FACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL MECÁNICA

ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA

Estudiante: Gabriel Orellana Barrios

Curso: ERNC [Minor EyA]
Profesor: Rodrigo Fica Monrroy

Curicó
2022-2
Resumen
La energía solar es una de las con mayor tasa de crecimiento en el mundo, por lo que en
este informa se dan a conocer algunas de sus mayores características, tales como su origen, formas
de utilización, tecnologías de aprovechamiento para el uso en generación eléctrica, escalas y
gráficos de su participación en la matriz enérgica, tanto mundial como nacional. La energía solar
fotovoltaica es aquella que aprovecha los fotones enviados por el sol, para mediante un proceso de
transformación, mediante celdas dispuestas en módulos, en energía eléctrica, sabemos bien que la
electricidad es actualmente la mejor manera de transmitir la energía generada en un punto, hacia
otro a la distancia y como la energía solar fotovoltaica nos entrega electricidad, podremos concluir
en que es bastante eficiente.

Introducción
Las energías renovables no convencionales (ERNC) han ido en aumento el último tiempo,
es así como una de las más tentativas, por su fácil implementación y bajo costo de equipos. Esta al
ser utilizada para la producción de energía eléctrica se puede tratar de dos formas, utilizando la
energía térmica de este para calentar algún fluido, mediante el uso de espejos reflectores, para luego
hacer girar una turbina generadora; el otro modo es captarla en paneles fotovoltaicos, los cuales
transforman la luminosidad entregada por el sol, para transformarla en la excitación de electrones.
En esta investigación buscaremos informar a fondo sobre este tipo de ERNC, desde lo teórico,
mostrar algunas de las instalaciones mas utilizadas, instalaciones mas grandes en el mundo, etc.

Objetivos
• Aclarar aspectos básicos de la transformación de la radiación solar en energía eléctrica
• Dar a conocer los aspectos teóricos y técnicos que conforman la energía solar fotovoltaica
Marco Teórico
La energía que produce el sol llega a nosotros a través del espacio en forma de partículas
de luz (fotones) y radiación (calor). Una de las ventajas que tenemos es que esta es una energía
casi inagotable. A diferencia de otras fuentes de energía, como los fósiles, el sol tiene una esperanza
de vida de más de 9 mil millones de años por lo que, si sabemos aprovechar su radiación, tendremos
energía para un largo periodo de tiempo. Y gracias a los avances tecnológicos hemos podido recoger
esta energía y transformarla en electricidad que podemos utilizar en nuestra vida cotidiana. El
aprovechamiento de esta energía se puede hacer de diferentes formas, cada una depende del origen
y la forma de procesamiento.

• Energía solar térmica

Como su nombre lo indica, este tipo de energía utiliza la energía solar para producir calor.
Esta después se puede traducir en energía mecánica y a partir de ella producir electricidad. Este tipo
de energía puede ser utilizada tanto en hogares como en industrias. Con los avances tecnológicos,
ahora se puede almacenar el calor de una forma más económica para después transformarlo en
electricidad.

• Energía fotovoltaica
Esta energía hace uso de la radiación del sol. Con la instalación de paneles solares
fotovoltaicos, transforman la luz y el calor del sol en electricidad. Esta es una de las mejores formas
de aprovechar la energía solar.

• Energía solar pasiva

La energía solar pasiva es la que no utiliza ningún tipo de energía externa para aprovechar
la energía solar. Este tipo de tecnología se utiliza en la creación y construcción de edificios que se
diseñan con el fin de recolectar y almacenar la energía del sol a lo largo del año. Este tipo de energía
busca aprovechar de mejor manera las instalaciones para aprovechar la luz del sol. Se tiene en
cuenta la colocación y el tamaño de las ventanas, el tipo de cristales, la sombra, entre otros.[1]

Como toda energía aprovechada gracias al uso de tecnología tenemos ventajas y

desventajas, las que podemos ver en la siguiente tabla:

Ventajas Desventajas
Energía limpia, gratis e ilimitada en la escala de Difícil de almacenar debido a la falta de
vida humana. capacidad y asequibilidad de baterías.

Inversión inicial asequible dado al aumento de Depende de la intensidad solar, la cual

la oferta de los equipos. condiciona las zonas en las cuales puede ser
rentable.

