

Tema 3Tema 31.- Introducción1.- Introducción

■ En el Capítulo 2 se ha visto cómo podemos producir En el Capítulo 2 se ha visto cómo podemos producir electricidad a partir de la energía solar calentando agua a muy electricidad a partir de la energía solar calentando agua a muy alta temperatura para pasarla a fase vapor a alta presión. Este alta temperatura para pasarla a fase vapor a alta presión. Este vapor es dirigido contra los álabes de una turbina conectada a vapor es dirigido contra los álabes de una turbina conectada a un generador (Termoelectricidad).un generador (Termoelectricidad).

■ Este Capítulo está dedicado a uno de los métodos más directos Este Capítulo está dedicado a uno de los métodos más directos de generación de electricidad a partir de la radiación solar, de generación de electricidad a partir de la radiación solar, basado en el basado en el efecto fotovoltaico (FV)efecto fotovoltaico (FV)..

■ En los apuntes se presenta un caso, el de Rappenecker Hof En los apuntes se presenta un caso, el de Rappenecker Hof (una pequeña hostería en Alemania). (Ver figura).(una pequeña hostería en Alemania). (Ver figura).

- Aislada de la red.- Aislada de la red.

- Se utilizaba un grupo electrógeno (generador Diesel): - Se utilizaba un grupo electrógeno (generador Diesel): mantenimiento, aporte periódico de combustible, averías, de mantenimiento, aporte periódico de combustible, averías, de uso poco eficiente (con gran potencia utilizada poco tiempo), uso poco eficiente (con gran potencia utilizada poco tiempo), produce ruido y sobre todo, CONTAMINA con los gases de produce ruido y sobre todo, CONTAMINA con los gases de escape.escape.


■ Se optó por una instalación FV de 100 módulos de 50 Wp cada Se optó por una instalación FV de 100 módulos de 50 Wp cada uno ( en total 5 kWp). Se siguió usando también el grupo uno ( en total 5 kWp). Se siguió usando también el grupo electrógeno como apoyo, para mantener cargadas las baterías, electrógeno como apoyo, para mantener cargadas las baterías, en los días nublados. El resultado se muestra en la gráfica que en los días nublados. El resultado se muestra en la gráfica que nos da la contribución solar y diesel. En el año 1988 la nos da la contribución solar y diesel. En el año 1988 la instalación FV proporcionó el 77% de las necesidades de instalación FV proporcionó el 77% de las necesidades de electricidad de la hostería, ¡En Alemania!.electricidad de la hostería, ¡En Alemania!.

■ Además del campo FV, la instalación cuenta con un Además del campo FV, la instalación cuenta con un “controlador de carga” electrónico, de una batería de plomo - “controlador de carga” electrónico, de una batería de plomo - ácido de 24 kWh de capacidad (¡Ojo, cambiar en los apuntes!), ácido de 24 kWh de capacidad (¡Ojo, cambiar en los apuntes!), la cual almacena la energía eléctrica hasta que se necesita y de la cual almacena la energía eléctrica hasta que se necesita y de un convertidor - inversor de CC en CA estándar (220V y 50 Hz), un convertidor - inversor de CC en CA estándar (220V y 50 Hz), lo que permite el uso de todo tipo de electrodomésticos.(Ver lo que permite el uso de todo tipo de electrodomésticos.(Ver figura).figura).


■ Pega gordaPega gorda: El sistema energético de Rappeneker Hof, : El sistema energético de Rappeneker Hof, incluyendo todo el diseño de la anterior figura) incluyendo todo el diseño de la anterior figura) FUÉ MFUÉ MUY UY CAROCARO. Costó alrededor de 2.400 Pta/ Wp (2.400.000 Pta/ . Costó alrededor de 2.400 Pta/ Wp (2.400.000 Pta/ KWp); o lo que es lo mismo 14, 42 €/ Wp (14.420 €/ kWp).KWp); o lo que es lo mismo 14, 42 €/ Wp (14.420 €/ kWp).

■ Se espera que si este tipo de instalaciones proliferan, su precio Se espera que si este tipo de instalaciones proliferan, su precio baje. En la actualidad, los precios de la energía solar FV son baje. En la actualidad, los precios de la energía solar FV son mucho menores.No obstante, el caso de esta hostería es mucho menores.No obstante, el caso de esta hostería es rentable económicamente si lo comparamos con lo que hubiera rentable económicamente si lo comparamos con lo que hubiera costado llevar allí la electricidad. En 1990 se añadió un costado llevar allí la electricidad. En 1990 se añadió un pequeño aerogenerador de 1 kW de potencia, con lo que se pequeño aerogenerador de 1 kW de potencia, con lo que se redujo la necesidad de arrancar el grupo electrógeno. Aún hoy redujo la necesidad de arrancar el grupo electrógeno. Aún hoy sigue funcionando esta instalación, y es visitada (Negocio). sigue funcionando esta instalación, y es visitada (Negocio).

■ Ese es el caso de muchas viviendas aisladas en Extremadura, Ese es el caso de muchas viviendas aisladas en Extremadura, que tiene una gran dispersión de la población.que tiene una gran dispersión de la población.

Tema 3Tema 32.- Antecedentes históricos2.- Antecedentes históricos

■ Si a alguien se le preguntara cómo diseñaría un sistema de Si a alguien se le preguntara cómo diseñaría un sistema de conversión de la energía solar en energía eléctrica, tendría conversión de la energía solar en energía eléctrica, tendría dificultades para hacerlo mejor que lo hace una célula FV. dificultades para hacerlo mejor que lo hace una célula FV.

■ La célula FV es un dispositivo:La célula FV es un dispositivo:

- Que aprovecha una fuente de energía (la radiación solar) que es - Que aprovecha una fuente de energía (la radiación solar) que es la más abundante y disponible de la tierra.la más abundante y disponible de la tierra.

- Está fabricada, en su forma más común, a partir del silicio (2º - Está fabricada, en su forma más común, a partir del silicio (2º elemento más abundante después del oxígeno en la superficie elemento más abundante después del oxígeno en la superficie terrestre).terrestre).

- No tiene partes móviles, por tanto puede operar durante un - No tiene partes móviles, por tanto puede operar durante un tiempo bastante largo.tiempo bastante largo.

- Nos entrega la energía en su forma más útil: ELECTRICIDAD.- Nos entrega la energía en su forma más útil: ELECTRICIDAD.

Tema 3Tema 32.- Antecedentes históricos 2.- Antecedentes históricos

■ El término El término fotovoltaico fotovoltaico se deriva de la combinación de la se deriva de la combinación de la palabra griega palabra griega photosphotos (luz) con (luz) con voltvolt que es la unidad de fuerza que es la unidad de fuerza electromotriz de la corriente eléctrica. Así pues, el término electromotriz de la corriente eléctrica. Así pues, el término fotovoltaico significa fotovoltaico significa generación de electricidad a partir de la generación de electricidad a partir de la luz.luz.

■ El descubrimiento de efecto FV se atribuye a Becquerel (leerlo El descubrimiento de efecto FV se atribuye a Becquerel (leerlo en los apuntes). Las primeras células FV fueron de Selenio, y en los apuntes). Las primeras células FV fueron de Selenio, y sus rendimientos eran inferiores al 1%. (Esto es, convertían sus rendimientos eran inferiores al 1%. (Esto es, convertían menos de 1% de la energía solar incidente en electricidad).menos de 1% de la energía solar incidente en electricidad).

■ No fue hasta los años 50 del pasado siglo, cuando se No fue hasta los años 50 del pasado siglo, cuando se desarrollaron las modernas y más eficientes células solares, en desarrollaron las modernas y más eficientes células solares, en los laboratorios Bell, al descubrirse los efectos de la luz sobre los laboratorios Bell, al descubrirse los efectos de la luz sobre los materiales llamados los materiales llamados semiconductoressemiconductores. .


■ Los semiconductores son materiales no metálicos (como el Los semiconductores son materiales no metálicos (como el germanio y el silicio) cuyas características eléctricas se sitúan germanio y el silicio) cuyas características eléctricas se sitúan entre los conductores (que ofrecen muy poca resistencia al entre los conductores (que ofrecen muy poca resistencia al paso de la corriente eléctrica) y los materiales aislantes ( que paso de la corriente eléctrica) y los materiales aislantes ( que ofrecen una gran resistencia al paso de la corriente), de ahí el ofrecen una gran resistencia al paso de la corriente), de ahí el término término semisemiconductor. Un dispositivo que se fabrica con conductor. Un dispositivo que se fabrica con semiconductores es el semiconductores es el transistortransistor, de múltiples aplicaciones , de múltiples aplicaciones electrónicas, y que se construye “electrónicas, y que se construye “dopandodopando” convenientemente ” convenientemente el semiconductor.el semiconductor.

■ En esa década de los 50, se produjeron células FV de silicio En esa década de los 50, se produjeron células FV de silicio dopado, que tuvieron mejores rendimientos, y que incluso dopado, que tuvieron mejores rendimientos, y que incluso fueron utilizadas para diversas demostraciones por los propios fueron utilizadas para diversas demostraciones por los propios laboratorios Bell. (Ver figuras). Incluso se usaron para alimentar laboratorios Bell. (Ver figuras). Incluso se usaron para alimentar eléctricamente a los satélites artificiales. (Ver figura).eléctricamente a los satélites artificiales. (Ver figura).


■ Ahora, las células FV son de utilización masiva, particularmente Ahora, las células FV son de utilización masiva, particularmente en telecomunicaciones, iluminación y para alimentar los en telecomunicaciones, iluminación y para alimentar los aparatos eléctricos en lugares remotos (alejados de la red de aparatos eléctricos en lugares remotos (alejados de la red de distribución), donde el suministro eléctrico sea caro. También distribución), donde el suministro eléctrico sea caro. También se usan para alimentar productos de consumo como relojes, se usan para alimentar productos de consumo como relojes, calculadoras, linternas, etc. calculadoras, linternas, etc.

■ Un uso particularmente interesante de la energía solar FV es el Un uso particularmente interesante de la energía solar FV es el de las de las centrales FV conectadas a redcentrales FV conectadas a red, de las que ya hay en , de las que ya hay en operación bastantes en Europa, EE.UU., Japón, etc., y que operación bastantes en Europa, EE.UU., Japón, etc., y que proporcionan una fracción sustancial de sus necesidades proporcionan una fracción sustancial de sus necesidades energéticas. En España, por ejemplo, la FV de Toledo y otras energéticas. En España, por ejemplo, la FV de Toledo y otras en construcción. en construcción.

■ Actualmente el rendimiento de las mejores Actualmente el rendimiento de las mejores células solarescélulas solares es es del 24% en las condiciones de laboratorio ( con una radiación del 24% en las condiciones de laboratorio ( con una radiación de 1 sol y a 25 ºC de temperatura), y del de 1 sol y a 25 ºC de temperatura), y del 16% de los módulos 16% de los módulos FV de silicio monocristalino en el laboratorioFV de silicio monocristalino en el laboratorio. En la práctica, . En la práctica, los rendimientos de los módulos son menores, entre el 10 los rendimientos de los módulos son menores, entre el 10 -14%. Una buena opción: el 12% medio en España.-14%. Una buena opción: el 12% medio en España.

