REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA

MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIÓN

U.E “JOSÉ GREGORIO GUITIÁN ESCOBAR”

GUACARA-EDO. CARABOBO

DESARROLLO DEL AVANCE TECNOLÓGICO DE LA ENERGÍA SOLAR EN

EL MÓVIL IMPULSADO POR LOS ALUMNOS DE TERCER AÑO DE “B” DE

LA U.E.N “JOSÉ G. GUITÍAN E.”

DOCENTE:

FIDEL BRACHO.

JUNIO DEL 2013

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ALUMNOS:

YURIANNY BOLÍVAR

MANUEL VARGAS

FRANCIS ROLDAN

ANALIS VARGAS

DEIBER MEJÍAS

WUILBER MIRANDA

INDICE

1. INTRODUCCIÓN……………………………………………………………3

2. BASES TEÓRICAS…………………………………………………………5

2.1. LA ENERGÍA SOLAR………………………………………………………5

2.2. ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA………………………………….….7

2.3. HISTORIA DE LA ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA……………….9

2.3.1. PRIMERAS APLICACIONES: ENERGÍA SOLAR ESPACIAL ………..9

2.4. APLICACIONES DE LA ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA……….12

2.5. COMPONENTES DE UNA PLANTA SOLAR FOTOVOLTAICA……....13

2.5.1. PANELES SOLARES FOTOVOLTAICOS………………………….…….13

2.5.2. INVERSORES………………………………………………………………..14

2.5.3. SEGUIDORES SOLARES………………………………………………….14

2.5.4. CABLEADO…………………………………………………………………..15

2.6. ¿POR QUÉ ELEGIR LA ENERGÍA SOLAR? ……………………………16

2.6.1. POTENCIAL…………………………………………………………………..16

2.6.2. LA VENTAJA DE LA ENERGÍA SOLAR………………………….……...16

2.6.3. PRINCIPALES FACTORES DE LA INDUSTRIA DE LA ENERGÍA SOLAR...16

2.6.4. GENERACIÓN GUBERNAMENTAL DE ENERGÍA SOLAR. ………....17

2.6.5. BENEFICIOS DE LA ENERGÍA SOLAR……………………….………...17

2.6.6. LA ENERGÍA SOLAR Y EL MEDIO AMBIENTE…………………..…...18

2.6.7. BENEFICIOS DE LA ENERGÍA SOLAR………………………………....18

2.7. LA ENERGÍA SOLAR Y EL MEDIO AMBIENTE………………...……...19

2.7.1. PAISAJE………………………………………………………………………20

2.7.2. SUELOS………………………………………………………………………20

2.7.3. FLORA……………………………………………………………...…………21

2.7.4. FAUNA………………………………………………………………………...21

3. ELABORACIÓN DEL EXPERIMENTO……………………………………23

3.1. VEHICULO IMPULSADO POR ENERGÍA SOLAR……………………...23

3.2. RESULTADOS MOSTRADOS…………………………………..…………25

4. CONCLUSIONES……………………………………………………………26

5. BIBLIOGRAFIA………………………………………………….…………...27

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INTRODUCCIÓN

La era moderna ha estado marcada por una serie de problemas que envuelven

a las sociedades a nivel global, uno de estos problemas (y también uno de los

de consecuencias más importantes y duraderas) es el calentamiento global, el

cual es cuál ha sido explicado gracias a la investigación en el efecto

invernadero (el cual consiste en que al condensarse una capa de gases

contaminantes en la atmosfera terrestre los mismos impiden que el palaneta

refleje al espacio buena parte del calor proveniente del Sol), este efecto se ha

intensificado a lo largo del último siglo debido a la gran contaminación

atmosférica a la cual la raza humana ha sometido al planeta Tierra desde la

revolución industrial con la constante producción de CO2 (entre otros gases).

La principal razón para producir esta contaminación es la voraz necesidad de

energía que tiene nuestra sociedad, la cual la ha conducido a un camino de

dependencia de los combustibles fósiles (entre los que destaca el petróleo) los

cuales son ricos en hidrocarburos y proporcionan una gran fuente de energía

pero que al ser usados producen una gran liberación de varias “gases

invernadero”.

Detener el calentamiento global (junto con el cambio climático que este

representa) se ha convertido en una de las metas principales trazadas por

diferentes organizaciones, entidades y gobiernos a nivel mundial; para lograr

este propósito es necesario disminuir nuestra dependencia de los diferentes

combustibles fósiles (los cuales son además no renovables y se están

agotando con gran velocidad) para producir energía y en medio de este

escenario es donde surgen las energías denominadas “verdes” o “renovables”.

Entre las energías renovables más prometedoras para reducir el uso de

combustibles tradicionales esta la energía solar. El Sol, la estrella alrededor de

la cual gira nuestro planeta produce cada minuto millones de veces más

energía que la producida por los seres humanos en todo un año, y gran parte

de esa cuantiosa y descomunal energía es enviada a nuestro planeta en forma

de luz y calor dándole la energía que sostiene el funcionamiento de la vida y

mantiene nuestro clima activo.

El ser humano puede aprovechar esa energía para la producción directa de

energía eléctrica a través de diversos métodos activos y pasivos, los cuales

3

están extendiendo cada vez más su uso en diferentes regiones del mundo para

surtir de electricidad a millones de personas.

Venezuela al ser un país tropical posee condiciones especialmente favorables

para la implementación continua y eficiente de energía solar a lo largo de todo

el año; aunque aún esta energía no produce un porcentaje significativo de la

electricidad empleada en esta nación, el aumento de la demanda eléctrica la

convierten en uno de los candidatos favoritos para suplir el sistema de

distribución nacional, esto ha quedado demostrado con su excelente

desempeño en algunos sistemas de iluminación pública que ya están en

funcionamiento e incluso en los últimos proyectos espaciales pertenecientes a

esta nación caribeña (dos satélites artificiales) los cuales dependen por

completo del Sol para su adecuado desempeño.