Muy adaptable en cuanto a diversidad de usos Ocupa una gran superficie en la cual se
y tipos de instalación. deberán extender los paneles.
Tecnologías para su producción
La energía solar fotovoltaica tiene como principio transformar la energía de los fotones en
energía eléctrica, esto lo hacen gracias a módulos fotovoltaicos, los que están compuestos por
células fotovoltaicas individuales unidas entre sí. Para garantizar la correcta inclinación y orientación
con respecto a la luz solar, los módulos se colocan en estructuras de soporte específicas. Dos
terminales de salida en cada módulo recogen y transfieren la corriente generada a los sistemas de
gestión del parque solar.

Proyecto CEME1 | Generadora Metropolitana [4]

La eficiencia de un módulo fotovoltaico es la relación entre la potencia eléctrica de salida en

los terminales y la potencia de la radiación solar que incide en la superficie del módulo. El valor
estándar que se usa como referencia para indicar la radiación solar es de 1.000 vatios/m2: si en cada
metro cuadrado inciden 1.000 vatios de energía solar, el porcentaje de energía realmente convertida
en electricidad utilizable constituye la eficiencia. La vida media útil de un módulo fotovoltaico es de
unos 30 años. [2]

Existen módulos monocristalinos y policristalinos, esto no quiere decir que los módulos
tengan solo una gran celda que transforme la energía del sol en corriente eléctrica, sino que tiene
que ver con la orientación de estos cristales dentro de la célula. De esta manera hay 3 tipos de
módulos fotovoltaicos, los cuales son:

• Silicio monocristalino: módulos de color azul oscuro, casi negro, cuyas células tienen unos
bordes redondeados y están formadas por cristales de silicio monocristalino, todos
orientados en la misma dirección. Con luz perpendicular garantizan una buena producción
de energía, con una eficiencia de aproximadamente un 18-21 %.

• Silicio policristalino: módulos azules con tonos cambiantes compuestos por cristales de
silicio orientados de manera no uniforme. Tienen una menor eficiencia (15-17 %) si reciben
los rayos del sol perpendicularmente, pero su rendimiento es mayor a lo largo del día.

• Capa fina: módulos de menor eficiencia, que funcionan bien con luz difusa o a altas
temperaturas. [2]

• Paneles bifaciales: permite captar la luz también por la parte posterior y obtener una
producción de electricidad de alrededor del 10-15 % más respecto a los paneles tradicionales
de una sola cara, con la consiguiente posibilidad de instalar un número menor de paneles y
reducir la superficie de un parque solar.
Sistema de transformación de la energía
El sistema de transformación de la energía fotovoltaica consiste en sacar la energía
proveniente del sol en forma de fotones, para transformarlos en un diferencial de voltaje, lo
cual llamamos electricidad, después de esa transformación hecha por el panel asociado a
la planta generadora, tenemos que llevarla al uso cotidiano, en el siguiente esquema,
veremos las partes de un sistema de alimentación eléctrica desde una planta fotovoltaica,
al uso doméstico.

Ángulos de disposición
La separación entre hileras de paneles fotovoltaicos debe garantizar la no superposición de
sombras entre las hileras de paneles los meses del solsticio de invierno / verano.

Esta distancia quedará determinada por la siguiente expresión, en el caso de paneles en

disposición horizontal (sobre un plano).
ℎ
𝑑=( ) ∗ cos⁡(𝐴)
tan(𝐻)

En que:

d: es la distancia mínima entre líneas de paneles.

h: es la altura de la línea de paneles (en vertical, desde el punto superior en el suelo).
tan(H): es la tangente de la altura solar (ángulo) en el mes más desfavorable en nuestra latitud.
cos(A): es el coseno del azimut solar en el mes más desfavorable (diciembre) a las 10 h solar.
Impactos ambientales asociados
Como subproducto de la generación de energía por diversos métodos, tenemos
contaminantes que atacan al medioambiente, ya sea porque el tipo de generación lo permite, lo
necesita o simplemente por eventos aislados que dejan escapar los contaminantes a la atmosfera
circundante, como ejemplo tenemos a la energía nuclear, la cual puede llegar a ser una de las
energías mas limpias que se conocen, pero las consecuencias de un accidente nuclear, se han
dejado ver en el paso del tiempo que esta misma lleva operando. Es por esto que cada energía
generada en el mundo tiene un estudio de impacto ambiental, esto nos determina si la
implementación de una central generadora es apta para realizarse en un cierto lugar u otro, no queda
fuera de estos estudios el uso de plantas generadoras de energía solar fotovoltaica, la cual es
bastante limpia pero igual ha tenido controversias en el tema, debido a su amplio uso del terreno en
cuanto a metros cuadrados de construcción para generar una cantidad de vatios suficientes para
suplir la demanda establecida.