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■ Se espera que los rendimientos de los módulos mejoren, y Se espera que los rendimientos de los módulos mejoren, y llegar, en unos 10 años o menos, a rendimientos en operación llegar, en unos 10 años o menos, a rendimientos en operación del 20% o superiores.del 20% o superiores.

■ Actualmente, el precio del kWp FV instalado es de unas Actualmente, el precio del kWp FV instalado es de unas 1.200.000 Pta (unos 7.200 €). A medida que los rendimientos 1.200.000 Pta (unos 7.200 €). A medida que los rendimientos crezcan, el precio de los paneles decrecerá. Si a ello añadimos crezcan, el precio de los paneles decrecerá. Si a ello añadimos una mayor producción de paneles como consecuencia de una una mayor producción de paneles como consecuencia de una instalación masiva, el precio del kWp instalado puede llegar a instalación masiva, el precio del kWp instalado puede llegar a las 700.000 - 800.000 Pta (4.200 - 4.800 €). (Ver figura).las 700.000 - 800.000 Pta (4.200 - 4.800 €). (Ver figura).

■ APARTADO: Test de condiciones estándares de las células APARTADO: Test de condiciones estándares de las células y módulos FV.-y módulos FV.- Hay un amplio consenso internacional acerca Hay un amplio consenso internacional acerca de que el funcionamiento de las células y módulos FV debe de que el funcionamiento de las células y módulos FV debe medirse bajo unas mismas condiciones estándares. medirse bajo unas mismas condiciones estándares.


■ Estas condiciones son: T de funcionamiento 25ºC. Radiación Estas condiciones son: T de funcionamiento 25ºC. Radiación incidente sobre la célula 1.000 W/mincidente sobre la célula 1.000 W/m2 2 (1 sol). Distribución (1 sol). Distribución espectral de potencias correspondiente a una espectral de potencias correspondiente a una masa de airemasa de aire de de 1,5. 1,5.

■ La distribución espectral de potencias es una gráfica que La distribución espectral de potencias es una gráfica que representa la forma en la cual la potencia contenida en la representa la forma en la cual la potencia contenida en la radiación solar se reparte entre las distintas longitudes de onda. radiación solar se reparte entre las distintas longitudes de onda. El concepto de “El concepto de “masa de airemasa de aire” se relaciona con la forma con ” se relaciona con la forma con que la distribución espectral de la radiación solar se ve afectada que la distribución espectral de la radiación solar se ve afectada por la distancia que los rayos solares deben cubrir a través de por la distancia que los rayos solares deben cubrir a través de la atmósfera, antes de alcanzar un módulo FV.la atmósfera, antes de alcanzar un módulo FV.

■ En el espacio, la radiación solar no se ve afectada por la En el espacio, la radiación solar no se ve afectada por la atmósfera y la radiación solar tiene una densidad de 1.365 atmósfera y la radiación solar tiene una densidad de 1.365 W/mW/m22, que algunos autores llaman , que algunos autores llaman Constante SolarConstante Solar. .


■ La distribución espectral de potencias en el espacio (fuera de la La distribución espectral de potencias en el espacio (fuera de la atmósfera) de la radiación solar se le llama de atmósfera) de la radiación solar se le llama de masa de aire 0masa de aire 0. . Cuando el sol está en el zenit , decimos que la distribución Cuando el sol está en el zenit , decimos que la distribución espectral de la radiación solar corresponde a una espectral de la radiación solar corresponde a una masa de aire masa de aire 1.1.

■ Para una dirección cualquiera, la masa de aire de esa Para una dirección cualquiera, la masa de aire de esa distribución espectral se deduce de la siguiente figura, y tiene distribución espectral se deduce de la siguiente figura, y tiene por valor:por valor:

Masa de aire = SO/ZO = cos 0 / cos θ = 1 / cos θ Masa de aire = SO/ZO = cos 0 / cos θ = 1 / cos θ ■ Así, la masa de aire igual a 1,5 corresponde a una distribución Así, la masa de aire igual a 1,5 corresponde a una distribución

espectral de potencias de la radiación solar que incide sobre espectral de potencias de la radiación solar que incide sobre nuestro panel formando una dirección de aproximadamente 48º nuestro panel formando una dirección de aproximadamente 48º respecto de la vertical del lugar (zenit). Ya que cos 48º = 1/1,5, respecto de la vertical del lugar (zenit). Ya que cos 48º = 1/1,5, aproximadamente.aproximadamente.

Tema 3Tema 33.- Principios básicos del efecto fotovoltaico en el silicio3.- Principios básicos del efecto fotovoltaico en el silicio

■ Los semiconductores y el dopado.- Los semiconductores y el dopado.- Las células FV consisten Las células FV consisten en la unión (no física sino una unión donde la estructura en la unión (no física sino una unión donde la estructura cristalina se mantiene) de dos capas delgadas de cristalina se mantiene) de dos capas delgadas de semiconductores: Semiconductor tipo - “p” (positivo; o sea, con semiconductores: Semiconductor tipo - “p” (positivo; o sea, con defecto de electrones) y semiconductor tipo - “n” (negativo; o defecto de electrones) y semiconductor tipo - “n” (negativo; o sea, con exceso de electrones)sea, con exceso de electrones)

■ Estos semiconductores provienen del silicio (SiEstos semiconductores provienen del silicio (Si1414), cuya ), cuya estructura electrónica es: 1sestructura electrónica es: 1s22, 2s, 2s22, 2p, 2p66, 3s, 3s22, 3p, 3p22. La última capa, . La última capa, la 3, tiene cuatro electrones y le faltan otros cuatro para la 3, tiene cuatro electrones y le faltan otros cuatro para alcanzar la configuración electrónica de Argón, con lo que un alcanzar la configuración electrónica de Argón, con lo que un átomo de Si se une covalentemente a otros cuatro vecinos, átomo de Si se une covalentemente a otros cuatro vecinos, formando una estructura cristalina estable (ver figura). Los formando una estructura cristalina estable (ver figura). Los enlaces covalentes son fuertes y direccionales. enlaces covalentes son fuertes y direccionales.

Tema 3Tema 33.- Principios básicos del efecto fotovoltaico en el silicio 3.- Principios básicos del efecto fotovoltaico en el silicio

■ Los semiconductoresLos semiconductores tipo - n se fabrican a partir del Si, al cual tipo - n se fabrican a partir del Si, al cual se dopa con muy pequeñas cantidades de impurezas se dopa con muy pequeñas cantidades de impurezas (usualmente P(usualmente P1515), en cuyo caso el material dopado posee un ), en cuyo caso el material dopado posee un exceso de electrones libresexceso de electrones libres. Los semiconductores tipo - p . Los semiconductores tipo - p también se construyen a partir del Si cristalino añadiendo también se construyen a partir del Si cristalino añadiendo (dopando) pequeñas cantidades de B(dopando) pequeñas cantidades de B55, lo que hace que el , lo que hace que el material dopado tenga un material dopado tenga un déficit de electrones libresdéficit de electrones libres (ver (ver figuras)figuras)

■ La unión (“junction”) p - n consiste en juntar dos La unión (“junction”) p - n consiste en juntar dos semiconductores, uno tipo - p y otro tipo - n, semiconductores, uno tipo - p y otro tipo - n, de manera que la de manera que la estructura cristalina no se interrumpa al pasar de una estructura cristalina no se interrumpa al pasar de una región a otra.región a otra.

■ La existencia de la unión p - n crea un campo eléctrico, La existencia de la unión p - n crea un campo eléctrico, perpendicular al plano de unión y dirigido del lado n al lado p.perpendicular al plano de unión y dirigido del lado n al lado p.

Tema 3Tema 33.- Principios básicos del efecto fotovoltaico en el silicio3.- Principios básicos del efecto fotovoltaico en el silicio

■ Efecto FV.- Efecto FV.- Cuando los fotones de luz, de una determinada Cuando los fotones de luz, de una determinada longitud de onda, inciden en la unión p - n, sus energías pueden longitud de onda, inciden en la unión p - n, sus energías pueden ser transferidas a alguno de los eser transferidas a alguno de los e- - de valencia (último nivel de valencia (último nivel energético), llegando a separase del átomo de Si y moverse energético), llegando a separase del átomo de Si y moverse libremente por el cristal. Cuando un elibremente por el cristal. Cuando un e-- se separa de un átomo se separa de un átomo deja un “deja un “huecohueco”; esto es, una carga positiva de igual magnitud ”; esto es, una carga positiva de igual magnitud que la del eque la del e--, que también es libre de moverse por el material., que también es libre de moverse por el material.

■ La acción del campo eléctrico producido por la unión p - n sobre La acción del campo eléctrico producido por la unión p - n sobre una carga eléctrica positiva (hueco, o ausencia de euna carga eléctrica positiva (hueco, o ausencia de e--) es ) es provocarle una fuerza eléctrica en la dirección y sentido del provocarle una fuerza eléctrica en la dirección y sentido del campo (campo (FF = q = q EE), y sobre una carga negativa (e), y sobre una carga negativa (e--) es provocarle ) es provocarle una fuerza eléctrica en la misma dirección que el campo, pero una fuerza eléctrica en la misma dirección que el campo, pero de sentido opuesto. Por tanto, de sentido opuesto. Por tanto, la acción del campo creado la acción del campo creado por la unión p - n es separar los pares epor la unión p - n es separar los pares e-- - hueco - hueco. .


■ A los primeros ( los eA los primeros ( los e--) los dirige hacia el lado n de la unión, ) los dirige hacia el lado n de la unión, donde se sitúan unos contactos metálicos que los recogen y los donde se sitúan unos contactos metálicos que los recogen y los llevan hasta otro conductor más general, que se prolonga fuera llevan hasta otro conductor más general, que se prolonga fuera de semiconductor, lo que produce una de semiconductor, lo que produce una corriente eléctricacorriente eléctrica ( que ( que no es más que un movimiento de electrones a través de un no es más que un movimiento de electrones a través de un conductor metálico), y, en definitiva, hace que la célula trabaje conductor metálico), y, en definitiva, hace que la célula trabaje como un generador de corriente. como un generador de corriente.

■ A los huecos, que son cargas positivas, el campo eléctrico A los huecos, que son cargas positivas, el campo eléctrico creado por la unión p - n los dirige en su misma dirección y creado por la unión p - n los dirige en su misma dirección y sentido; esto es, los dirige hacia el lado p de la unión, y de ahí sentido; esto es, los dirige hacia el lado p de la unión, y de ahí son recolectados por otro conductor metálico que forma la base son recolectados por otro conductor metálico que forma la base de la célula, al cual arrancan un ede la célula, al cual arrancan un e- - cada vez que llega un cada vez que llega un hueco. hueco.