En vista de todo lo antes expuesto hemos decidido demostrar el uso efectivo de

la energía solar (así como también incentivar su uso en la vida cotidiana) a

través de un sencillo experimento que consta de la creación de un pequeño

vehículo a control remoto el cual basa su funcionamiento en motores eléctricos

impulsados por baterías solares, el mismos nos servirá además para realizar

cálculos físicos relacionados integralmente con el contenido obligatorio para el

pensum de tercer año de bachillerato, mostrando así un enfoque interesante

que pueda aumentar la curiosidad y el interés de los alumnos en esta

importante asignatura.

Los autores

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BASES TEÓRICAS

LA ENERGÍA SOLAR

Es la energía obtenida a partir del aprovechamiento de la radiación

electromagnética procedente del Sol. La radiación solar que alcanza la Tierra

ha sido aprovechada por el ser humano desde la Antigüedad, mediante

diferentes tecnologías que han ido evolucionando con el tiempo desde su

concepción. En la actualidad, el calor y la luz del Sol puede aprovecharse por

medio de captadores como células fotovoltaicas, helióstatos o colectores

térmicos, que pueden transformarla en energía eléctrica o térmica. Es una de

las llamadas energías renovables o energías limpias, que puede hacer

considerables contribuciones a resolver algunos de los más urgentes

problemas que afronta la Humanidad.

Las diferentes tecnologías solares se clasifican en pasivas o activas en función

de la forma en que capturan, convierten y distribuyen la energía solar. Las

tecnologías activas incluyen el uso de paneles fotovoltaicos y colectores

térmicos para recolectar la energía. Entre las técnicas pasivas, se encuentran

diferentes técnicas enmarcadas en la arquitectura bioclimática: la orientación

de los edificios al Sol, la selección de materiales con una masa térmica

favorable o que tengan propiedades para la dispersión de luz, así como el

diseño de espacios mediante ventilación natural.

En 2011, la Agencia Internacional de la Energía se expresó en los siguientes

términos: "el desarrollo de tecnologías solares limpias, baratas e inagotables

supondrá un enorme beneficio a largo plazo. Aumentará la seguridad

energética de los países mediante el uso de una fuente de energía local,

inagotable y, aun más importante, independiente de importaciones, aumentará

la sostenibilidad, reducirá la contaminación, disminuirá los costes de la

mitigación del cambio climático, y evitará la subida excesiva de los precios de

los combustibles fósiles. Estas ventajas son globales. De esta manera, los

costes para su incentivo y desarrollo deben ser considerados inversiones;

deben ser realizadas de forma sabia y deben ser ampliamente difundidas".

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La fuente de energía solar más desarrollada en la actualidad es la energía solar

fotovoltaica. Según informes de la organización ecologista Greenpeace, la

energía solar fotovoltaica podría suministrar electricidad a dos tercios de la

población mundial en 2030.

Actualmente, y gracias a los avances tecnológicos, la sofisticación y la

economía de escala, el coste de la energía solar fotovoltaicas ha reducido de

forma constante desde que se fabricaron las primeras células solares

comerciales, aumentando a su vez la eficiencia, y su coste medio de

generación eléctrica ya es competitivo con las fuentes de energía

convencionales en un creciente número de regiones geográficas, alcanzando

la paridad de red. Otras tecnologías solares, como la energía solar

termoeléctrica está reduciendo sus costes también de forma considerable.

La Tierra recibe 174 petavatios de radiación solar entrante (insolación) desde la

capa más alta de la atmósfera. Aproximadamente el 30% es reflejada de vuelta

al espacio mientras que el resto es absorbida por las nubes, los océanos y las

masas terrestres. El espectro electromagnético de la luz solar en la superficie

terrestre está ocupado principalmente por luz visible y rangos de infrarrojos con

una pequeña parte de radiación ultravioleta. 

La potencia de la radiación varía según el momento del día; las condiciones

atmosféricas que la amortiguan y la latitud. Se puede asumir que en buenas

condiciones de radiación el valor es de aproximadamente 1000 W/m² en la

superficie terrestre. A esta potencia se la conoce como irradiancia.

La radiación es aprovechable en sus componentes directa y difusa, o en la

suma de ambas. La radiación directa es la que llega directamente del foco

solar, sin reflexiones o refracciones intermedias. La difusa es la emitida por la

bóveda celeste diurna gracias a los múltiples fenómenos de reflexión y

refracción solar en la atmósfera, en las nubes y el resto de elementos

atmosféricos y terrestres. La radiación directa puede reflejarse y concentrarse

para su utilización, mientras que no es posible concentrar la luz difusa que

proviene de todas las direcciones.

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La irradiancia directa normal (o perpendicular a los rayos solares) fuera de la

atmósfera, recibe el nombre de constante solar y tiene un valor medio de

1366W/m² (que corresponde a un valor máximo en el perihelio de 1395 W/m² y

un valor mínimo en el afelio de 1308 W/m²).

La radiación absorbida por los océanos, las nubes, el aire y las masas de tierra

incrementan la temperatura de éstas. El aire calentado es el que contiene agua

evaporada que asciende de los océanos, y también en parte de los continentes,

causando circulación atmosférica o convección. Cuando el aire asciende a las

capas altas, donde la temperatura es baja, va disminuyendo su temperatura

hasta que el vapor de agua se condensa formando nubes. El calor latente de la

condensación del agua amplifica la convección, produciendo fenómenos como

el viento, borrascas y anticiclones. 8 La energía solar absorbida por los océanos

y masas terrestres mantiene la superficie a 14 °C.9 Para la fotosíntesis de las

plantas verdes la energía solar se convierte en energía química, que produce

alimento, madera y biomasa, de la cual derivan también los combustibles

fósiles.

