Que Es y Cómo Funciona Un Panel Fotovoltaico
Que Es y Cómo Funciona Un Panel Fotovoltaico
Que Es y Cómo Funciona Un Panel Fotovoltaico
verde y eficiente
Los paneles solares son sin duda uno de los mejores inventos modernos, adems de ser,
probablemente, el invento que ms contribuye a la ecologa. Los paneles solares son mdulos
que usan la energa que proviene de la radiacin solar, y hay de varios tipos, como los de uso
domstico que producen agua caliente o los paneles solares fotovoltaicos que producen
electricidad.
Los paneles solares fotovoltaicos se componen de celdas que convierten la luz en electricidad.
Dichas celdas se aprovechan del efecto fotovoltaico, mediante el cual la energa luminosa
produce cargas positivas y negativas en dos semiconductos prximos de distinto tipo, por lo
que se produce un campo elctrico con la capacidad de generar corriente. Los paneles solares
fotovoltaicos tambin pueden ser usados en vehculos solares. El parmetro estandarizado
para clasificar su potencia se denomina potencia pico, y se corresponde con la potencia
mxima que el mdulo puede entregar bajo unas condiciones estandarizadas, que son:
- radiacin de 1000 W/m
- temperatura de clula de 25 C (no temperatura ambiente).
Su efectividad es mayor cuanto mayores son los cristales, pero tambin su peso, grosor y
coste. El rendimiento de las primeras puede alcanzar el 20% mientras que el de las ltimas
puede no llegar al 10%, sin embargo su coste y peso es muy inferior.
El trmino fotovoltaico proviene del griego :phos, que significa luz y voltaico, que proviene
del campo de la electricidad, en honor al fsico italiano Alejandro Volta, (que tambin
proporciona el trmino voltio a la unidad de medida de la diferencia de potencial en el Sistema
Internacional de medidas). El trmino fotovoltaico se comenz a usar en Inglaterra desde el
ao 1849.
El efecto fotovoltaico fue reconocido por primera vez en 1839 por el fsico francs Becquerel,
pero la primera clula solar no se construy hasta 1883. Su autor fue Charles Fritts, quien
recubri una muestra de selenio semiconductor con un pan de oro para formar el empalme.
Este primitivo dispositivo presentaba una eficiencia de slo un 1%. En 1905 Albert Einstein dio
la explicacin terica del efecto fotoelctrico. Russell Ohl patent la clula solar moderna en el
ao 1946, aunque Sven Ason Berglund haba patentado, con anterioridad, un mtodo que
trataba de incrementar la capacidad de las clulas fotosensibles.
Principio de funcionamiento
Esto les permite, posteriormente, circular a travs del material y producir electricidad. Las
cargas positivas complementarias que se crean en los tomos que pierden los electrones,
(parecidas a burbujas de carga positiva) se denominan huecos y fluyen en el sentido opuesto al
de los electrones, en el panel solar.
Opcionalmente:
La corriente continua se lleva a un circuito electrnico conversor (inversor) que transforma la
corriente continua encorriente alterna, (AC) (tipo de corriente disponible en el suministro
elctrico de cualquier hogar) de 120 o 240 voltios.
La potencia de AC entra en el panel elctrico de la casa.
La electricidad generada se distribuye, casi siempre, a la lnea de distribucin de los
dispositivos de iluminacin de la casa, ya que estos no consumen excesiva energa, y son los
adecuados para que funcionen correctamente con la corriente generada por el panel.
La electricidad que no se usa se puede enrutar y usar en otras instalaciones.
Esquema elctrico.
Los mdulos fotovoltaicos funcionan, como se ha dejado entrever en el anterior apartado, por el
efecto fotoelctrico. Cada clula fotovoltaica est compuesta de, al menos, dos delgadas
lminas de silicio. Una dopada con elementos con menos electrones de valencia que el silicio,
denominada P y otra con elementos con ms electrones que los tomos de silicio, denominada
N.