■ Cuando los eCuando los e--, después de haber recorrido el circuito externo y , después de haber recorrido el circuito externo y extraído parte de su energía, llegan al contacto inferior, hay una extraído parte de su energía, llegan al contacto inferior, hay una recombinación erecombinación e-- - hueco y desaparecen ambos. - hueco y desaparecen ambos.


■ La generación de potencia eléctrica ( P = V x I), requiere que La generación de potencia eléctrica ( P = V x I), requiere que exista una corriente de eexista una corriente de e-- ( I de la corriente) y un voltaje ( I de la corriente) y un voltaje (diferencia de potencial, V), que es el originado por el campo (diferencia de potencial, V), que es el originado por el campo creado por la unión p - n. Una célula FV produce un voltaje de creado por la unión p - n. Una célula FV produce un voltaje de unos 0,5 V, y una corriente cuya intensidad puede llegar a ser unos 0,5 V, y una corriente cuya intensidad puede llegar a ser de hasta 2,5 A, en condiciones óptimas de radiación solar. Ello de hasta 2,5 A, en condiciones óptimas de radiación solar. Ello equivale a una potencia eléctrica máxima (pico) de P = 0,5 V x equivale a una potencia eléctrica máxima (pico) de P = 0,5 V x 2,5 A = 1,25 W.2,5 A = 1,25 W.

■ Según sea el diseño de la célula FV, el voltaje y la intensidad Según sea el diseño de la célula FV, el voltaje y la intensidad de la corriente pueden diferir de los que hemos dado aquí.de la corriente pueden diferir de los que hemos dado aquí.

■ La célula que más se utiliza, por su mayor rendimiento, es la La célula que más se utiliza, por su mayor rendimiento, es la célula decélula de Si Si monocristalinomonocristalino.- Que es Si con una única y .- Que es Si con una única y continua estructura cristalina, virtualmente sin defectos ni continua estructura cristalina, virtualmente sin defectos ni impurezas. impurezas.

■ El Si monocristalino usualmente se crece a partir de una semilla El Si monocristalino usualmente se crece a partir de una semilla cristalina, que es extraída lentamente de un fundido de Si cristalina, que es extraída lentamente de un fundido de Si policristalino, mediante el proceso lento, sofisticado y caro de policristalino, mediante el proceso lento, sofisticado y caro de CzochralskiCzochralski. (Ver figura). . (Ver figura).


■ Los módulos más eficientes son los construidos con células Los módulos más eficientes son los construidos con células “Saturno” de BP y con las de AEG (Aeroespacial Alemana), con “Saturno” de BP y con las de AEG (Aeroespacial Alemana), con rendimientos del 16 -17 %. Estas células tienen una estructura rendimientos del 16 -17 %. Estas células tienen una estructura piramidal, la cual origina múltiples reflexiones de la luz solar, lo piramidal, la cual origina múltiples reflexiones de la luz solar, lo que permite “atrapar” la luz y provocar que sea absorbida por que permite “atrapar” la luz y provocar que sea absorbida por les eles e-- de valencia del semiconductor. También dispone de unos de valencia del semiconductor. También dispone de unos conductores especiales que van enterrados en la célula, conductores especiales que van enterrados en la célula, evitando que éstos den sombra a la misma.evitando que éstos den sombra a la misma.

■ Si fuéramos capaces de atrapar todos los fotones posibles, el Si fuéramos capaces de atrapar todos los fotones posibles, el rendimiento teórico de la conversión energía solar - energía rendimiento teórico de la conversión energía solar - energía eléctrica en una célula FV de unión p - n de Si monocristalino eléctrica en una célula FV de unión p - n de Si monocristalino sería del 30 %.sería del 30 %.

■ Hay diseños Hay diseños multiunión p - nmultiunión p - n, en las cuales cada unión absorbe , en las cuales cada unión absorbe la energía de los fotones de una determinada λ. En el caso de la energía de los fotones de una determinada λ. En el caso de infinitas uniones, el η teórico sería del 60 %. infinitas uniones, el η teórico sería del 60 %.


■ En la práctica, los mayores rendimientos En la práctica, los mayores rendimientos alcanzados en el alcanzados en el laboratorio bajo las condiciones estándares de operaciónlaboratorio bajo las condiciones estándares de operación de los módulos FV de Si monocristalino disponibles en el de los módulos FV de Si monocristalino disponibles en el mercado son del orden del 16 %.mercado son del orden del 16 %.

■ El rendimiento de los módulos FV usualmente es más bajo que El rendimiento de los módulos FV usualmente es más bajo que el de las células por varias razones: 1.- Es difícil alcanzar un el de las células por varias razones: 1.- Es difícil alcanzar un alto η en unos dispositivos fabricados en masa. 2.- Las células alto η en unos dispositivos fabricados en masa. 2.- Las células de laboratorio no están acristaladas, barnizadas o de laboratorio no están acristaladas, barnizadas o encapsuladas, y los módulos sí. 3.- En un módulo FV encapsuladas, y los módulos sí. 3.- En un módulo FV usualmente hay áreas entre las células que no son activas usualmente hay áreas entre las células que no son activas (especialmente si éstas son circulares), tampoco se aprovecha (especialmente si éstas son circulares), tampoco se aprovecha el área de los marcos circundantes. 4.- Hay pequeñas pérdidas el área de los marcos circundantes. 4.- Hay pequeñas pérdidas resistivas locales en las conexiones metálicas entre células y en resistivas locales en las conexiones metálicas entre células y en los diodos que se usan para protegerlas. 5.- Hay pérdidas en los diodos que se usan para protegerlas. 5.- Hay pérdidas en las conexiones en serie de células de características eléctricas las conexiones en serie de células de características eléctricas ligeramente diferentes.ligeramente diferentes.

Tema 3Tema 34.- Disminución del precio de las células FV 4.- Disminución del precio de las células FV

■ Aunque los módulos de Si monocristalino son eficientes, Aunque los módulos de Si monocristalino son eficientes, SON SON MUY CAROSMUY CAROS, ya que se fabrican con el proceso de , ya que se fabrican con el proceso de Czochralski que es lento, requiere obreros muy especializados, Czochralski que es lento, requiere obreros muy especializados, y es intensivo en trabajo y energía, y es intensivo en trabajo y energía, y sobre todo porque los y sobre todo porque los módulos FV, hasta hace muy poco, estaban fabricados con módulos FV, hasta hace muy poco, estaban fabricados con Si policriatalino de “grado electrónico” (Muy puro). Ahora Si policriatalino de “grado electrónico” (Muy puro). Ahora pueden fabricarse con Si de “grado solar” (Menos puro), pueden fabricarse con Si de “grado solar” (Menos puro), mucho más barato, y con sólo una pequeña disminución de mucho más barato, y con sólo una pequeña disminución de su rendimiento. su rendimiento. (Primera fábrica de ISOFOTÓN en España, en (Primera fábrica de ISOFOTÓN en España, en Castilla-La Mancha)Castilla-La Mancha)

■ ¿Cuáles han sido los avances en este campo durante las ¿Cuáles han sido los avances en este campo durante las últimas décadas?últimas décadas?

a) Crecimiento del Si monocristalino en forma de lámina delgada.- a) Crecimiento del Si monocristalino en forma de lámina delgada.- Para evitar el corte de los lingotes de Si monocristalino en Para evitar el corte de los lingotes de Si monocristalino en obleas, un procedimiento es el de crecer los cristales en forma obleas, un procedimiento es el de crecer los cristales en forma de lámina delgada, con lo que se abarata el precio.de lámina delgada, con lo que se abarata el precio.

Tema 3Tema 34.- Disminución del precio de las células FV4.- Disminución del precio de las células FV

Uno de tales procedimientos se conoce como el de “crecimiento Uno de tales procedimientos se conoce como el de “crecimiento de láminas definido por el borde” (“edge - defined, film - fed de láminas definido por el borde” (“edge - defined, film - fed growth”), desarrollado por la Mobil Solar en 1994. (Ver figura).growth”), desarrollado por la Mobil Solar en 1994. (Ver figura).

b) Células de Si policristalino.- Esencialmente, el silicio b) Células de Si policristalino.- Esencialmente, el silicio policristalino está constituido por pequeños granos de Si policristalino está constituido por pequeños granos de Si monocristalino unidos entre si, y orientados al azar ( Ver figura). monocristalino unidos entre si, y orientados al azar ( Ver figura). Una de las principales tecnologías involucra una cuidadosa y Una de las principales tecnologías involucra una cuidadosa y controlada fundición del Si policristalino en lingotes. Despues se controlada fundición del Si policristalino en lingotes. Despues se corta en obleas cuadradas para su posterior ensamblaje.corta en obleas cuadradas para su posterior ensamblaje.

VentajasVentajas.- Son más fáciles de fabricar y más baratas que las .- Son más fáciles de fabricar y más baratas que las monocristalinas. Obleas cuadradas que no desperdician área.monocristalinas. Obleas cuadradas que no desperdician área.

DesventajasDesventajas.- Tienen menores rendimientos, ya que los pares e.- Tienen menores rendimientos, ya que los pares e- -

- hueco pueden recombinarse en los límites de los granos.- hueco pueden recombinarse en los límites de los granos.

Los η pueden ser del 10 %.Los η pueden ser del 10 %.

Tema 3Tema 34.- Disminución del precio de las células FV4.- Disminución del precio de las células FV

c) Células en láminas delgadas de Si policristalino.- Si además de c) Células en láminas delgadas de Si policristalino.- Si además de abaratar los precios usando Si policriatalino en vez de uno abaratar los precios usando Si policriatalino en vez de uno monocristalino, disminuimos el espesor de la célula (que monocristalino, disminuimos el espesor de la célula (que usualmente es de unos cientos de micras) ; esto es la cantidad usualmente es de unos cientos de micras) ; esto es la cantidad de Si a utilizar, el abaratamiento será mayor. La idea, es que de Si a utilizar, el abaratamiento será mayor. La idea, es que aún teniendo menor cantidad de material activo, la técnica de aún teniendo menor cantidad de material activo, la técnica de “atrapamiento de la luz” mediante multirreflexiones (Ver figura) “atrapamiento de la luz” mediante multirreflexiones (Ver figura) puede llevarnos a rendimientos del 15 %, en células con puede llevarnos a rendimientos del 15 %, en células con láminas de 20 micras de espesor. ENFOQUE MUY láminas de 20 micras de espesor. ENFOQUE MUY DEFENDIDO.DEFENDIDO.

d) Células construidas con otros materiales distintos del Si: Células d) Células construidas con otros materiales distintos del Si: Células de Arseniuro de Galio (Ga As), que es un semiconductor de Arseniuro de Galio (Ga As), que es un semiconductor compuesto, con una estructura cristalina parecida al Si.compuesto, con una estructura cristalina parecida al Si.