Se estima que la energía total que absorben la atmósfera, los océanos y los

continentes puede ser de 3.850.000 exajulios por año. En 2002, esta energía

en un segundo equivalía al consumo global mundial de energía durante un

año. La fotosíntesis captura aproximadamente 3.000 EJ por año en biomasa, lo

que representa solo el 0,08% de la energía recibida por la Tierra. La cantidad

de energía solar recibida anual es tan vasta que equivale aproximadamente al

doble de toda la energía producida jamás por otras fuentes de energía no

renovable como son el petróleo, el carbón, el uranio y el gas natural.

ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA

La energía solar fotovoltaica es un tipo de electricidad renovable obtenida

directamente a partir de la radiación solar mediante un dispositivo

semiconductor denominado célula fotovoltaica, o una deposición de metales

sobre un sustrato llamado célula solar de película fina.

Este tipo de energía se usa para alimentar innumerables aparatos autónomos,

para abastecer refugios o casas aisladas de la red eléctrica y para producir

7

electricidad a gran escala a través de redes de distribución. Debido a la

creciente demanda de energías renovables, la fabricación de células solares e

instalaciones fotovoltaicas ha avanzado considerablemente en los últimos

años.

Entre los años 2001 y 2012 se ha producido un crecimiento exponencial de la

producción de energía fotovoltaica, doblándose aproximadamente cada dos

años. Si esta tendencia continúa, la energía fotovoltaica cubriría el 10% del

consumo energético mundial en 2018, alcanzando una producción aproximada

de 2.200 TWh, y podría llegar a proporcionar el 100% de las necesidades

energéticas actuales en torno al año 2027.

A finales de 2012, se habían instalado en todo el mundo más de 100 GW de

potencia fotovoltaica. Gracias a ello la energía solar fotovoltaica es

actualmente, después de las energías hidroeléctrica y eólica, la tercera fuente

de energía renovable más importante en términos de capacidad instalada a

nivel global, y supone ya una fracción significante del mix eléctrico en la Unión

Europea, cubriendo de media el 3-5% de la demanda y en torno al 6-9% en los

períodos de mayor producción, en países como Alemania, Italia o España.

Gracias a los avances tecnológicos, la sofisticación y la economía de escala, el

coste de la energía solar fotovoltaica se ha reducido de forma constante desde

que se fabricaron las primeras células solares comerciales, aumentando a su

vez la eficiencia, y logrando que su coste medio de generación eléctrica sea ya

competitivo con las fuentes de energía convencionales en un creciente número

de regiones geográficas, alcanzando la paridad de red. Programas de

incentivos económicos, primero, y posteriormente sistemas de autoconsumo

fotovoltaico y balance neto sin subsidios, han apoyado la instalación de la

fotovoltaica en un gran número de países, contribuyendo a evitar la emisión de

una mayor cantidad de gases de efecto invernadero. La tasa de retorno

energético de esta tecnología, por su parte, es cada vez menor. Con la

tecnología actual, los paneles fotovoltaicos recuperan la energía necesaria para

su fabricación en un período comprendido entre 6 meses y 1,4 años; teniendo

en cuenta que su vida útil media es superior a 30 años, producen electricidad

limpia durante más del 95% de su ciclo de vida.

Este tipo de energía se usa para alimentar innumerables aparatos autónomos,

para abastecer refugios o casas aisladas y para producir electricidad a gran

8

escala para redes de distribución. Debido a la creciente demanda de energías

renovables, la fabricación de células solares e instalaciones fotovoltaicas ha

avanzado considerablemente en los últimos años.

HISTORIA DE LA ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA

El término "fotovoltaico" proviene del griego φώς:phos, que significa "luz", y

voltaico, que proviene del campo de la electricidad, en honor al físico italiano

Alejandro Volta, (que también proporciona el término voltio a la unidad de

medida de la diferencia de potencial en el Sistema Internacional de medidas).

El término fotovoltaico se comenzó a usar en Reino Unido desde el año 1849.

El efecto fotovoltaico fue reconocido por primera vez en 1839 por el físico

francés Alexandre-Edmond Becquerel,  pero la primera célula solar no se

construyó hasta 1883. Su autor fue Charles Fritts, quien recubrió una muestra

de selenio semiconductor con un pan de oro para formar el empalme. Este

primitivo dispositivo presentaba una eficiencia de sólo un 1%  Los estudios

realizados en el siglo XIX por Michael Faraday, James Clerk Maxwell, Nikola

Tesla y Heinrich Hertz sobre inducción electromagnética, fuerzas

eléctricas y ondas electromagnéticas, y sobre todo los de Albert

Einstein en 1905, proporcionaron la base teórica al efecto fotoeléctrico, que es

el fundamento de la conversión de energía solar a electricidad. Russell Ohl

patentó la célula solar moderna en el año 1946, aunque Sven Ason Berglund

había patentado con anterioridad, en 1914, un método que trataba de

incrementar la capacidad de las células fotosensibles.

La era moderna de la tecnología de potencia solar no llegó hasta el

año 1954 cuando los Laboratorios Bell, descubrieron, de manera accidental,

que los semiconductores de silicio dopado con ciertas impurezas, eran muy

sensibles a la luz. Estos avances contribuyeron a la fabricación de la primera

célula solar comercial con una conversión de la energía solar de,

aproximadamente, el 6%.

PRIMERAS APLICACIONES: ENERGÍA SOLAR ESPACIAL 

Al principio, las células fotovoltaicas se emplearon de forma minoritaria para

alimentar eléctricamente juguetes y en otros usos menores, dado que el coste

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de producción de electricidad mediante estas células primitivas era demasiado

elevado: en términos relativos, una célula que produjera un vatio de energía

mediante luz solar podía costar 250 dólares, en comparación con los 2 o 3

dólares que costaba un vatio procedente de una central termoeléctrica de

carbón.