Responsabilidad de los distintos gases en el efecto invernadero [3]

Cuando hablamos de energía solar fotovoltaica (ESFV) mas que hablar de una
contaminación atmosférica, por la emanación de gases que esta pueda llegar a producir, la cual es
despreciable, hablamos del tema de uso de suelos, y de cuanto puede afectar a la flora y fauna de
este mismo, debido a que la implementación de paneles fotovoltaicos cubre de la luz del sol una
porción de suelo, la cual posee vida, esta vida se ve afectada por la falta de radiación solar, por lo
que tendremos que investigar si el impacto ambiental por la oclusión del sol en esa área de tierra es,
o no, catastrófica para alguna especie endémica, protegida, en peligro de extinción o abundante en
el área, lo cual nos determinara que tan grave puede llegar a ser el impacto ambiental generado.
Participación de la ESFV en la matriz mundial
Este tipo de energía ha crecido debido a los requerimientos de cambios de las matrices
eléctricas a nivel mundial, los países se han puesto de acuerdo para empezar a disminuir su
producción de energía en base a carbón y combustibles fósiles, para dar pasa al uso de energías
renovables convencionales y no convencionales, en el siguiente grafico se muestra la participación
de la energía solar en los países del G20 para el año 2020, en el cual podemos ver que la energía
solar y eólica han aumentado hasta llegar al 9%.

Matriz de generación enérgica para los países del G20 año 2020 [5]

Crecimiento de este tipo de energía desde el año 2000 a nivel mundial.[5]

Participación de la ESFV en la matriz nacional
Tanto la matriz primaria y como la secundaria de energía están representadas en el Balance
Nacional de Energía (BNE). Este corresponde a un informe estadístico que contabiliza la oferta total
de energía disponible de un país en un año calendario, con el que se cuantifica en Tcal su consumo
por los principales sectores de la economía nacional. Al igual que en el caso de las matrices
energéticas, la última edición disponible del BNE corresponde a la información sobre la energía
consumida durante el año 2019.

Balance de Energía en Chile, año 2019. Unidades en Tcal [6]

El reporte de la Asociación de Generadoras de Chile del mes de agosto del 2021 da cuenta
que al mes de julio del mismo año, el SEN contaba con una potencia instalada de generación
equivalente a 28,495 MW, los que corresponden a más del 99% de la capacidad instalada nacional.
Del total de la capacidad instalada en el SEN, el 53,3% corresponde a tecnología de generación en
base a recursos renovables, es decir, de origen hidroeléctrica, solar fotovoltaica, biomasa y
geotermia. Como se observa en el cuadro 2, el otro 46,7% corresponde a centrales termoeléctricas
a gas natural, carbón o derivados del petróleo. Como se señaló, a continuación, se observa en detalle
la capacidad instalada de todos los tipos de energía que componen la capacidad instalada de
generación del SEN.
 Capacidad instalada [MW] en Chile según tipo de energía, al mes de julio de 2021. [6]

En un periodo más amplio, el gráfico siguiente da cuenta de la generación en el SEN (anterior

SIC y SING) entre los años 1996 y 2020. Como se observa, históricamente la generación eléctrica
se ha sustentado en base a carbón, gas natural y fuentes de origen hídrico. A partir del año 2012 se
evidencia un aumento significativo en la generación basada en energías eólica, solar y biomasa.

Generación histórica de los sistemas SIC y SING, y posterior interconexión en el SEN. Período
1996 – 2020, unidades en GWh.[6]
Diseño de una planta de generación fotovoltaica
Se requiere calcular, evaluar y diseñar una plantar de generación fotovoltaica en la comuna
de Romeral, la cual debe producir 12MW de potencia, para esto se debe seleccionar una porción
de terreno dentro de la comuna, el territorio que conforma la misma esta delimitado en el mapa
regional, el cual nos da los límites de esta.

