jueves, 16 de abril de 2015

Energías Renovables; Energía Solar Fotovoltaica

En el post anterior estuve comentando que la Energía Solar tiene 2 tipos, la Energía Solar Térmica, de la cual hable la semana pasada y la Energía Solar Fotovoltaica que, va a ser tratada hoy.


Antes que nada, se debe captar la energía procedente del Sol, para esta clase de energía, la captación es mediante el efecto fotoeléctrico, dentro del cual, existen 2 fenómenos físicos que permiten la conversión directa de la radiación solar en energía eléctrica, estos son:


  • El efecto termoeléctrico, en el cual la corriente eléctrica se produce a partir del calor de la radiación luminosa directamente.
  • El efecto fotoeléctrico, en el que la corriente eléctrica se produce directamente a partir de la energía de la radiación electromagnética.

El primero de ellos se ha utilizado mucho en la industria para aplicaciones muy diferentes de la producción de energía. Pero es un procedimiento que requiere una serie de condiciones que han impedido su utilización generalizada.

El segundo, en cambio, presenta ventajas claras dadas su sencillez, modularidad y fiabilidad. Por lo que su campo de aplicación se ha hecho muy amplio, desde la utilización en productos de consumo, como relojes y calculadoras, hasta la electrificación de viviendas aisladas o pequeñas comunidades de vecinos, el bombeo de agua…

Ahora lo mejor sería saber cómo funciona la energía solar fotovoltaica.

Como he indicado anteriormente, la conversión fotovoltaica se basa en el efecto fotoeléctrico, es decir, en la conversión de la energía electromagnética procedente del Sol en energía eléctrica. Para llevar a cabo esta conversión se utilizan unos dispositivos denominados células solares, constituidos por materiales semiconductores.





Como el funcionamiento de estas células solares es complejo, me limitare a explicar el fenómeno de una forma simple, o por lo menos lo más simple que pueda.

Un material conductor, como el cobre o el aluminio, permite el paso de la corriente eléctrica, porque tiene un gran número de electrones que pueden desplazarse con gran facilidad. Sin embargo, los materiales aislantes, como el vidrio o el plástico, no tienen electrones que puedan desplazarse con facilidad.

Solo digo esto para que tengáis una idea de lo que es un conductor y un aislante, para la fabricación de las células solares el material más utilizado es el silicio que, en su forma cristalina pura, es un semiconductor, con muy pocas cargas libres dentro de él y con una resistividad muy elevada.

Pero utilizando un proceso llamado de difusión se puede introducir pequeñas cantidades de otros elementos químicos en su interior, es lo que se denomina dopado.

Este dopado permite cambiar sustancialmente las características del material, de manera que se reduce su resistividad y se crean 2 zonas, dentro del material, con diferentes tipos de carga.

Cuando la sustancia difundida en el material base (generalmente silicio) cede fácilmente electrones, se crea una zona dentro del semiconductor que tiende a ceder electrones. Este tipo de semiconductor se denomina de tipo n (negativo).
Cuando la sustancia difundida en el material base atrapa fácilmente electrones, se crea una zona dentro del semiconductor que tiende a captar electrones. A este tipo de semiconductor se le conoce como tipo p (positivo)



Entre ambas zonas se establece una zona de unión. Las cargas negativas (electrones) de la zona n se desplazan hacia la zona de baja densidad en la zona p. El desplazamiento de las cargas negativas y positivas deja a la zona de unión libre de cargas, estableciéndose un equilibrio de carga en el conjunto del material.

Ahora bien, los fotones de la luz transmiten energía a los electrones, y estos quedan libres de los átomos de la estructura silicio-material dopante, creándose cargas libres, positivas y negativas.

El proceso clave para la conversión (por célula solar) de la luz en electricidad consiste en que estas cargas libres se ven impulsadas en direcciones opuestas, por la fuerza del campo eléctrico incorporado.

Con esto una célula solar puede producir corriente continua. Para células de silicio, el voltaje es de aproximadamente 0,5 V.
La potencia de la célula dependerá del tipo, tamaño, procedimiento de fabricación y energía luminosa incidente sobre ella.

Existe una gran variedad de células solares y para no entrar en detalle de cada una solo me centrare en la más utilizada.

Sin embargo dejo una tabla donde se puede observar la clasificación  de los distintos tipos según los materiales empleados, la estructura del material, la aplicación, etc. Además de algunas observaciones.


La gran mayoría de las células solares actualmente disponibles son de silicio monocristalino o policristalino para producir energía eléctrica en ciertas cantidades y de silicio amorfo como principal campo de aplicación en la alimentación de relojes, calculadoras…

Sus rendimientos oscilan entre:

  • Silicio monocristalino 14-22%
  • Silicio policristalino 12-13%
  • Silicio amorfo 6-8%

Sin embargo, se han desarrollado una serie de tecnologías que pueden mejorar notablemente el rendimiento de estas células como:

  • Células en las que no exista rejilla en la parte expuesta a la luz solar, incrementando su vida útil
  •  Para aumentar la superficie de captación se usan células cuadradas, ya sean con vértices redondeados o a 90º
  • Células de materiales mucho más económicos para reducir su coste
  • O por el contrario, células de materiales más caros pero cuyo rendimiento alcanza el 56%, con lo que el coste final del KWh se reduce considerablemente
  • Y un recubrimiento en las células con una finísima capa de material anti reflectante, para aumentar la captación de las longitudes de onda útiles y de alta reflectancia para las no utilizables y así reducir el calentamiento de las células

También existen diferentes tipos de instalaciones como son las instalaciones fotovoltaicas en el espacio, las cuales son instalaciones para producción en el espacio de energía eléctrica, para consumo terrestre (fase experimental) o para poder usar dicha energía solar fotovoltaica suministrando así energía a ingenios espaciales.