Las células fotovoltaicas fueron rescatadas del olvido gracias a la carrera

espacial y a la sugerencia de utilizarlas en uno de los primeros satélites

puestos en órbita alrededor de la Tierra. La URSS lanzó su primer satélite

espacial en el año 1957, y Estados Unidos le seguiría un año después. La

primera nave espacial que usó paneles solares fue el satélite

norteamericano Vanguard 1, lanzado en marzo de 1958 (hoy en día el satélite

más antiguo aún en órbita). En el diseño de éste se usaron células solares

creadas por Peter Iles en un esfuerzo encabezado por la compañía Hoffman

Electronics. El sistema fotovoltaico le permitió seguir transmitiendo durante

siete años mientras que las baterías químicas se agotaron en sólo 20 días.

Pocos años después, en 1962, el Telstar se convirtió en el primer satélite de

comunicaciones equipado con células solares, que eran capaces de

proporcionar una potencia de 14 W. Este hito generó un gran interés en la

producción y lanzamiento de satélites geoestacionarios para el desarrollo de

las comunicaciones, en los que la energía provendría de un dispositivo de

captación de la luz solar. Fue un desarrollo crucial que estimuló la investigación

por parte de algunos gobiernos y que impulsó la mejora de los paneles

fotovoltaicos.

Gradualmente, la industria espacial se decantó por el uso de células solares

de arseniuro de galio(GaAs), debido a su mayor eficiencia frente a las células

de silicio. En 1970 la primera célula solar con hetero-estructura de arseniuro de

galio y altamente eficiente se desarrolló en la extinta Unión

Soviética por Zhorés Alfiórov y su equipo de investigación.

A partir de 1971, las estaciones espaciales soviéticas del programa

Salyut fueron los primeros complejos orbitales tripulados en obtener su energía

a partir de células solares, acopladas en estructuras a los laterales del módulo

orbital, al igual que la estación norteamericana Skylab, pocos años después.

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En la década de 1970, tras la primera crisis del petróleo, el Departamento de

Energía de los Estados Unidos y la NASA (agencia espacial de este mismo

país) iniciaron el estudio del concepto de energía solar en el espacio, que

ambicionaba el abastecimiento energético terrestre mediante satélites

espaciales. En 1979 propusieron una flota de satélites en órbita

geoestacionaria, cada uno de los cuales mediría 5 x 10 km y produciría entre 5

y 10 GW. La construcción implicaba la creación de una gran factoría espacial

donde trabajarían continuamente cientos de astronautas. Este gigantismo era

típico de una época en la que se proyectaba la creación de grandes ciudades

espaciales. Dejando aparte las dificultades técnicas, la propuesta fue

desechada en 1981 por implicar un coste disparatado. A mediados de los años

80, con el petróleo de nuevo en precios bajos, el programa fue cancelado.

No obstante, las aplicaciones fotovoltaicas en los satélites espaciales

continuaron su desarrollo. La producción de equipos de deposición química de

metales por vapores orgánicos o MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor

Deposition), no se desarrolló hasta la década de 1980, limitando la capacidad

de las compañías en la manufactura de células solares de arseniuro de galio.

La primera compañía que manufacturó paneles solares en cantidades

industriales, a partir de uniones simples de GaAs, con una eficiencia de AM0

(Air Mass Zero) del 17% fue la norteamericana ASEC (Applied Solar Energy

Corporation). Las células comenzaron su producción en cantidades industriales

por ASEC en 1989, de manera accidental, como consecuencia de un cambio

del GaAs sobre los sustratos de GaAs, a GaAs sobre sustratos de germanio.

La tecnología fotovoltaica, si bien no es la única que se utiliza, sigue

predominando actualmente en los satélites de órbita terrestre. Por ejemplo, las

sondas Magallanes, Mars Global Surveyor y Mars Observer, de la NASA,

usaron paneles fotovoltaicos, así como el Telescopio espacial Hubble, en órbita

alrededor de la Tierra. La Estación Espacial Internacional, también en órbita

terrestre, está dotada de grandes sistemas fotovoltaicos que alimentan todo el

complejo espacial, al igual que en su día la estación espacial Mir. Otros

vehículos espaciales que utilizan la energía fotovoltaica para abastecerse son

la sonda Mars Reconnaissance Orbiter, y Spirit y Opportunity, los robots de

la NASA en Marte.

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La nave Rosetta, lanzada en 2004 en órbita hacia un cometa tan lejano

del Sol como el planeta Júpiter(5,25 AU), dispone también de paneles

solares, anteriormente el uso más lejano de la energía solar espacial había sido

el de la sonda Stardust, a 2 AU. La energía fotovoltaica se ha empleado

también con éxito en la misión europea no tripulada a la Luna, SMART-1,

proporcionando energía a su propulsor de efecto Hall. La sonda

espacial Juno será la primera misión a Júpiter en usar paneles fotovoltaicos en

lugar de un generador termoeléctrico de radioisótopos, tradicionalmente usados

en las misiones espaciales al exterior del Sistema Solar. Actualmente se está

estudiando el potencial de la fotovoltaica para equipar las naves espaciales que

orbiten más allá de Júpiter.

APLICACIONES DE LA ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA

Desde su aparición en la industria aeroespacial, donde se ha convertido en el

medio más fiable para suministrar energía eléctrica en los vehículos espaciales,

a energía solar fotovoltaica ha desarrollado un gran número de aplicaciones

terrestres. La producción industrial a gran escala de paneles fotovoltaicos

comenzó en la década de los 80, y entre sus múltiples usos se pueden

destacar:

Centrales conectadas a red para suministro eléctrico.

Sistemas de autoconsumo fotovoltaico.

Electrificación de pueblos en áreas remotas (electrificación rural).

Suministro eléctrico de instalaciones médicas en áreas rurales.

Corriente eléctrica para viviendas aisladas de la red eléctrica.

Sistemas de comunicaciones de emergencia.

Estaciones repetidoras de microondas y de radio.

Sistemas de vigilancia de datos ambientales y de calidad del agua.

Faros, boyas y balizas de navegación marítima.