Mapa de la Región del Maule, Comuna de Romeral

El valor promedio de una hectárea de terreno agrícola en esta zona del país es de 10 Millones
de CLP, aunque al comprar un terreno de varias hectáreas se puede llegar a obtener un valor menor,
cercano a los 6.5 Millones de CLP por hectárea, para este proyecto se buscó un terreno cercano a
la ciudad de romeral, este terreno comprende un área de 16.5 hectáreas, este terreno se selecciona
por la gran cantidad de terreno abierto utilizable, además de parecer un terreno que se usa solo para
ganadería debido a su aspecto falto de arado y tratamiento de suelos.
 Ubicación estimada de la planta de generación 12MWh [7]

La capacidad de este proyecto alcanza un potencial de 12.75MWh, pero debido a que hay
terreno que se utilizara en la transformación de la energía, además de las bodegas de mantención
de los equipos, la capacidad instalada será de 12MW, esta capacidad será entregada en los meses
más críticos, tendremos mayor generación en meses de verano debido al aumento de la luminosidad
en esos meses, pero esto nos da un delta, el cual podremos usar para ventas a otras empresas
generadoras o simplemente como aumento al factor de planta. Se utilizarán paneles HSAT de 16%
de eficiencia, los cuales poseen una buena capacidad de generación, además de contar con un
sistema de rotación para aprovechar así la máxima cantidad de horas solares.

Paneles solares HSAT instalados en plataformas rotatorias

 Para el calculo de la capacidad instalable, la forma más fácil es usar la calculadora del
explorador solar que posee el gobierno, con esta herramienta podemos seleccionar fácilmente un
terreno tentativo, para calcular si este nos dará la potencia requerida, además podremos tener un
estimado de las hectáreas de terreno que debemos comprar en la zona p[ara que nuestro proyecto
sea viable en el tiempo.

Generación Diaria por hora [7]

Gracias a saber que el terreno nos alcanza para nuestro proyecto se puede hacer algunos
cálculos de factores económicos, dentro de los cuales se calcula el VAN, TIR, PR y el B/C, con estos
valores evaluamos la rentabilidad del proyecto estimando 10 años, los cálculos más resumidos están
en la siguiente tabla.

Tabla de calculo de los factores económicos que rodean al proyecto

 Gracias a los cálculos anteriores, se obtiene un VAN de 1.019.576 USD$ y una TIR de
57%, con un periodo de recuperación de 6 años, la evaluación se hizo a los 10 años solo por
tamaño de presentación de las tablas, pero da un resultado esperanzador para el resto de los años
de producción eléctrica fotovoltaica.

Valores económicos calculados para la implementación del proyecto

Se adjuntará la hoja de calculo correspondiente a estos cálculos, junto con este informe, en
la cual los paneles fotovoltaicos fueron calculados con un costo de 500 USD$ para agregar las
estructuras al valor de estos.

Conclusiones
Las energías renovables han ido en crecimiento debido a la demanda de mejorar la matriz
enérgica, el calentamiento global ha sido un acelerante para aumentar el interés por el cambio de
la manera en la cual se genera la energía, es así como la energía solar fotovoltaica ha ido en
aumento, cada vez mas debido a la disminución de los costos de fabricación de los módulos. Por
esta razón se sitúa en un lugar bastante bueno, al momento de pensar en una energía que sea
limpia, barata y de fácil implementación, Chile ha tenido un avance muy fuerte en lo que es la
implementación de este tipo de energía, dado a que es un país que se encuentra privilegiado con
zonas de alta luz solar, es por esto por lo que como país debemos creer mas en esta energía, la
cual es inocua en gases de efecto invernadero.

La implementación de este proyecto considera avanzar hacia los acuerdos de

electrificación limpia al año 2050, en la cual se encuentra chile junto a otros muchos países del
mundo, por lo que es importante. También sabemos que los proyectos de ERNC están yendo en
aumento en cuanto a su auge, debido a la pronta recuperación de la inversión comparada con
estas mismas tecnologías hace unos años.
Bibliografía
[1]https://www.aescol.com/es/que-tipo-de-energia-produce-el-sol

[2]https://www.enelgreenpower.com/es/learning-hub/energias-renovables/energia-
solar/modulo-fotovoltaico

[3]https://www2.uned.es/biblioteca/energiarenovable3/impacto.htm#:~:text=En%20este%20sent
ido%20cabe%20señalar,lugar%20a%20graves%20afecciones%20medioambientales.

[4] https://generadora.cl/maria-elena/

[5] https://ember-climate.org/app/uploads/2021/03/Global-Electricity-Review-2021-translation-
spanish-high-res.pdf

[6]https://obtienearchivo.bcn.cl/obtienearchivo?id=repositorio/10221/32492/1/BCN_Matriz_ener
getica_electrica_en_Chile.pdf#:~:text=Como%20se%20observa%2C%20el%20carbón,%2C%20amb
os%20con%20un%203%25.

[7] https://solar.minenergia.cl/fotovoltaico