Tema 3Tema 34.- Disminución del precio de las células FV 4.- Disminución del precio de las células FV

VentajasVentajas: 1.- Tienen un gran coeficiente de absorción de la luz : 1.- Tienen un gran coeficiente de absorción de la luz solar, de modo que solamente se necesita una lámina delgada solar, de modo que solamente se necesita una lámina delgada de GaAS (o sea, menor cantidad de material). 2.- Tienen un de GaAS (o sea, menor cantidad de material). 2.- Tienen un intervalo de banda más ancho que las de Si y cercano al optimo intervalo de banda más ancho que las de Si y cercano al optimo para absorber toda la energía del espectro solar, lo que implica para absorber toda la energía del espectro solar, lo que implica que son que son muy eficientesmuy eficientes. 3.- Pueden operar a temperaturas . 3.- Pueden operar a temperaturas relativamente altas en comparación con las células de otros relativamente altas en comparación con las células de otros materiales semiconductores, lo que las hace especialmente materiales semiconductores, lo que las hace especialmente útiles para usar en los sistemas FV de concentración.útiles para usar en los sistemas FV de concentración.

DesventajasDesventajas: Son más caras que las de Si, ya que el proceso de : Son más caras que las de Si, ya que el proceso de fabricación no está suficientemente desarrollado, y porque el As fabricación no está suficientemente desarrollado, y porque el As y el Ga son menos abundantes que el Si.y el Ga son menos abundantes que el Si.

Por ello sólo se usan para aplicaciones donde no importa el Por ello sólo se usan para aplicaciones donde no importa el gasto: Coches solares (p.e.).gasto: Coches solares (p.e.).

Tema 3Tema 35.- Células FV de láminas delgadas5.- Células FV de láminas delgadas

■ Ya hemos hablado anteriormente de la disminución de los Ya hemos hablado anteriormente de la disminución de los costes de fabricación cuando se usa menor cantidad de costes de fabricación cuando se usa menor cantidad de material semiconductor; esto es, cuando las células disminuyen material semiconductor; esto es, cuando las células disminuyen su espesor. En este apartado hablaremos de las células FV su espesor. En este apartado hablaremos de las células FV intrínsecamente de pequeño espesor:intrínsecamente de pequeño espesor:

a) a) Si amorfo (Si - a)Si amorfo (Si - a).- Es Si fabricado sin ningún tipo de estructura .- Es Si fabricado sin ningún tipo de estructura cristalina. En este caso queda imposibilitada la unión p - n, ya cristalina. En este caso queda imposibilitada la unión p - n, ya que aquí al no haber una estructura cristalina, algunos de los que aquí al no haber una estructura cristalina, algunos de los enlaces “quedan en suspenso” y pueden absorber los eenlaces “quedan en suspenso” y pueden absorber los e-- adicionales introducidos en el “doping” adicionales introducidos en el “doping”

Para evitar que queden enlaces en suspenso, lo que se hace es Para evitar que queden enlaces en suspenso, lo que se hace es formar una mezcla de Si y de H (gas silano, SiHformar una mezcla de Si y de H (gas silano, SiH44) y doparlo con ) y doparlo con

una pequeña cantidad de boro (p.e.). Este gas se descompone una pequeña cantidad de boro (p.e.). Este gas se descompone eléctricamente depositándose una fina capa de Si amorfo en un eléctricamente depositándose una fina capa de Si amorfo en un sustrato de acero inoxidable. El dopante puede así hacer su sustrato de acero inoxidable. El dopante puede así hacer su cometido: suministrar portadores de carga para aumentar la cometido: suministrar portadores de carga para aumentar la conductividad del material. conductividad del material.

Tema 3Tema 35.- Células FV de láminas delgadas 5.- Células FV de láminas delgadas

■ Las células de Si -a tienen una unión entre semiconductores Las células de Si -a tienen una unión entre semiconductores algo diferente. Se llama unión “p - i - n”, consistente en una algo diferente. Se llama unión “p - i - n”, consistente en una lámina extremadamente delgada de Si - a tipo - p, en la parte lámina extremadamente delgada de Si - a tipo - p, en la parte superior, seguida de una lámina más gruesa de Si - a no superior, seguida de una lámina más gruesa de Si - a no dopado (llamada intrínseca, “i”), y por último otra lámina muy dopado (llamada intrínseca, “i”), y por último otra lámina muy delgada de Si - a tipo - n. (Ver figura)delgada de Si - a tipo - n. (Ver figura)

■ VentajasVentajas de las células de Si - a: 1.- El Si - a es mucho más de las células de Si - a: 1.- El Si - a es mucho más barato que el Si cristalino (mono o poli). 2.- Es mucho mejor barato que el Si cristalino (mono o poli). 2.- Es mucho mejor absorbente de la luz (10 veces más que es Si cristalino), de absorbente de la luz (10 veces más que es Si cristalino), de modo que se pueden usar películas mucho más delgadas, y por modo que se pueden usar películas mucho más delgadas, y por tanto más baratas de fabricar. 3.- El proceso de fabricación del tanto más baratas de fabricar. 3.- El proceso de fabricación del Si - a requiere de menores T que el cristalino, o sea menor Si - a requiere de menores T que el cristalino, o sea menor energía. 4.- Se puede producir mediante un proceso continuo. energía. 4.- Se puede producir mediante un proceso continuo. 5.- Debido a su delgadez es flexible, con lo que puede 5.- Debido a su delgadez es flexible, con lo que puede montarse sobre una gran variedad de sustratos rígidos o montarse sobre una gran variedad de sustratos rígidos o flexibles. flexibles.


■ DesventajasDesventajas de las células de Si - a: 1.- Son mucho menos de las células de Si - a: 1.- Son mucho menos eficientes que las de Si monocristalino o policristalino, (los eficientes que las de Si monocristalino o policristalino, (los rendimientos máximos alcanzados en el laboratorio son del rendimientos máximos alcanzados en el laboratorio son del 12%, los módulos del 6 - 7 %. 2.- El rendimiento de los módulos 12%, los módulos del 6 - 7 %. 2.- El rendimiento de los módulos baja hasta el 4 %, como consecuencia de su degradación a los baja hasta el 4 %, como consecuencia de su degradación a los pocos meses de exposición al sol.pocos meses de exposición al sol.

■ Hay I+D en marcha para resolver estos problemas, si bien las Hay I+D en marcha para resolver estos problemas, si bien las células de Si - a se utilizan comercialmente como fuentes de células de Si - a se utilizan comercialmente como fuentes de energía para multitud de productos de consumo: calculadoras, energía para multitud de productos de consumo: calculadoras, relojes, etc., donde lo que se requiere no es tanto un alto relojes, etc., donde lo que se requiere no es tanto un alto rendimiento, sino el bajo coste de estos dispositivos.rendimiento, sino el bajo coste de estos dispositivos.

b) b) Células FV de láminas delgadas de semiconductores Células FV de láminas delgadas de semiconductores compuestos compuestos idóneos son el Seleniuro de Indio y Cobre, idóneos son el Seleniuro de Indio y Cobre, CuInSeCuInSe22 usualmente abreviado CIS, y el Telururo de Cadmio usualmente abreviado CIS, y el Telururo de Cadmio

(CdTe). Estos productos están en un estadio de prefabricación. (CdTe). Estos productos están en un estadio de prefabricación.


■ VentajasVentajas: 1.- Las células de lámina delgada CIS han alcanzado : 1.- Las células de lámina delgada CIS han alcanzado rendimientos del 12,5 % en el laboratorio, y módulos CIS con el rendimientos del 12,5 % en el laboratorio, y módulos CIS con el 10 %. 2.- No parece que sufran la degradación funcional de las 10 %. 2.- No parece que sufran la degradación funcional de las células de Si - a cundo llevan funcionando algún tiempo.células de Si - a cundo llevan funcionando algún tiempo.

■ DesventajasDesventajas: 1.- Son un poco más caras que las de Si - a, ya : 1.- Son un poco más caras que las de Si - a, ya que el Indio es un material relativamente caro. 2.- El proceso de que el Indio es un material relativamente caro. 2.- El proceso de fabricación de las células CIS puede involucrar el uso del gas fabricación de las células CIS puede involucrar el uso del gas Seleniuro de Hidrógeno que es muy tóxico.Seleniuro de Hidrógeno que es muy tóxico.

■ En cuanto a las células de lámina delgada CdTe , las En cuanto a las células de lámina delgada CdTe , las ventajasventajasson: 1.- Pueden ser fabricadas utilizando un proceso sencillo y son: 1.- Pueden ser fabricadas utilizando un proceso sencillo y no demasiado caro. 2.- El intervalo de banda del CdTe es no demasiado caro. 2.- El intervalo de banda del CdTe es cercano al optimo para la absorción de la luz solar. 3.- El cercano al optimo para la absorción de la luz solar. 3.- El rendimiento de estos módulos se sitúa en el 10 %. 4.- No tienen rendimiento de estos módulos se sitúa en el 10 %. 4.- No tienen la degradación funcional de las células de Si - a. La principal la degradación funcional de las células de Si - a. La principal desventajadesventaja es que el Cd es muy tóxico. es que el Cd es muy tóxico.

Tema 3Tema 36.- Otras tecnologías FV innovadoras6.- Otras tecnologías FV innovadoras

■ a) Células FV multiunión: a) Células FV multiunión: Una forma ingeniosa de mejorar el Una forma ingeniosa de mejorar el rendimiento de las células y módulos FV de Si-a es a través de rendimiento de las células y módulos FV de Si-a es a través de la la multiuniónmultiunión; esto es, la laminación de dos o más uniones ; esto es, la laminación de dos o más uniones semiconductoras delgadas, de modo que cada una de ellas semiconductoras delgadas, de modo que cada una de ellas extraiga energía de una parte del espectro se la luz incidente. extraiga energía de una parte del espectro se la luz incidente. Una célula con dos láminas se le suele llamar “tándem”. (Ver Una célula con dos láminas se le suele llamar “tándem”. (Ver figura). Si tiene más de dos uniones de lámina delgada, éstas figura). Si tiene más de dos uniones de lámina delgada, éstas se disponen de manera que la unión Si - a de más ancho se disponen de manera que la unión Si - a de más ancho intervalo de banda se sitúa en la parte superior de la célula, intervalo de banda se sitúa en la parte superior de la célula, absorbiendo los fotones más energéticos (de mayores absorbiendo los fotones más energéticos (de mayores frecuencias, correspondientes a los extremos violeta y azul del frecuencias, correspondientes a los extremos violeta y azul del espectro), seguida de otras uniones delgadas de Si - a, cada espectro), seguida de otras uniones delgadas de Si - a, cada una con un intervalo de banda que absorba progresivamente una con un intervalo de banda que absorba progresivamente una porción del espectro cada vez con menor frecuencia una porción del espectro cada vez con menor frecuencia (menos energética), hasta alcanzar el extremo rojo del (menos energética), hasta alcanzar el extremo rojo del espectro.espectro.

■ Así se aumenta el rendimiento, y desaparece la degradación Así se aumenta el rendimiento, y desaparece la degradación funcional de las células de Si-a normales. funcional de las células de Si-a normales.