Bombeo para sistemas de riego, agua potable en áreas rurales y

abrevaderos para el ganado.

Balizamiento para protección aeronáutica.

Sistemas de protección catódica.

Sistemas de desalinización.

Vehículos de recreo.

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Señalización ferroviaria.

Sistemas de carga para los acumuladores de barcos.

Postes de SOS (Teléfonos de emergencia en carretera).

Parquímetros.

Recarga de vehículos eléctricos.

En entornos aislados, donde se requiere poca potencia eléctrica y el acceso a

la red es difícil, como señalización de vías públicas, estaciones meteorológicas

o repetidores de comunicaciones, las placas fotovoltaicas se emplean como

alternativa económicamente viable. Para comprender la importancia de esta

posibilidad, conviene tener en cuenta que aproximadamente una cuarta parte

de la población mundial todavía no tiene acceso a la energía eléctrica.

COMPONENTES DE UNA PLANTA SOLAR FOTOVOLTAICA

Una planta solar fotovoltaica cuenta con distintos elementos que permiten su

funcionamiento, como son los paneles fotovoltaicos para la captación de la

radiación solar, y los inversores para la transformación de la  corriente

continua en corriente alterna.  Existen otros, los más importantes se mencionan

a continuación:

PANELES SOLARES FOTOVOLTAICOS 

Generalmente, un módulo o panel fotovoltaico consiste en una asociación de

células, encapsulada en dos capas de EVA (etileno-vinilo-acetato), entre una

lámina frontal de vidrio y una capa posterior de

un polímerotermoplástico (frecuentemente se emplea el tedlar) u otra lámina de

cristal cuando se desea obtener módulos con algún grado de transparencia.

Muy frecuentemente este conjunto es enmarcado en una estructura de aluminio

anodizado con el objetivo de aumentar la resistencia mecánica del conjunto y

facilitar el anclaje del módulo a las estructuras de soporte.

Las células más comúnmente empleadas en los paneles fotovoltaicos son

de silicio, y se puede dividir en tres subcategorías:

Las células de silicio monocristalino están constituidas por un único cristal

de silicio, normalmente manufacturado mediante el proceso Czochralski.

Este tipo de células presenta un color azul oscuro uniforme.

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Las células de silicio policristalino (también llamado multicristalino) están

constituidas por un conjunto de cristales de silicio, lo que explica que su

rendimiento sea algo inferior al de las células monocristalinas. Se

caracterizan por un color azul más intenso.

Las células de silicio amorfo. Son menos eficientes que las células de

silicios cristalinos pero también menos costosos. Este tipo de células es,

por ejemplo, el que se emplea en aplicaciones solares

como relojes o calculadoras.

INVERSORES 

La corriente eléctrica continua que proporcionan los módulos fotovoltaicos se

puede transformar en corriente alterna mediante un aparato electrónico

llamado inversor e inyectar en la red eléctrica (para venta de energía) o bien en

la red interior (para autoconsumo).

El proceso, simplificado, sería el siguiente:

Se genera la energía a bajas tensiones (380-800 V) y en corriente continua.

Se transforma con un inversor en corriente alterna.

En plantas de potencia inferior a 100 kW se inyecta la energía directamente

a la red de distribución en baja tensión (230V).

Y para potencias superiores a los 100 kW se utiliza un transformador para

elevar la energía a media tensión (15 ó 25 kV) y se inyecta en las redes de

transporte para su posterior suministro.

SEGUIDORES SOLARES 

El uso de seguidores a uno o dos ejes permite aumentar considerablemente la

producción solar, en torno al 30% para los primeros y un 6% adicional para los

segundos, en lugares de elevada radiación directa.

Los seguidores solares son bastante comunes en aplicaciones fotovoltaicas.

Existen de varios tipos:

En dos ejes: la superficie se mantiene siempre perpendicular al Sol.

En un eje polar: la superficie gira sobre un eje orientado al sur e inclinado

un ángulo igual a la latitud. El giro se ajusta para que la normal a la

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superficie coincida en todo momento con el meridiano terrestre que

contiene al Sol.

En un eje azimutal: la superficie gira sobre un eje vertical, el ángulo de la

superficie es constante e igual a la latitud. El giro se ajusta para que la

normal a la superficie coincida en todo momento con el meridiano local que

contiene al Sol.

En un eje horizontal: la superficie gira en un eje horizontal y orientado en

dirección norte-sur. El giro se ajusta para que la normal a la superficie

coincida en todo momento con el meridiano terrestre que contiene al Sol.

CABLEADO

Es el elemento que transporta la energía eléctrica desde su generación, para

su posterior distribución y transporte. Su dimensionamiento viene determinado

por el criterio más restrictivo entre la máxima caída de tensión admisible y

la intensidad máxima admisible. Aumentar las secciones de conductor que se

obtienen como resultado de los cálculos teóricos aporta ventajas añadidas

como:

Líneas más descargadas, lo que prolonga la vida útil de los cables.

Posibilidad de aumento de potencia de la planta sin cambiar el conductor.

Mejor respuesta a posibles cortocircuitos.

Mejora del performance ratio (PR) de la instalación.

¿POR QUÉ ELEGIR LA ENERGÍA SOLAR?

El sol es la mayor fuente de todas las formas de energía. Con precios en

alza en el mercado internacional y con la reducción de la reserva de

combustible fósil, la demanda de una energía más sostenible está en crisis. La

energía solar es la mayor solución para dicha crisis energética. Debemos

comprometernos a utilizar el recurso natural más abundante, brindando

soluciones altamente eficaces, confiables y tecnológicamente equipadas en

todo el mundo.

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POTENCIAL

Un reciente estudio llevado a cabo por una importante empresa de energía

solar revela que el mercado de energía solar mundial está en el nivel más alto

que nunca. De acuerdo con el informe, el mercado de energía solar mundial

creció en un 47,4% en la Tasa de Crecimiento Anual Compuesta (CAGR, por

sus siglas en inglés) de un mero 598 MW en 2003 a 2.826 MW en 2007. Con

este aumento en la demanda, se estima que la renta de la industria de energía

solar aumente de $ 17,2 mil millones en 2007 y llegue a $39,5 mil millones en

2012.