Aquellos fotones procedentes de la fuente luminosa, que presentan energa adecuada, inciden
sobre la superficie de la capa P, y al interactuar con el material liberan electrones de los
tomos de silicio los cuales, en movimiento, atraviesan la capa de semiconductor, pero no
pueden volver. La capa N adquiere una diferencia de potencial respecto a la P. Si se conectan
unos conductores elctricos a ambas capas y estos, a su vez, se unen a un dispositivo o
elemento elctrico consumidor de energa que, usualmente y de forma genrica se denomina
carga, se iniciar una corriente elctrica continua.
La clula solar ms usual est fabricada en silicio y configurada como un gran rea de unin p-
n. Una simplificacin de este tipo de placas puede considerarse como una capa de silicio de
tipo n directamente en contacto con una capa de silicio de tipo p. En la prctica, las uniones p-n
de las clulas solares, no estn hechas de la manera anterior, ms bien, se elaboran por
difusin de un tipo de dopante en una de las caras de una oblea de tipo p, o viceversa.
Si la pieza de silicio de tipo p es ubicada en ntimo contacto con una pieza de silicio de tipo n,
tiene lugar la difusin de electrones de la regin con altas concentraciones de electrones (la
cara de tipo n de la unin) hacia la regin de bajas concentraciones de electrones (cara tipo p
de la unin).
Cuando los electrones se difunden a travs de la unin p-n, se recombinan con los huecos de
la cara de tipo p. Sin embargo, la difusin de los portadores no continua indefinidamente. Esta
separacin de cargas, que la propia difusin crea, genera un campo elctrico provocado por el
desequilibrio de las cargas parando, inmediatamente, el flujo posterior de ms cargas a travs
de la unin.
El campo elctrico establecido a travs de la creacin de la unin p-n crea un diodo que
permite el flujo de corriente en un solo sentido a travs de dicha unin. Los electrones pueden
pasar del lado de tipo n hacia el interior del lado p, y los huecos pueden pasar del lado de tipo p
hacia el lado de tipo n. Esta regin donde los electrones se han difundido en la unin se llama
regin de agotamiento porque no contiene nada ms que algunos portadores de carga mviles.
Es tambin conocida como la regin de espacio de cargas.
Una placa o clula solar puede operar en un amplio rango de voltajes e intensidades de
corriente. Esto puede lograrse variando la resistencia de la carga, en el circuito elctrico, por
una parte, y por la otra variando la impedancia de la clula desde el valor cero (valor de
cortocircuito) a valores muy altos (circuito abierto) y se puede determinar el punto de potencia
mxima terica, es decir, el punto que maximiza V y tiempo frente a I, o lo que es lo mismo, la
carga para la cual la clula puede entregar la mxima potencia elctrica para un determinado
nivel de radiacin.
La STC especifica una temperatura de 25 C y una irradiancia de 1000 W/m con una masa de
aire espectral de 1,5 (AM 1,5). Esto corresponde a la irradiacin y espectro de la luz solar
incidente en un da claro sobre una superficie solar inclinada con respecto al sol con un ngulo
de 41,81 sobre la horizontal.
Factor de llenado
Otro trmino para definir la eficacia de una clula solar es el factor de llenado o fill factor (FF),
que se define como la relacin entre el mximo punto de potencia dividido entre el voltaje en
circuito abierto (Voc) y la corriente en cortocircuito Isc:
TONC
Temperatura de Operacin Nominal de la Clula, definida como la temperatura que alcanzan
las clulas solares cuando se somete al mdulo a una irradiancia de 800 W/m2 con distribucin
espectral AM 1,5 G, la temperatura ambiente es de 20 C y la velocidad del viento de 1 m/s.
Potencia y costes
Por otra parte, estn producindose grandes avances en la tecnologa fotovoltaica y ya existen
paneles experimentales con rendimientos superiores al 40%.