Tema 3Tema 36.- Otras tecnologías FV innovadoras 6.- Otras tecnologías FV innovadoras

■ b) Sistemas FV de concentración.-b) Sistemas FV de concentración.- Que usan la misma Que usan la misma filosofía de los concentradores solares (espejos o lentes) para filosofía de los concentradores solares (espejos o lentes) para las aplicaciones térmicas que ya hemos visto. Aquí de lo que se las aplicaciones térmicas que ya hemos visto. Aquí de lo que se trata es de concentrar la radiación solar sobre las células FV.trata es de concentrar la radiación solar sobre las células FV.

VentajasVentajas.- Con menor número de células se consiguen los .- Con menor número de células se consiguen los mismos rendimientos energéticos.mismos rendimientos energéticos.

DesventajasDesventajas.- Hay que seguir al sol, tanto en la orientación .- Hay que seguir al sol, tanto en la orientación diaria, como en la inclinación (elevación) estacional, diaria, como en la inclinación (elevación) estacional, asegurando que las células siempre reciban la máxima cantidad asegurando que las células siempre reciban la máxima cantidad de radiación solar. Lo cual encarece la instalación. de radiación solar. Lo cual encarece la instalación.

■ c) Concentradores fluorescentes.-c) Concentradores fluorescentes.- Consisten en un bloque de Consisten en un bloque de plástico que contiene un colorante fluorescente, o dos láminas plástico que contiene un colorante fluorescente, o dos láminas de plástico con un líquido fluorescente entre ellas. El colorante de plástico con un líquido fluorescente entre ellas. El colorante absorbe la luz de todas las λ, y emite (fluorece) en una banda absorbe la luz de todas las λ, y emite (fluorece) en una banda mucho más estrecha de λ, siendo esta última reflejada mucho más estrecha de λ, siendo esta última reflejada internamente hasta incidir sobre la célula FV. (Ver fig.) internamente hasta incidir sobre la célula FV. (Ver fig.)


■ d) Esferas de silicio.-d) Esferas de silicio.- Otra ingeniosa e innovadora forma de Otra ingeniosa e innovadora forma de fabricar células FV es a partir de diminutas esferas de Si, de fabricar células FV es a partir de diminutas esferas de Si, de tamaño milimétrico, embebidas a intervalos regulares entre dos tamaño milimétrico, embebidas a intervalos regulares entre dos hojas deogadas de aluninio (ver figura). hojas deogadas de aluninio (ver figura).

VentajasVentajas: Son muy flexibles.: Son muy flexibles.

DesventajasDesventajas: Rendimientos no muy elevados (del 10 %).: Rendimientos no muy elevados (del 10 %).■ e) Células foto - electroquímicas.-e) Células foto - electroquímicas.- (Ver figura). Este (Ver figura). Este

dispositivo consta de dos láminas delgadas de vidrio, las cuales dispositivo consta de dos láminas delgadas de vidrio, las cuales están cubiertas con una película delgada conductora de óxido están cubiertas con una película delgada conductora de óxido de estaño, que es transparente a la luz. A la película de arriba de estaño, que es transparente a la luz. A la película de arriba se le añade una lámina delgada de semiconductor TiOse le añade una lámina delgada de semiconductor TiO22, cuya , cuya

superficie sea muy rugosa a fin de aumentar la absorción de superficie sea muy rugosa a fin de aumentar la absorción de luz. A esa superficie rugosa se adhiere una capa de espesor luz. A esa superficie rugosa se adhiere una capa de espesor molecular (layer) de colorante sensibilizador. Por encima de molecular (layer) de colorante sensibilizador. Por encima de este layer hay un electrolito a base de yodo. este layer hay un electrolito a base de yodo.


■ Cuando se absorbe un fotón de λ adecuada, un átomo del Cuando se absorbe un fotón de λ adecuada, un átomo del material ( Ru u Os) del layer sensibilizador libera un ematerial ( Ru u Os) del layer sensibilizador libera un e--, que es , que es inyectado al TiOinyectado al TiO22 Estos e Estos e-- se mueven libremente hacia la lámina se mueven libremente hacia la lámina

conductora de óxido de estaño (electrodo) de la parte inferior, y conductora de óxido de estaño (electrodo) de la parte inferior, y se hacen circular por un circuito exterior, donde podemos se hacen circular por un circuito exterior, donde podemos aprovechar esta corriente.aprovechar esta corriente.

■ Una vez aprovechada la energía de esta corriente, los eUna vez aprovechada la energía de esta corriente, los e--

vuelven a entrar a través del electrodo de óxido de estaño vuelven a entrar a través del electrodo de óxido de estaño superior. En la solución de yodo, se produce una reacción de superior. En la solución de yodo, se produce una reacción de oxidación - reducción, que suple de eoxidación - reducción, que suple de e-- al layer sensibilizador al layer sensibilizador para que el proceso continúe.para que el proceso continúe.

VentajasVentajas: 1.- Estos dispositivos son estables durante mucho : 1.- Estos dispositivos son estables durante mucho tiempo, aunque en esto no hay consenso. 2.- Son sencillos de tiempo, aunque en esto no hay consenso. 2.- Son sencillos de fabricar y muy baratos.fabricar y muy baratos.

DesventajasDesventajas: Rendimientos bajos (10%). : Rendimientos bajos (10%).

Tema 3Tema 37.- Características eléctricas de las células FV de silicio 7.- Características eléctricas de las células FV de silicio

■ Una célula FV de silicio de 10 cm x 10 cm (100 cmUna célula FV de silicio de 10 cm x 10 cm (100 cm22) actúa ) actúa desde el punto de vista eléctrico como una batería alimentada desde el punto de vista eléctrico como una batería alimentada por el sol, que produce un voltaje de unos 0,5 V y por el sol, que produce un voltaje de unos 0,5 V y suministra suministra una intensidad de corriente proporcional a la intensidad de la una intensidad de corriente proporcional a la intensidad de la radiación incidenteradiación incidente, hasta un máximo de entre 2,5 - 3 A con , hasta un máximo de entre 2,5 - 3 A con intensidad luminosa máxima. (Ver figura de cómo se miden las intensidad luminosa máxima. (Ver figura de cómo se miden las características eléctricas de una célula FV).características eléctricas de una célula FV).

■ Cuando la resistencia del circuito externo al que conectamos la Cuando la resistencia del circuito externo al que conectamos la célula es infinita (“circuito abierto”), la corriente en el circuito es célula es infinita (“circuito abierto”), la corriente en el circuito es nula, y el voltaje entre los electrodos de la célula es máximo. A nula, y el voltaje entre los electrodos de la célula es máximo. A este voltaje se le llama este voltaje se le llama voltaje de circuito abiertovoltaje de circuito abierto (V (Vcaca).).

■ Cuando la resistencia del circuito externo es nula (“célula Cuando la resistencia del circuito externo es nula (“célula cortocircuitada”), la intensidad de la corriente que circula por el cortocircuitada”), la intensidad de la corriente que circula por el circuito es máxima. A esta intensidad se le llama circuito es máxima. A esta intensidad se le llama intensidad de intensidad de cortocircuitocortocircuito (I (Icccc). (Ver figura).). (Ver figura).


■ Si variamos la resistencia externa entre cero e infinito, la Si variamos la resistencia externa entre cero e infinito, la intensidad de la corriente (medida con un amperímetro) y el intensidad de la corriente (medida con un amperímetro) y el voltaje (medido con un voltímetro) varían como se muestra en voltaje (medido con un voltímetro) varían como se muestra en la figura. Cuando la resistencia externa alcanza un valor la figura. Cuando la resistencia externa alcanza un valor determinado (igual al de la resistencia interna de la propia determinado (igual al de la resistencia interna de la propia célula), se alcanza el célula), se alcanza el punto de máxima potencia (PMP)punto de máxima potencia (PMP) sobre sobre la curva I - V, correspondiente a una intensidad dada de la la curva I - V, correspondiente a una intensidad dada de la radiación que llega a la célula (la estándar es 1.000 W/mradiación que llega a la célula (la estándar es 1.000 W/m22).).

■ Cuando la intensidad de la radiación solar varía , también varía Cuando la intensidad de la radiación solar varía , también varía la curva I - V de la célula, desplazándose el PMP hacia abajo y la curva I - V de la célula, desplazándose el PMP hacia abajo y hacia la izquierda, si la intensidad luminosa decrece, o hacia hacia la izquierda, si la intensidad luminosa decrece, o hacia arriba y hacia la derecha, si la intensidad luminosa crece.arriba y hacia la derecha, si la intensidad luminosa crece.

■ La ILa Icccc es directamente proporcional a la intensidad luminosa que es directamente proporcional a la intensidad luminosa que

llega a la célula, mientras que el Vllega a la célula, mientras que el Vcaca decrece linealmente decrece linealmente

cuando la T de la célula aumenta.cuando la T de la célula aumenta. (Propiedad de los (Propiedad de los semiconductores)semiconductores)


■ Cuando las células suministran energía eléctrica a unas cargas Cuando las células suministran energía eléctrica a unas cargas en condiciones reales de operación, la intensidad de la en condiciones reales de operación, la intensidad de la radiación solar varía sustancialmente en el tiempo. Para que la radiación solar varía sustancialmente en el tiempo. Para que la célula trabaje siempre en las condiciones óptimas; esto es, para célula trabaje siempre en las condiciones óptimas; esto es, para que siempre trabaje en el PMP, lo que se hace mediante un que siempre trabaje en el PMP, lo que se hace mediante un circuito electrónico es variar la carga (resistencia) externa circuito electrónico es variar la carga (resistencia) externa automáticamente hasta alcanzar el PMP correspondiente a esa automáticamente hasta alcanzar el PMP correspondiente a esa intensidad luminosa. (Observar los datos de las prácticas de intensidad luminosa. (Observar los datos de las prácticas de resistencia variable y de bombeo solar, en este útimo lo que se resistencia variable y de bombeo solar, en este útimo lo que se varía instantáneamente es la frecuencia de la CA que sale del varía instantáneamente es la frecuencia de la CA que sale del inversor - variador para que los paneles trabajen en el PMP).inversor - variador para que los paneles trabajen en el PMP).

■ Una de las aplicaciones más importantes de la energía solar FV Una de las aplicaciones más importantes de la energía solar FV es suministrar electricidad en viviendas remotas, en ese caso la es suministrar electricidad en viviendas remotas, en ese caso la energía solar se almacena en una batería de 12 V. Por ello los energía solar se almacena en una batería de 12 V. Por ello los módulos se construyen con 36 células en serie (36 células x 0,5 módulos se construyen con 36 células en serie (36 células x 0,5 V de voltaje cada una) = 18 VV de voltaje cada una) = 18 V (más o menos), suficiente pera (más o menos), suficiente pera cargar la batería. (Ver módulos BP).cargar la batería. (Ver módulos BP).

Tema 3Tema 38.- Sistemas de potencia FV 8.- Sistemas de potencia FV

■ Como ya hemos indicado las células FV se unen en serie y en Como ya hemos indicado las células FV se unen en serie y en paralelo en lo que se llaman paralelo en lo que se llaman módulosmódulos, con una salida en , con una salida en voltaje y en intensidad dados. A su vez, estos módulos pueden voltaje y en intensidad dados. A su vez, estos módulos pueden también unirse, en serie y en paralelo, para obtener el voltaje y también unirse, en serie y en paralelo, para obtener el voltaje y la potencia (P = V x I) adecuados para una posible aplicación.la potencia (P = V x I) adecuados para una posible aplicación.