Con este enorme potencial en el mercado de la energía solar, crear soluciones

solares rentables y llegar a millones de personas de todo el mundo es la mejor

manera de asegurar un futuro mejor.

LA VENTAJA DE LA ENERGÍA SOLAR

En un futuro cercano, la humanidad tendrá dos grandes desafíos que enfrentar:

satisfacer la necesidad mundial de energía y encontrar la solución perfecta

para el cambio climático. La inversión en el sector de energía solar es

ciertamente la mejor alternativa posible en estos tiempos cambiantes. Con la

economía mundial que cambia rápidamente, sumado a la población mundial en

auge, la demanda de una fuente de energía alternativa y particularmente de la

“energía solar” está en alza. Debido a que la oferta de combustible fósil está

disminuyendo día a día, la gente está inclinándose cada vez más a la energía

solar. El sol es la fuente de energía más vital y esencial para un futuro más

ecológico y limpio. La energía solar es la solución perfecta ya que utiliza el

recurso más abundante de la naturaleza. Al instalar un sistema de energía

solar, ayudamos a reducir la cantidad de gases de efecto invernadero y por

ende aseguramos un mejor mañana a las generaciones futuras.

PRINCIPALES FACTORES DE LA INDUSTRIA DE ENERGÍA SOLAR

La creciente demanda de electricidad: De acuerdo con la Agencia

Internacional de la Energía (IEA, por sus siglas en inglés), se espera que la

demanda de electricidad en todo el mundo aumente de los 16,1 mil millones de

16

Kwh en 2001 hasta alcanzar unos 31,7 mil millones de Kwh para el año 2030.

Otro estudio realizado por IEA revela que más del 66% de la electricidad

mundial proviene de combustibles fósiles como el carbón, el gas natural y el

petróleo.

Limitaciones en el Suministro: Este es otro de los factores clave detrás de la

creciente demanda de energía solar alrededor del mundo. El precio de la

electricidad está incrementando, lo que lleva a costos de electricidad más altos

para los consumidores. Cada una de estas situaciones, presiona al desarrollo

de fuentes de energía alternativas sostenibles, y a la generación de energía

fiable. El reto es superar las limitaciones de suministro para poder abastecer

los requerimientos de energía del mundo.

GENERACIÓN GUBERNAMENTAL DE ENERGÍA SOLAR.

Muchos países alrededor del mundo están tratando de reducir la dependencia

de energía proveniente de países extranjeros para poder cubrir las

necesidades del consumo nacional. Esto se debe, primeramente, a la

inestabilidad política y económica de las regiones que producen petróleo y

gasolina. En esta situación es viable el uso de energía solar, ya que también

ayuda al medio ambiente al no usar los métodos convencionales para la

adquisición de energía. Por lo tanto, algunos gobiernos de diferentes países

están adoptando e implementando incentivos para el rápido desarrollo de

técnicas de generación de energía solar, lo cual es muy positivo para los

involucrados en la industria de la energía solar.

BENEFICIOS DE LA ENERGÍA SOLAR

La energía solar tiene varias ventajas sobre las formas convencionales y no

convencionales de energía renovable:

La energía solar es rentable

El sol es una fuente de energía y se puede aprovechar prácticamente sin costo.

Una vez que el consumidor recupere su inversión lo demás es ganancia.

La energía solar reduce la dependencia de fuentes extranjeras y locales de

energía, entonces ayuda a ser autosuficientes en la producción de energía.

Las inversiones en la energía solar ayudan a crear nuevas oportunidades de

empleo y genera riqueza, lo cual con el tiempo ayuda a estabilizar la economía

mundial.

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La Energía solar es Ecológica

A diferencia de otras formas de energía convencionales como el carbón, el

petróleo o el gas natural, la energía solar es sostenible y limpia. Esto, con el

tiempo, asegura un futuro más ecológico y positivo para la humanidad.

La energía solar ayuda a reducir la cantidad de gases de efecto invernadero en

la atmósfera, y no influye en el calentamiento global, la lluvia ácida, y otros

fenómenos relacionados climáticos.

Facilidad de Uso Sin Dependencia

La energía solar ayuda a reducir la dependencia de Fuentes de energía

nacional o foránea.

La energía solar ayuda a reducir los costos en el consumo de energía eléctrica,

al mismo tiempo provee una fuente de energía en caso de un apagón.

Uno de los beneficios más importantes de la generación de sistemas de

energía solar es la facilidad de instalación y movilidad. Los sistemas de energía

solar se pueden instalar en lugares remotos, hasta en lugares donde la energía

eléctrica no está disponible.

Fácil Mantenimiento

Una de las razones por la cual los sistemas de generación de energía solar son

económicos es porque casi no necesitan mantenimiento, y tienen una duración

de casi 30 años.

Los sistemas individuales pueden actualizarse para estar a la par con los

requerimientos de la electricidad.

Los sistemas de energía solar trabajan sin hacer ruido, lo que provee una

durabilidad excelente.

LA ENERGÍA SOLAR Y EL MEDIO AMBIENTE

La energía solar es la energía renovable con más presencia en el mundo, y una

de las posibles soluciones para ayudar a frenar el cambio climático.

El proceso de convertir los rayos del sol en electricidad es llamada energía

solar. Existen principalmente dos aproximaciones usadas para generar

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electricidad a partir del sol: el método directo e indirecto. El método directo

utiliza paneles solares (fotovoltaicos) que convierten los rayos solares en

electricidad. El método indirecto es también conocido como CSP (por sus siglas

en ingles) y significa energía solar de concentración, en donde el calor del sol

es capturado para hervir agua y con ese vapor mover una turbina que genera la

electricidad.