Con los costes actuales de energa elctrica, 0.08 $/kWh (USD), un metro cuadrado generar
hasta 0.06 $/da, y un km generar hasta 30 MW, o 50,000 $/(km.da). Para comparar, el
Sahara despoblado se extiende por 9 millones de km, con menos nubes y un mejor ngulo
solar, pudiendo generar hasta 50 MW/km, o 450 TW (teravatio) en total. El consumo de
energa actual de la poblacin terrestre est cercano a 12-13 TW en cualquier momento dado
(incluyendo derivados del petrleo, carbn, energa nuclear e hidroelctrica).
Junto con una pila auxiliar, se usa habitualmente en ciertas aplicaciones de poco consumo
como boyas o aparatos en territorios remotos, o simplemente cuando la conexin a una central
de energa sea impracticable. Su utilizacin a gran escala se ve restringida por su alto coste,
tanto de compra como de instalacin. Hasta ahora, los paneles fotovoltaicos ocupan una
pequea porcin de la produccin mundial de energa.
Experimentalmente han sido usados para dar energa a automviles, por ejemplo en el World
solar challenge a travs de Australia. Muchos yates y vehculos terrestres los usan para cargar
sus bateras lejos de la red elctrica. Programas de incentivo a gran escala, ofreciendo
recompensas financieras como la posibilidad de vender el exceso de electricidad a la red
pblica, han acelerado en gran medida el avance de las instalaciones de celdas fotovoltaicas
solares en Espaa, Alemania, Japn, Estados Unidos y otros pases.
Sin duda que an queda mucho por avanzar en la tecnologa de los paneles solares,
especialmente en materia de eficiencia, pero esta energa es considerada una de las fuentes
energticas ms limpias existentes hoy da, y cada vez se hace ms competitiva frente a otros
tipos de energas, lo que augura un gran desarrollo en la industria de paneles solares en el
futuro.
Cunta Energa Produce Un Panel Solar?
PANELES SOLARES
La productividad de los paneles solares varia mucho dependiendo mucho del tipo de panel
solar.
La mayora de los paneles solares estn divididos por categoras de 50 W, 80 W o 120 W, que
es la cantidad de energa que puede producir en un da soleado.
El panel produce produce la energa en Vatios (representado con W), y nuestros aparatos
consumen energa en kilovatios (KW) los cuales equivalen a 1000 vatios. Es por esta razn que
antes de hacer la instalacin de un panel solar tomemos en cuenta cuanta energa gastamos en
nuestra casa, para posteriormente definir cuantos paneles solares se tendrn que instalar.
Tambin se recomienda empezar a utilizarlo como energa alterna. Utilizarlo en inicio para
conectar aparatos pequeos que no requieran de demasiada energa, como una lmpara por
ejemplo.
La Comision Nacional para el Ahorro de Energia (CONAE) ofrece una guia para ahorrar energia
electica en el hogar. Puedes consultarla aqui.
Una forma sencilla de calcular la cantidad de paneles fotovoltaicos necesarios para tu casa es con tu
ultimo recibo de luz. Busca en tu recibo el numero que te indica el promedio diario de consumo en
kWh. Multiplica este numero por 1,000 y divide el resultado entre el promedio diario de horas de sol
(digamos que en Mxico son 5 horas promedio diarias de sol). Ejemplo: si el numero que encontraste
es 4.56 kWh entonces:
En resumen, si tu consumo diario promedio es de 4.56 kWh necesitas 15 paneles solares para proveer
a tu casa de energa elctrica.
La buena noticia es que ahora ya puedes crear un sistema de energa solar escalable, esto es, puedes
empezar con un sistema pequeo de 4 paneles solares e ir incrementando el numero de estos hasta
alcanzar el wattaje deseado. Eso se logra con el uso de inversores solares que se conectan directamente
a la lnea ya existente de la CFE. Por cada juego de 4 paneles requerirs un inversor solar de 250 watts.
Con los paneles solares correctamente instalados en un rea libre de sombra y conectados a uno o ms
inversores solares podrs echar a andar tu medidor de luz hacia atrs durante el da cuando ests
generando mas energa elctrica de la que consumes. Ya en la noche tu medidor funcionara en forma
normal (hacia adelante). Bsicamente, durante el da este sistema solar provee electricidad a la
compaa de luz la cual te es devuelta en la noche.