Y las instalaciones fotovoltaicas terrestres (las más conocidas por todos), estas pueden estar aisladas o conectadas a la red eléctrica.

De forma resumida, las instalaciones aisladas de la red eléctrica pueden ser para:

  • Iluminación de viviendas e instalaciones aisladas
  • Bombeo de agua
  • Aplicaciones agrarias diversas
  • Instalaciones de comunicaciones, señalización y otros
  • Vehículos experimentales
  • Productos de consumo
  • Sistemas mixtos o híbridos
  • Protección catódica
  • Aplicaciones en países subdesarrollados
  • Sistemas con módulos flexibles

Por otro lado, las instalaciones conectadas a la red eléctrica son para:

  • Edificación bioclimática
  • Centrales eléctricas fotovoltaicas
  • Instalaciones de energía solar fotovoltaica en edificaciones, para suministro a la red eléctrica
  • Refuerzo en finales de línea
  • Sistemas de concentración


Las ventajas de la energía solar fotovoltaica, frente a otras fuentes de energía son:

  • La energía solar es inagotable a escala humana
  • La gran dispersión de las instalaciones que permite realizar un suministro energético fiable
  • Al no producirse ningún tipo de combustión, tampoco generan contaminantes atmosféricos, ni se producen efectos como la lluvia ácida, efecto invernadero por CO2, etc
  • El Silicio, elemento base para la fabricación de las células fotovoltaicas, es muy abundante, no siendo necesario explotar yacimientos de forma intensiva
  • Tampoco se produce alteración de los acuíferos o aguas superficiales ni por consumo, ni contaminación por residuos o vertidos
  • Su incidencia sobre las características físico-químicas del suelo o erosionabilidad es nula
  • Al ser una energía fundamentalmente de ámbito local, evita pistas, cables, postes, no se requieren grandes tendidos eléctricos, y su impacto visual es reducido
  • Tampoco tiene unos requerimientos de suelo necesario excesivamente grandes (1KWp puede ocupar entre 10 y 15m2)
  • Se produce la energía con ausencia total de ruidos
  • Además, no precisa ningún suministro exterior (combustible) ni presencia relevante de otros tipos de recursos

Frente a estas grandes ventajas tiene algunas desventajas:

  • Es aún muy cara, aunque su precio está bajando con mucha rapidez
  • Necesita de una tecnología sofisticada para fabricar sus componentes básicos de trabajo
  • El proceso de fabricación, sino se controla adecuadamente, puede tener graves impactos ambientales
  • Su rendimiento es aun pequeño y por tanto se necesitan hacer grandes esfuerzos en investigación para mejorarlo


Para terminar, he hablado en el post anterior de la energía solar térmica y ahora de la energía solar fotovoltaica, ambas energías procedentes de la energía del Sol pero al mismo tiempo totalmente distintas.

Si al leer el primer post y ahora este no se te ha quedado claro o, sencillamente has leído un post solo, quiero dejar claras las diferencias entre una tipo de energía y otra, y es que aunque las dos energías utilizan la radiación solar, la térmica aprovecha el calor del Sol mientras que la fotovoltaica convierte la luz en electricidad.

La térmica se emplea fundamentalmente para calentar un fluido, que a su vez sirve para la producción de agua caliente sanitaria, para calentar piscinas, para la climatización de edificios y para otras aplicaciones industriales. También puede emplearse para mover turbinas que generan electricidad.
La electricidad de origen fotovoltaico sirve para alimentar motores, otros aparatos eléctricos o para ser vertida a la red eléctrica.

Una diferencia importante entre ambas es que la térmica se almacena en depósitos de agua, mientras que la fotovoltaica en baterías, que son más caras y menos eficientes.


Todo lo que  explico son mis conocimientos adquiridos en el curso de Energías Renovables y en la Universidad de Jáen. 


7 comentarios :

  1. Muy interesante los datos que expones sobre la energía solar.
    Que disfrutes tu día.

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    1. Muchas gracias Alejandra, ya sabes que siempre es un placer teneros informados.

      Igualmente, que pases un buen fin de semana

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  2. La Energía Solar es la utilización de la radiación solar que alcanza la tierra como método para darle energía a cosas de la vida diaria. Esta radiación se transforma en energía por medio de paneles solares.

    En este sentido la energía solar es una tipo de energía limpia debido a que no desprende combustibles o cualquier otro tipo de contaminación al ambiente y por lo tanto ayuda a la preservación del mundo. Así como también es una fuente de energía inagotable por lo que se centra en la sostenibilidad de la misma para mantenerse en el tiempo. En http://www.enlight.mx observamos la importancia del uso de este tipo de energía solar para la conservación del ambiente.

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  3. Este comentario ha sido eliminado por un administrador del blog.

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  5. La energía solar es hoy por hoy la mejor opción, incluso para el alumbrado público. Esperemos sea cada vez mayor la cantidad de lugares en donde es una realidad que se cambian las bombillas tradicionales por paneles o baterías solares.

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    1. Toda la razón, muchos de nosotros estamos esperando que llegue ese día, que cada vez parece que está más cerca.

      Un saludo.

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