Actualmente los paneles fotovoltaicos son más usados en las casas, y la

energía solar de concentración es más usada a gran escala. Claro que existen

plantas solares de gran escala que usan paneles fotovoltaicos, pero hasta el

momento no existen sistemas de concentración lo suficientemente pequeños y

eficientes como para poder usarlos en casa.

La mayor desventaja de la energía solar es su falta de consistencia. Durante el

invierno o días muy nublados, la energía solar no es suficiente para producir la

electricidad que se genera.

Paisaje

El paisaje, es un factor ambiental de primer orden y es el aspecto ambiental

sobre el que más incide este tipo de energía, y que tiene más difícil corrección

cuando las plantas solares se instalan en medios rurales o en escenarios

naturales de especial valor.

Para una correcta implantación de los parques solares se debe considerar este

factor y evitar romper dentro de lo posible la armonía con el entorno

circundante. Las placas solares, dada su composición y características, son

difícilmente integrables en un entorno sin construcciones; y los reflejos de este

tipo de estructuras son visibles a grandes distancias en muchas ocasiones.

El paisaje y la apreciación del mismo tienen un fuerte componente subjetivo al

tratarse de un elemento estético. El único modo de atenuar el  impacto es elegir

los emplazamientos correctamente. Para la estimación de los efectos se

pueden elaborar mapas en los que aparezcan reflejadas las cuencas visuales,

esto permite establecer  las áreas de visión de las plantas con gran exactitud.

Como medida correctora obvia, y que se puede incorporar a las simulaciones

visuales previas a la realización,  está muy extendida la creación de pantallas,

preferiblemente vegetales, que se interpongan entre los observadores y el

parque solar. Las pantallas, cuando son viables,  deben realizarse

preferiblemente con vegetación autóctona y su altura y características se

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elegirán cada caso concreto, no pudiendo realizarse generalización alguna

sobre las mismas.

Deben de tenerse en cuenta también a efectos paisajísticos todos los

elementos auxiliares a este tipo de plantas, tales como transformadores y

líneas eléctricas asociadas. En huertos solares de gran envergadura o en

aquellos alejados de las redes de suministro, la línea al punto de enganche

tiene un impacto visual cuya importancia es comparable a la del mismo parque.

En muchos casos la mayor altura de las torres hace que sean visibles desde

puntos más distantes y las características de estas estructuras tampoco se

mimetizan fácilmente con el medio ambiente. Se deben establecer

alternativas y medidas correctoras que reduzcan el impacto paisajístico de este

tipo de estructuras anexas sobre el medio. La elección de materiales y colores

para los postes, y en casos extremos el soterramiento de las líneas son

medidas correctoras a tomar para la integración de estas estructuras con el

medio.

En algunas comunidades autónomas los estudios de integración

paisajística son necesarios para desarrollar proyectos solares, y en los estudios

de impacto ambiental el paisaje debe de ser contemplado como un elemento

preponderante en este tipo de proyectos.

 

Suelos

La pérdida de suelo provocada por los parques es permanente durante la vida

útil de los mismos. Se debe considerar también la ocupación por las

instalaciones anexas a la planta solar fotovoltaica y el tendido eléctrico.

Hay que realizar un estudio ambiental que pondere el uso de tierras a la

producción de energía. Intentando descartar siempre aquellas de gran

potencial agrícola a favor de otras con menor capacidad biológica.

Las posibilidades de contaminación del suelo durante la fase de construcción o

funcionamiento son escasas si se toman las precauciones necesarias durante

la implantación y las labores de mantenimiento. Se deben también extremar las

precauciones en la nivelación de los suelos de los  parques, con el objeto de

preservar la capa de tierra fértil para el acondicionamiento posterior de toda la

instalación.

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La ocupación del suelo motiva, en muchos casos, la desestructuración de los

mismos y la pérdida de la cobertura vegetal. Este proceso motiva que se

favorezcan procesos de erosión y en consecuencia pérdida de suelo. La

realización de siembras y la realización de labores de mantenimiento

adecuadas evitan eficazmente este problema.

Flora

Como se ha comentado se debe evitar la localización de los parques en

espacios naturales de especial interés. La presencia de endemismos o

especies protegidas es también un factor limitante para la implantación de los

huertos solares y es preferible elegir emplazamientos alternativos a implantar

costosas medidas correctoras para su desarrollo. Los estudios de

vegetación son necesarios para definir la idoneidad de los emplazamientos. En

los casos en los que haya presentes especies arbóreas, de interés o dignas de

protección, en la disposición de las placas se deben respetar los pies y la zona

inmediata de los mismos para preservar su correcto desarrollo. En estos casos

se debe considerar, por motivos técnicos, el efecto de sombreado que

producen las copas de los árboles. De igual modo se deben preservar también

en la medida de lo posible los linderos de las parcelas, al ser un nicho

ecológico importante dentro de los ecosistemas rurales.

Fauna

Aunque se cita con frecuencia que los parques solares no tienen un impacto

apreciable sobre la fauna, se debe tener en cuenta que los grandes parques o

el efecto sinérgico de varios situados en las proximidades, pueden afectar a la

cadena trófica desde sus eslabones básicos deteriorando el ecosistema.

Tienen los huertos solares especial  influencia sobre las especies que nidifican

en superficie sobre terrenos de secano, barbecho o pastizal que son utilizados

frecuentemente para la instalación de los parques. El ejemplo más relevante en

nuestro país lo representa la avutarda cuyo nicho ecológico está muy ligado a

las tierras de cultivo.Estudios faunísticos son necesarios en muchos casos para

anticipar problemas.

Otras afecciones como las producidas al sistema hidrológico son de fáciles de

corregir y la influencia sobre las condiciones de escorrentía no suelen ser

apreciables.