■ En esa forma, las células solares se están utilizado para En esa forma, las células solares se están utilizado para multitud de aplicaciones: Suministro de energía a viviendas y multitud de aplicaciones: Suministro de energía a viviendas y albergues remotos, a estaciones repetidoras de radio y de albergues remotos, a estaciones repetidoras de radio y de telefonía, a cabinas telefónicas, a cargadores de baterías para telefonía, a cabinas telefónicas, a cargadores de baterías para barcos y caravanas, a vallas publicitarias, a alumbrado público, barcos y caravanas, a vallas publicitarias, a alumbrado público, a linternas, etc.a linternas, etc.

■ Sin embargo el problema de un correcto dimensionado de una Sin embargo el problema de un correcto dimensionado de una instalación FV para unas necesidades concretas no es trivial.instalación FV para unas necesidades concretas no es trivial.

■ ¿Qué hay que tener en cuenta para hacer un dimensionado ¿Qué hay que tener en cuenta para hacer un dimensionado correcto de una instalación FV?:correcto de una instalación FV?:

Tema 3Tema 3 8.- Sistemas de potencia FV 8.- Sistemas de potencia FV

1.- Determinar cuáles son las demandas diarias, semanales y 1.- Determinar cuáles son las demandas diarias, semanales y anuales de electricidad del cliente.anuales de electricidad del cliente.

2.- Determinar cuáles son las variaciones diarias, semanales y 2.- Determinar cuáles son las variaciones diarias, semanales y anuales de la radiación solar del lugar donde se vaya a hacer la anuales de la radiación solar del lugar donde se vaya a hacer la instalación FV.instalación FV.

3.- Determinar cuál va a ser la orientación y el ángulo de 3.- Determinar cuál va a ser la orientación y el ángulo de inclinación de la instalación FV.inclinación de la instalación FV.

4.- Determinar la capacidad de la batería, para que no se 4.- Determinar la capacidad de la batería, para que no se descargue en los periodos que no haya sol.descargue en los periodos que no haya sol.

■ Para ayudar a este menester, la mayoría de las casas Para ayudar a este menester, la mayoría de las casas comerciales han desarrollado programas de ordenador que comerciales han desarrollado programas de ordenador que ayudan a hacer un buen dimensionado (tamaño y coste) de una ayudan a hacer un buen dimensionado (tamaño y coste) de una instalación FV, en un lugar dado, con una climatología dada. instalación FV, en un lugar dado, con una climatología dada.


■ Sistemas “autónomos” FV instalados en el techo de las Sistemas “autónomos” FV instalados en el techo de las viviendas.-viviendas.- Ver la gráfica del kit FV de 50 Wp. Este sistema es Ver la gráfica del kit FV de 50 Wp. Este sistema es muy pequeño para una vivienda. Para una casa, muy pequeño para una vivienda. Para una casa, probablemente, necesitaremos más de 1 KWp de potencia, lo probablemente, necesitaremos más de 1 KWp de potencia, lo que supone una superficie de captación de más de 10 mque supone una superficie de captación de más de 10 m22. Casi . Casi todas las casas unifamiliares españolas pueden disponer de todas las casas unifamiliares españolas pueden disponer de esa superficie en el tejado. Hay, sin embargo, pegas:esa superficie en el tejado. Hay, sin embargo, pegas:

1.- 1.- Demasiado carosDemasiado caros. En efecto, el precio del kWp. En efecto, el precio del kWp instalado instalado de de energía solar FV se sitúa, actualmente en España, entre energía solar FV se sitúa, actualmente en España, entre 1.000.000 y 1.200.000 Pta. (entre 6.000 y 7.200 €).1.000.000 y 1.200.000 Pta. (entre 6.000 y 7.200 €).

2.- La salida energética es máxima en verano y mínima en 2.- La salida energética es máxima en verano y mínima en invierno. Esto, para un país como España, puede ser una invierno. Esto, para un país como España, puede ser una ventaja, si se generaliza el uso del aire acondicionado, como es ventaja, si se generaliza el uso del aire acondicionado, como es de esperar. Para los países nórdicos es un problema. (Solución de esperar. Para los países nórdicos es un problema. (Solución para estos países: ¿Almacenar en enormes baterías la para estos países: ¿Almacenar en enormes baterías la electricidad generada en el verano para usarla en el invierno, electricidad generada en el verano para usarla en el invierno, cuando la demanda es mayor?. O hacer una instalación más cuando la demanda es mayor?. O hacer una instalación más grande para que nos sirva en el invierno. O combinar con otra).grande para que nos sirva en el invierno. O combinar con otra).


■ La comparación del coste del kWh de electricidad FV con el La comparación del coste del kWh de electricidad FV con el kWh proporcionado por otras fuentes, determinará si la kWh proporcionado por otras fuentes, determinará si la instalación FV autónoma será o no rentable económicamente. instalación FV autónoma será o no rentable económicamente. Téngase en cuenta que 1 km de tendido eléctrico sobre un Téngase en cuenta que 1 km de tendido eléctrico sobre un terreno con orografía normal puede ser de 9.000 €.terreno con orografía normal puede ser de 9.000 €.

■ En España, si en un lugar alejado de la red de distribución En España, si en un lugar alejado de la red de distribución eléctrica (remoto) hay suficiente viento en invierno, lo mejor en eléctrica (remoto) hay suficiente viento en invierno, lo mejor en ese caso es poner un sistema mixto solar - eólico. Si no hay ese caso es poner un sistema mixto solar - eólico. Si no hay viento, poner un sistema mixto solar - grupo electrógeno.viento, poner un sistema mixto solar - grupo electrógeno.

■ Una aplicación especialmente interesante de la energía solar Una aplicación especialmente interesante de la energía solar FV es su instalación en los FV es su instalación en los países en vías de desarrollopaíses en vías de desarrollo, ya , ya que en este caso, las redes eléctricas apenas existen o son que en este caso, las redes eléctricas apenas existen o son muy rudimentarias, y en esos países usualmente todas las muy rudimentarias, y en esos países usualmente todas las formas de energía son muy caras. formas de energía son muy caras. Aquí la FV puede ser Aquí la FV puede ser competitivacompetitiva, y puede emplearse para bombeos, refrigeración, , y puede emplearse para bombeos, refrigeración, iluminación, etc.iluminación, etc.

■ Leer en los apuntes algunas de estas aplicaciones en los Leer en los apuntes algunas de estas aplicaciones en los países en vías de desarrollo. países en vías de desarrollo.

Tema 3Tema 39.- Sistemas FV conectados a red 9.- Sistemas FV conectados a red

■ Los sistemas FV también pueden conectarse a la red eléctrica, Los sistemas FV también pueden conectarse a la red eléctrica, a la que utilizan como una a la que utilizan como una enorme batería.enorme batería.

■ Para verter esta energía FV a la red se necesita adaptarla a las Para verter esta energía FV a la red se necesita adaptarla a las condiciones de dicha red. En efecto, la instalación FV condiciones de dicha red. En efecto, la instalación FV suministra energía eléctrica en forma de corriente continua (CC) suministra energía eléctrica en forma de corriente continua (CC) y debe ser transformada en corriente alterna (CA), a un voltaje y debe ser transformada en corriente alterna (CA), a un voltaje y frecuencia que puedan ser aceptados por la red.y frecuencia que puedan ser aceptados por la red.

■ En el punto de conexión con la red se instala un contador que En el punto de conexión con la red se instala un contador que mide la cantidad de electricidad vendida (o comprada) a la red, mide la cantidad de electricidad vendida (o comprada) a la red, durante un periodo de tiempo.durante un periodo de tiempo.

■ En Alemania hay un fuerte impulso a las instalaciones FV En Alemania hay un fuerte impulso a las instalaciones FV conectadas a red, de entre 1 - 5 kWp de potencia, por parte de conectadas a red, de entre 1 - 5 kWp de potencia, por parte de particulares. Estas instalaciones (miles) están siendo particulares. Estas instalaciones (miles) están siendo monitorizadas y cuidadosamente estudiadas. Ver el Real monitorizadas y cuidadosamente estudiadas. Ver el Real Decreto español de primas a la FV.Decreto español de primas a la FV.

■

Tema 3Tema 39.- Sistemas FV conectados a red 9.- Sistemas FV conectados a red

■ También en Suiza y Japón. (Estudio de las fluctuaciones o También en Suiza y Japón. (Estudio de las fluctuaciones o armónicos inducidas en la red por el vertido aleatorio de armónicos inducidas en la red por el vertido aleatorio de energía solar FV). energía solar FV).

■ La integración arquitectónica de las instalaciones FV en La integración arquitectónica de las instalaciones FV en edificios no domésticos, tanto en los tejados como en las edificios no domésticos, tanto en los tejados como en las paredes, es una opción que está recibiendo mucha atención paredes, es una opción que está recibiendo mucha atención últimamente, sobre todo para edificios comerciales, últimamente, sobre todo para edificios comerciales, institucionales e industriales, ¿por qué?:institucionales e industriales, ¿por qué?:

1.- Porque, a la vez que se instala una fuente de energía, se 1.- Porque, a la vez que se instala una fuente de energía, se puede ahorrar en materiales de construcción, lo que disminuye puede ahorrar en materiales de construcción, lo que disminuye el precio neto de los paneles. el precio neto de los paneles.

2.- Porque estos edificios, normalmente, están ocupados durante 2.- Porque estos edificios, normalmente, están ocupados durante el día, que es cuando tenemos disponible la radiación solar. el día, que es cuando tenemos disponible la radiación solar. (Ver figuras).(Ver figuras).

Tema 3Tema 39.- Sistemas FV conectados a red9.- Sistemas FV conectados a red

■ Grandes plantas de potencia conectadas a red.- Grandes plantas de potencia conectadas a red.- Hay un Hay un número de países que han construido sistemas FV número de países que han construido sistemas FV relativamente grandes para suministrar energía a la red. En relativamente grandes para suministrar energía a la red. En particular, la central FV de Toledo, construida por Endesa, particular, la central FV de Toledo, construida por Endesa, Unión Fenosa y RWE alemana, integrada en el programa Unión Fenosa y RWE alemana, integrada en el programa EUREKA de la UE (Ver figuras). Los objetivos básicos del EUREKA de la UE (Ver figuras). Los objetivos básicos del proyecto fueron: 1.- Operar en conjunción con una central proyecto fueron: 1.- Operar en conjunción con una central hidráulica con producción máxima en invierno. 2.- Utilizar hidráulica con producción máxima en invierno. 2.- Utilizar módulos idóneos para grandes centrales FV, que reduzcan sus módulos idóneos para grandes centrales FV, que reduzcan sus costes de instalación y de infraestructuras. 3.- Comprobar el costes de instalación y de infraestructuras. 3.- Comprobar el funcionamiento y los costes reales de operación y funcionamiento y los costes reales de operación y mantenimiento. (Que se lean lo que viene en los apuntes de mantenimiento. (Que se lean lo que viene en los apuntes de otras centrales FV conectadas a red construidas en Alemania, otras centrales FV conectadas a red construidas en Alemania, Suiza y EE.UU). (Suiza y EE.UU). (Corregir en los apuntes y poner inversor).Corregir en los apuntes y poner inversor).