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De igual modo los estudios arqueológicos previos aseguran que los parques no

se asientan sobre restos de interés. Aunque también hay que tener en cuenta

que la pequeña profundidad de las estructuras de anclaje no presenta en

muchos casos riesgo apreciable para los posibles restos enterrados.

El resto de factores ambientales implicados no merecen mención alguna, y la

adopción de medidas preventivas o correctoras minimiza o anula el impacto de

las instalaciones sobre estos factores.

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ELABORACIÓN DEL PROYECTO

VEHICULO IMPULSADO POR ENERGÍA SOLAR

El experimento que realizaremos consiste en la demostración de la utilidad y

eficiencia de la energía solar para movilizar medios de transporte, mediante la

creación de un vehículo a pequeña escala, que sea capaz de desplazarse

gracias a la energía solar, para ello consideramos proyectos similares llevados

a cabo en otras instituciones, y recabamos datos en publicaciones online

especializadas en este tipo de actividades para poder definir el esquema que

más se adaptaba a nuestras necesidades y a los materiales que teníamos

disponibles. Luego de nuestra investigación decidimos realizar la adaptación

del sistema de control remoto de un vehículo de juguete (este vehículo nos fue

amablemente donado por un vecino del sector Loma Linda por encontrarse en

malas condiciones) a un chasis fabricado con materiales más livianos y

reciclables (cartón y paletas de madera) y sustituimos su anterior sistema de

suministro eléctrico por baterías recargables a través de celdas solares.

Materiales Empleados:

1 Motor eléctrico pequeño.

Batería recargable

Cargador de celdas solares

4 leds.

Soldador de estaño.

1 interruptor de corriente

Cables delgados para uso electrónico.

4 ruedas de juguete.

2 pequeñas barras para las ruedas.

Paletas de madera

Cartón

Pistola de silicón.

Un poco Alambre.

Un trozo de manguera delgada

Elementos decorativos (opcionales)

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Procedimiento:

Recortar en el cartón la forma básica que tendrá el chasis tomando en cuenta

el espacio que posteriormente requerirá el resto de los elementos.

Reforzar el cartón con paletas de madera para que se vuelva más rigido

Recortar 4 trozos de manguera pequeños y pegar un par en cada extremo del

chasis (de forma que queden alineados entre sí.

Introducir en cada par de trozos de manguera la barra correspondiente a las

ruedas (se puede un poco de aceite de bebé en las barras para reducir la

fricción y mejorar el desempeño)

Ajustar las ruedas en sus respectivas barras y verificar que rueden de forma

correcta (en caso contrario corregir el desperfecto alineando bien los trozos de

manguera)

Recortar trozos de cables suficientes para posteriormente unir los elementos

del circuito eléctrico.

Con la ayuda del soldador de estaño realizar un circuito eléctrico que conecte

el motor, los led y el interruptor a la batería.

Realizar una abertura en medio del chasis de un tamaño lo bastante grande

como para que entre una rueda.

Adherir los elementos eléctricos al chasis tomando en consideración colocar el

motor al lado de la abertura previamente realizada (el resto de los elementos se

pueden colocar con la disposición que nos parezca más favorable). La fijación

del motor debe de ser resistente por lo que se recomienda usar alambre para

ello u otro medio lo suficientemente resistente.

Colocar la rueda restante en el eje del motor de modo que pueda tocar el suelo

e impulsar el vehículo.

Encender el interruptor y observar los resultados satisfactorios (en caso de

presentar problemas, verificar todos los pasos anteriores y cerciorarse de que

la batería se encuentra bien cargada.

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RESULTADOS

Luego de comprobar el correcto funcionamiento del vehículo (el cual consiguió

un desplazamiento autónomo) nos dedicamos a testear la velocidad que puede

alcanzar el vehículo con la utilización de una batería previamente cargada con

un sistema a base de celdas fotovoltaicas, para realizar esta prueba utilizamos

una pista lisa de unos 4 metros de largo la cual el móvil recorrió sin ningún

problema en unos 6.49 segundos con estos datos solo debimos calcular su

velocidad a través de la fórmula de movimiento rectilíneo uniforme:

DATOS:

DISTANCIA (d): 4m

TIEMPO (t): 6.49s

VELOCIDAD (v): ?

PROCEDIMIENTO:

v=dtv= 4m6.49 s

v=0.6163ms

v=36,97m /m

Luego de realizar los cálculos correspondientes pudimos determinar que el

vehículo impulsado gracias a baterías solares puede desplazarse con facilidad

a una velocidad de 36.97m/m lo cual representa un rendimiento muy similar al

obtenido por vehículos de características semejantes pero impulsadas por

baterías normales.

Gracias a estos datos podemos constatar de manera fidedigna que la

implementación de energía solar representa una alternativa que proporcionar

electricidad para varias aplicaciones cotidianas de forma igual o más eficiente

que la energía del suministro eléctrico convencional.

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CONCLUSIÓN

Luego de finalizar satisfactoriamente nuestro experimento hemos recabado una gran cantidad de información y datos que nos permiten constatar la alta eficiencia que tiene la energía solar como un sustituto potencial para las formas convencionales de energía, hemos visto que en la era actual su auge ha estado asegurado por muchos factores entre los que destaca el calentamiento global (porque al remplazar a medios de producción convencionales minimiza la liberación de gases de efecto invernadero) una mayor conciencia entre la población, una disminución de los precios del mercado de celdas fotovoltaicas, un aumento en las tarifas eléctricas, y el eminente agotamiento de las reservas de combustible del cual seremos testigos en las próximas décadas.

Por tales motivos podemos afirmar que la energía eléctrica producida por celdas fotovoltaica podría ser un medio más que viable para suplir gran parte del suministro eléctrico de una nación como Venezuela y muchas otras con condiciones similares, en vista de la amplia utilización actual y de su gran cantidad de aplicaciones, lo cual nos asegura a todos un mejor aprovechamiento de este enorme recurso renovable y una disminución adecuada en la dependencia de los combustibles fósiles a nivel mundial.

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