■ Plantas espaciales de energía solar FV.- Plantas espaciales de energía solar FV.- La idea ambiciosa y La idea ambiciosa y fantástica es la de construir una enorme estructura FV fantástica es la de construir una enorme estructura FV geoestacionaria de 30 kmgeoestacionaria de 30 km22 o más que produzca varios GW de o más que produzca varios GW de potencia fuera de la atmósfera (radiación óptima y constante). potencia fuera de la atmósfera (radiación óptima y constante).

Tema 3Tema 39.- Sistemas FV conectados a red9.- Sistemas FV conectados a red

■ La CC generada se transformaría en radiación microondas, de La CC generada se transformaría en radiación microondas, de una potencia de 250 W / muna potencia de 250 W / m22, y se emitiría desde una antena , y se emitiría desde una antena transmisora de 1 km de diámetro a una antena receptora de transmisora de 1 km de diámetro a una antena receptora de 100 km100 km22 sobre la tierra. Después, esa potencia recibida se sobre la tierra. Después, esa potencia recibida se convertiría en CA de 50 Hz y se vertiría a la red. convertiría en CA de 50 Hz y se vertiría a la red.

■ (Ver figura). Las (Ver figura). Las ventajasventajas de este proyecto son: 1.- La potencia de este proyecto son: 1.- La potencia de la radiación solar fuera de la atmósfera es de 1365 W / mde la radiación solar fuera de la atmósfera es de 1365 W / m22, , que es la llamada constante solar, y no 1.000 W / mque es la llamada constante solar, y no 1.000 W / m2 2 ( un sol) en ( un sol) en las mejores condiciones en la superficie de la tierra. 2.- En el las mejores condiciones en la superficie de la tierra. 2.- En el espacio exterior no hay gravedad, ni aire, y sería posible espacio exterior no hay gravedad, ni aire, y sería posible construir una estructura que soporte a los paneles construir una estructura que soporte a los paneles relativamente grande y muy ligera, sin preocuparse de los relativamente grande y muy ligera, sin preocuparse de los efectos del viento ni de la intemperie. (¿Meteoritos?).efectos del viento ni de la intemperie. (¿Meteoritos?).

■ Las Las desventajasdesventajas 1.- Retos de ingeniería extraordinarios, y muy 1.- Retos de ingeniería extraordinarios, y muy costosas. 2.- Riesgos sobre la salud (morir achicharrados) si la costosas. 2.- Riesgos sobre la salud (morir achicharrados) si la radiación microondas no apunta siempre a la antena receptora. radiación microondas no apunta siempre a la antena receptora. 3.- Interferencias con las telecomunicaciones y las ondas de 3.- Interferencias con las telecomunicaciones y las ondas de radioastronomía. radioastronomía.

Tema 3Tema 310.- Aspectos económicos de los sistemas de energía solar FV10.- Aspectos económicos de los sistemas de energía solar FV

■ El coste de un sistema de energía solar FV, como de cualquier El coste de un sistema de energía solar FV, como de cualquier otro, es esencialmente una combinación de los costes de otro, es esencialmente una combinación de los costes de capital y de los costes de mantenimiento.capital y de los costes de mantenimiento.

■ Costes de capitalCostes de capital: Coste de los módulos, costes de instalación : Coste de los módulos, costes de instalación (interconexiones, estructura soporte, terrenos y cimentación (si (interconexiones, estructura soporte, terrenos y cimentación (si no se hace sobre el tejado), cableado, reguladores de carga de no se hace sobre el tejado), cableado, reguladores de carga de la batería, interruptores, inversores, baterías o de la conexión a la batería, interruptores, inversores, baterías o de la conexión a red), y red), y son muy elevadosson muy elevados (6000 - 7200 € el kWp instalado). (6000 - 7200 € el kWp instalado).

■ Costes de mantenimiento:Costes de mantenimiento: Son muy bajosSon muy bajos, si los comparamos , si los comparamos con otros sistemas de producción de electricidad. Hay que lavar con otros sistemas de producción de electricidad. Hay que lavar los paneles de vez en cuando; los fuertes vientos pueden torcer los paneles de vez en cuando; los fuertes vientos pueden torcer o desajustar las estructuras soporte o desconectar las células y o desajustar las estructuras soporte o desconectar las células y los módulos; el agua puede corroer las partes metálicas (una los módulos; el agua puede corroer las partes metálicas (una mano de pintura, de vez en cuando) o cortocircuitar algunas mano de pintura, de vez en cuando) o cortocircuitar algunas células; las inclemencias del tiempo también pueden causar células; las inclemencias del tiempo también pueden causar roturas, cortocircuitos y desconexiones.roturas, cortocircuitos y desconexiones.

Tema 3Tema 310.- Aspectos económicos de los sistemas de energía solar FV 10.- Aspectos económicos de los sistemas de energía solar FV

■ Las averías de los equipos electrónicos (inversores), aunque Las averías de los equipos electrónicos (inversores), aunque ocasionales, requieren de una reparación especializada.ocasionales, requieren de una reparación especializada.

■ Los costes de mantenimiento anuales estimados por la industria Los costes de mantenimiento anuales estimados por la industria FV vienen a ser de un 1 % de la inversión de capital inicial.FV vienen a ser de un 1 % de la inversión de capital inicial.

■ Finalmente, el propietario de una instalación FV puede Finalmente, el propietario de una instalación FV puede considerar si la asegura en caso de incendio, robo u otro considerar si la asegura en caso de incendio, robo u otro accidente. accidente.

■ Los equipos con baterías requieren mayor mantenimiento a fin Los equipos con baterías requieren mayor mantenimiento a fin de prevenir la corrosión de los bornes y mantener el nivel de de prevenir la corrosión de los bornes y mantener el nivel de agua destilada.agua destilada.

■ Actualmente, la electricidad FV no es competitiva con los Actualmente, la electricidad FV no es competitiva con los precios actuales de la electricidad convencional, salvo en las precios actuales de la electricidad convencional, salvo en las viviendas aisladas de la red. Ver figuras de la situación de la FV viviendas aisladas de la red. Ver figuras de la situación de la FV en Españaen España

■ APARTADO: Batería de plomo - ácido.APARTADO: Batería de plomo - ácido.


■ ¿Cómo reducir los costes de la electricidad FV?¿Cómo reducir los costes de la electricidad FV?. No hay una . No hay una respuesta simple a esta pregunta.respuesta simple a esta pregunta.

1º.- El precio del Wp instalado debe bajar sustancialmente, hasta 1º.- El precio del Wp instalado debe bajar sustancialmente, hasta situarse en el entorno de los 2 € para grandes instalaciones.situarse en el entorno de los 2 € para grandes instalaciones.

2º.- Se necesita mejorar los rendimientos medios anuales de la 2º.- Se necesita mejorar los rendimientos medios anuales de la conversión energía solar- energía eléctrica. Actualmente, los conversión energía solar- energía eléctrica. Actualmente, los rendimientos medios anuales de los módulos FV se sitúan en el rendimientos medios anuales de los módulos FV se sitúan en el entorno del 10 - 13% y es necesario alcanzar el 20 - 25 %.entorno del 10 - 13% y es necesario alcanzar el 20 - 25 %.

3º.- Los costes de la estructura soporte, de la instalación eléctrica, 3º.- Los costes de la estructura soporte, de la instalación eléctrica, convertidores, filtros, conexión a red, etc. también necesitan convertidores, filtros, conexión a red, etc. también necesitan reducirse sustancialmente. En los sistemas actualmente reducirse sustancialmente. En los sistemas actualmente existentes, estos existentes, estos costes marginales de instalación son costes marginales de instalación son aproximadamente iguales al coste de los paneles.aproximadamente iguales al coste de los paneles.

■ Ello puede ser posible cuando la industria FV haya ganado en Ello puede ser posible cuando la industria FV haya ganado en experiencia y se instalen un mayor número de sistemas. Una experiencia y se instalen un mayor número de sistemas. Una meta plausible, para el 2010, sería alcanzar un precio del Wp meta plausible, para el 2010, sería alcanzar un precio del Wp instalado de unos 4,5 €.instalado de unos 4,5 €.


■ Por supuesto la economía de una planta FV será mucho más Por supuesto la economía de una planta FV será mucho más atractiva en aquellas zonas de la tierra con poca latitud, con atractiva en aquellas zonas de la tierra con poca latitud, con gran radiación anual y cielos claros. En este caso, se puede gran radiación anual y cielos claros. En este caso, se puede usar la luz solar de forma directa; esto es, siguiendo en todo usar la luz solar de forma directa; esto es, siguiendo en todo momento la trayectoria del sol así como los sistemas de momento la trayectoria del sol así como los sistemas de concentración, de modo que se puedan incrementar los concentración, de modo que se puedan incrementar los rendimientos hasta hacer competitiva la electricidad FV con la rendimientos hasta hacer competitiva la electricidad FV con la electricidad convencional. electricidad convencional.

■ Una utilidad importante de los sistemas FV es que pueden Una utilidad importante de los sistemas FV es que pueden servir como servir como refuerzo de la redrefuerzo de la red cerca de los puntos de demanda. cerca de los puntos de demanda. En nuestro país en el verano nos visitan cerca de 50 En nuestro país en el verano nos visitan cerca de 50 Mpersonas, aumentando la demanda eléctrica para aire Mpersonas, aumentando la demanda eléctrica para aire acondicionado y servicios. Y puede ser más barato incrementar acondicionado y servicios. Y puede ser más barato incrementar la potencia FV en esas zonas que aumentar la capacidad de la la potencia FV en esas zonas que aumentar la capacidad de la red. red.

Tema 3Tema 311.- Impacto medioambiental y seguridad de los sistemas FV11.- Impacto medioambiental y seguridad de los sistemas FV

■ VentajasVentajas medioambientales de los sistemas FV medioambientales de los sistemas FV: 1.- No : 1.- No emiten al medio ambiente ningún tipo de contaminantes ni emiten al medio ambiente ningún tipo de contaminantes ni hacen ruido. 2.- Si se tienen en cuenta todos los terrenos hacen ruido. 2.- Si se tienen en cuenta todos los terrenos necesarios para la minería, procesamiento, sistemas de necesarios para la minería, procesamiento, sistemas de refrigeración, etc. la utilización de terrenos de las centrales refrigeración, etc. la utilización de terrenos de las centrales térmicas de carbón o de uranio es mayor que la de una FV. térmicas de carbón o de uranio es mayor que la de una FV.

■ DesventajasDesventajas: 1.- Hay un ligero riesgo de que los módulos CIS o : 1.- Hay un ligero riesgo de que los módulos CIS o CdTe pueden emitir, en caso de incendio, pequeñas cantidades CdTe pueden emitir, en caso de incendio, pequeñas cantidades de sustancias tóxicas. 2.- Como en toda instalación eléctrica, de sustancias tóxicas. 2.- Como en toda instalación eléctrica, hay cierto riesgo de electrocutación. 3.- Las instalaciones FV hay cierto riesgo de electrocutación. 3.- Las instalaciones FV tienen impacto visual, sobre todo las grandes centrales FV, ya tienen impacto visual, sobre todo las grandes centrales FV, ya que ocupan grandes extensiones de terreno. Si bien, las que ocupan grandes extensiones de terreno. Si bien, las construidas en suelo urbano pueden usarse para minimizar otro construidas en suelo urbano pueden usarse para minimizar otro impacto (ruido en autopistas y ferrocarriles). Las instalaciones impacto (ruido en autopistas y ferrocarriles). Las instalaciones en el tejado de las casas, y en las fachadas de los edificios, se en el tejado de las casas, y en las fachadas de los edificios, se está intentando integrarlas en la construcción.está intentando integrarlas en la construcción.

■ ¿Son placenteras a la vista?. Para la mayoría de la gente SI.¿Son placenteras a la vista?. Para la mayoría de la gente SI.

Tema 3Tema 311.- Impacto medioambiental y seguridad de los sistemas FV 11.- Impacto medioambiental y seguridad de los sistemas FV

■ ¿Cuál es el impacto medioambiental originado por la ¿Cuál es el impacto medioambiental originado por la fabricación de los módulos FV?fabricación de los módulos FV?. Ese impacto en las células . Ese impacto en las células de Si es de Si es insignificanteinsignificante. El Si no es nocivo para la salud. Sin . El Si no es nocivo para la salud. Sin embargo, como en cualquier proceso químico, se debe embargo, como en cualquier proceso químico, se debe garantizar que la fábrica reúne todas las medidas de protección garantizar que la fábrica reúne todas las medidas de protección medioambientalmedioambiental

■ Cuando la planta de fabricación llega al fin de su vida útil, los Cuando la planta de fabricación llega al fin de su vida útil, los métodos de eliminación (o mejor de reciclaje) de los módulos métodos de eliminación (o mejor de reciclaje) de los módulos FV deben garantizar que las sustancias tóxicas de ciertos FV deben garantizar que las sustancias tóxicas de ciertos semiconductores no se liberen al medio ambiente.semiconductores no se liberen al medio ambiente.

■ Balance energético de los sistemas FV.-Balance energético de los sistemas FV.- Un error bastante Un error bastante común, que persiste aún hoy en día, es que común, que persiste aún hoy en día, es que en el proceso de en el proceso de fabricación de una célula FV se invierte tanta energía como fabricación de una célula FV se invierte tanta energía como la que ella va a generar a lo largo de su vida útil. la que ella va a generar a lo largo de su vida útil. En Europa, En Europa, los tiempos de amortización energéticos de los módulos FV, en los tiempos de amortización energéticos de los módulos FV, en 1992, eran de 2,1 años para el Si monocristalino y 1,2 años 1992, eran de 2,1 años para el Si monocristalino y 1,2 años para el Si - a. para el Si - a.

Tema 3Tema 312.- Integración de la energía solar FV en los futuros sistemas de energía12.- Integración de la energía solar FV en los futuros sistemas de energía

■ Si los sistemas FV continúan mejorando su relación coste - Si los sistemas FV continúan mejorando su relación coste - efectividad, como esperamos algunos, ¿ cuándo podrán efectividad, como esperamos algunos, ¿ cuándo podrán integrarse en la red de suministro eléctrico ?, ¿ cuánta energía integrarse en la red de suministro eléctrico ?, ¿ cuánta energía podrán suministrar ?, ¿ Qué potencia FV se requerirá, y, por podrán suministrar ?, ¿ Qué potencia FV se requerirá, y, por tanto, qué área de instalación necesitaremos ?, ¿ qué tanto, qué área de instalación necesitaremos ?, ¿ qué necesidades energéticas serían las más idóneas de necesidades energéticas serían las más idóneas de suministrar’, ¿ En qué forma necesitarían modificarse los suministrar’, ¿ En qué forma necesitarían modificarse los sistemas nacionales de distribución de energía (red) para hacer sistemas nacionales de distribución de energía (red) para hacer frente a las fluctuaciones grandes, medias y pequeñas de la frente a las fluctuaciones grandes, medias y pequeñas de la generación FV ?generación FV ?

■ Para calcular el terreno que ocupará una instalación FV, se Para calcular el terreno que ocupará una instalación FV, se deben considerar varios factores: 1.- Tamaño e inclinación de la deben considerar varios factores: 1.- Tamaño e inclinación de la instalación. 2.- La topografía del lugar (evitar sombras). 3.- Si la instalación. 2.- La topografía del lugar (evitar sombras). 3.- Si la instalación va a ser fija o va a seguir al sol. 4.- Si lo va a seguir, instalación va a ser fija o va a seguir al sol. 4.- Si lo va a seguir, hay que tener en cuenta las variaciones diarias y estacionales hay que tener en cuenta las variaciones diarias y estacionales de los ángulos azimutal y de elevación de la posición del sol. de los ángulos azimutal y de elevación de la posición del sol.

■ Hay programas de ordenador que simulan cualquier instalación. Hay programas de ordenador que simulan cualquier instalación.

Tema 3Tema 312.- Integración de la energía solar FV en los futuros sistemas de energía12.- Integración de la energía solar FV en los futuros sistemas de energía

■ En lo que respecta a las fluctuaciones, se estima que la red En lo que respecta a las fluctuaciones, se estima que la red podrá absorber una proporción de energía FV de entre el 10 - podrá absorber una proporción de energía FV de entre el 10 - 20 % del total circulante por ella. Ya que las fluctuaciones FV se 20 % del total circulante por ella. Ya que las fluctuaciones FV se pueden considerar como variaciones en la pueden considerar como variaciones en la demanda demanda . Y la red . Y la red está diseñada para soportar estas variaciones en la demanda.está diseñada para soportar estas variaciones en la demanda.

■ ¿ Cómo se suavizarían estas fluctuaciones en la red ?. Pues ¿ Cómo se suavizarían estas fluctuaciones en la red ?. Pues construyendo las centrales FV en diferentes lugares, con construyendo las centrales FV en diferentes lugares, con climatologías diferentes y, por tanto, con radiación solar climatologías diferentes y, por tanto, con radiación solar diferente.diferente.

■ Si la proporción de la energía de origen REVOVABLE (solar, Si la proporción de la energía de origen REVOVABLE (solar, eólica, de biomasa, etc.) vertida a la red supera ese 20 %, eólica, de biomasa, etc.) vertida a la red supera ese 20 %, entoces habrá de cambiarse la actual entoces habrá de cambiarse la actual combinación de combinación de centralescentrales de la red, e incluir una mayor proporción de centrales de la red, e incluir una mayor proporción de centrales de actuación rápida, tales como las minihidráulicas y las de actuación rápida, tales como las minihidráulicas y las centrales a gas, y , sobre todo, incrementar el centrales a gas, y , sobre todo, incrementar el almacenamientoalmacenamiento a corto plazo.a corto plazo.

Tema 3Tema 312.- Integración de la energía solar FV en los futuros sistemas de energía 12.- Integración de la energía solar FV en los futuros sistemas de energía

■ Estas consideraciones llevan a algunos analistas de las FER, Estas consideraciones llevan a algunos analistas de las FER, como la solar FV, a asegurar que dichas fuentes no tendrán en como la solar FV, a asegurar que dichas fuentes no tendrán en el futuro una contribución significativa, por lo que habría que el futuro una contribución significativa, por lo que habría que investigar métodos de almacenamiento baratos de grandes investigar métodos de almacenamiento baratos de grandes cantidades de energía renovable, para que la integración en la cantidades de energía renovable, para que la integración en la red de tales fuentes sea más fácil.red de tales fuentes sea más fácil.

■ ¿ Almacenamiento de la energía solar FV (u otra renovable) ¿ Almacenamiento de la energía solar FV (u otra renovable) mediante la producción de hidrógeno (electrólisis de agua) para mediante la producción de hidrógeno (electrólisis de agua) para su posterior quemado, o mejor aún para su uso en las pilas de su posterior quemado, o mejor aún para su uso en las pilas de combustible, y después verter la electricidad generada en combustible, y después verter la electricidad generada en dichas pilas de combustible a la red?. dichas pilas de combustible a la red?. PARECE UNA BUENA PARECE UNA BUENA ALTERNATIVA. ALTERNATIVA.

■ ¡ OJO, EL ¡ OJO, EL HH22 PARA PARA TRANSPORTE MUY CARO!. TRANSPORTE MUY CARO!.

■ Poner esquema de la pila de combustible. Poner esquema de la pila de combustible.

Tema 3Tema 3ALGUNAS NOTICIAS DE INTERÉSALGUNAS NOTICIAS DE INTERÉS

■ Noticias sacadas de Noticias sacadas de IntecUrbe DigitalIntecUrbe Digital (AMDPress). (AMDPress).■ 17/08/01.- El Gobierno español financia el mayor proyecto solar 17/08/01.- El Gobierno español financia el mayor proyecto solar

del mundo en Filipinas, con 55 M€.El proyecto se enmarca del mundo en Filipinas, con 55 M€.El proyecto se enmarca dentro del programa de fomento de la energía solar SPOTS dentro del programa de fomento de la energía solar SPOTS (Solar Power Tecnology Support). (Solar Power Tecnology Support).

■ 13/09/01.- La Asociación Europea de Productores de Plásticos 13/09/01.- La Asociación Europea de Productores de Plásticos (APME) y la Agencia Espacial Europea (ESA) patrocinan un (APME) y la Agencia Espacial Europea (ESA) patrocinan un coche solar diseñado con tecnologías de plásticos espaciales.coche solar diseñado con tecnologías de plásticos espaciales.

■ 13/12/01.- Científicos americanos de la U. De Houston 13/12/01.- Científicos americanos de la U. De Houston apuestan por estaciones FV en la luna, para un posterior envío apuestan por estaciones FV en la luna, para un posterior envío a la tierra de dicha energía a través de microondas. a la tierra de dicha energía a través de microondas.

■ 29/01/02.- El IDAE y Greenpeace firman un convenio para 29/01/02.- El IDAE y Greenpeace firman un convenio para instalar energía FV en 52 colegios españoles, durante los instalar energía FV en 52 colegios españoles, durante los próximos 4 años. Cada instalación constará de 2,5 kWp, y tiene próximos 4 años. Cada instalación constará de 2,5 kWp, y tiene como objetivo, además de generar energía limpia, promocionar como objetivo, además de generar energía limpia, promocionar y divulgar entre los escolares la energía solar FV.y divulgar entre los escolares la energía solar FV.

Sin título de diapositiva -...

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