LOS PANELES SOLARES
Charles Fritts en 1893, fue quien invento la primera célula solar,
conformada de láminas de revestimiento de selenio con una fina capa de
oro, estas células se utilizaron para sensores de luz en la exposición
de cámaras fotográficas.
El uso
de la energía solar a sido utilizada desde hace muchos años con
diferentes objetivos como: en la agricultura, hornos solares o para
generar vapor para maquinaria, calefacción, entre muchos otros ejemplos.
Pero el científico francés Alexandre Edmon Becquerel, experimentando
con una pila electrolítica sumergida en una sustancia de las mismas
propiedades, observo que después al exponerla a la luz generaba más
electricidad, así fue que descubrió el "efecto fotovoltaico" en 1839 que consiste en la conversión de la luz del sol en energía eléctrica.
En 1885 el profesor W. Grylls Adams
experimento con el selenio (elemento semiconductor) como reaccionaba
con la luz y descubrió que se generaba un flujo de electricidad conocida
como "fotoeléctrica".
Charles Fritts en 1893, fue quien invento la primera célula solar,
conformada de láminas de revestimiento de selenio con una fina capa de
oro, estas células se utilizaron para sensores de luz en la exposición
de cámaras fotográficas.
Albert Einstein
investigo más a fondo sobre el efecto fotoeléctrico y descubrió que al
iluminar con luz violeta (que es de alta frecuencia) los fotones pueden
arrancar los electrones de un metal y producir corriente eléctrica. Esta
investigación le permitió ganar el Premio Nobel de Física en 1921
El inventor estadounidense Russel Ohl, creo patentó las primeras células solares de silicio en 1946, pero Gerald Pearson de Laboratorios Bells, por accidente, experimentando en la electrónica creo una célula fotovoltaica más eficiente con silicio, gracias a esto Daryl Chaplin y Calvin Fuller mejoraron estas células solares para un uso más practico. Empezaron
la primera producción de paneles solares en 1954, que se utilizaron en
su mayoría en satélites espaciales. En los 70's el primer uso general
para el publico, de los paneles solares fue con calculadoras que se
siguen utilizando actualmente.
Durante varios años, los investigadores buscaron la mejor manera de
aprovechar la luz del sol, sin embargo, aunque varios inventos
funcionaban resultaba demasiado caro invertir en energía solar.
Al imaginar inversiones tan grandes y comparándolas con el bajo costo
de los combustibles fósiles, la energía solar no prometía un gran
futuro.
Pero en 1883 Charles Fritz revolucionó la industria de la energía
solar con su reconocido invento, la celda solar, Fritz fue reconocido
como la primera persona que logró convertir la energía solar en
electricidad.
Con el invento de la celda solar se abrieron las puertas para la producción de los paneles solares.
En el año de 1904, el norteamericano Henry Willsie fue reconocido como la primera persona que almacenó la
energía generada durante el día para poder utilizarla durante la noche.
Albert Einsten continúo experimentando con la energía fotovoltaica y la energía solar por la que ganó el Premio Nobel en 1921.
En la década de 1950, los científicos de los Laboratorios Bell
accidentalmente descubrieron el potencial del silicio para el uso de la
tecnología solar.
Con los desarrollos de las celdas solares,
y el potencial del silicio, hoy en día la producción de los paneles
solares es más económica, y es más común ver paneles instalados en los
hogares.
Para las comunidades que no tienen acceso a la electricidad, hoy en
día es incluso más viable optar por la energía solar que pagar toda la
instalación necesaria para tener acceso a la red eléctrica.
Del descubrimiento del efecto fotovoltaico a la primera célula solar.
El efecto fotovoltaico fue descubierto
por el francés Alexandre Edmond Bequerel en 1838 cuando tenía sólo 19
años. Bequerel estaba experimentando con una pila electrolítica con
electrodos de platino cuando comprobó que la corriente subía en uno de
los electrodos cuando este se exponía al sol.
Alexandre Edmond Bequerel
El siguiente paso se dio en 1873 cuando
el ingeniero eléctrico inglés Willoughby Smith descubre el efecto
fotovoltaico en sólidos. En este caso sobre el Selenio.
Pocos años más tarde, en 1877, El inglés
William Grylls Adams profesor de Filosofía Natural en la King College
de Londres, junto con su alumno Richard Evans Day, crearon la primera
célula fotovoltaica de selenio.
Si bien en todos estos descubrimientos
la cantidad de electricidad que se obtenía era muy reducida y quedaba
descartada cualquier aplicación práctica, se demostraba la posibilidad
de transformar la luz solar en electricidad por medio de elementos
sólidos sin partes móviles.
La posibilidad de una aplicación
práctica del fenómeno no llegó hasta 1953 cuando Gerald Pearson de Bell
Laboratories, mientras experimentaba con las aplicaciones en la
electrónica del silicio, fabricó casi accidentalmente una célula
fotovoltaica basada en este material que resultaba mucho más eficiente
que cualquiera hecha de selenio. A partir de este descubrimiento, otros
dos científicos también de Bell, Daryl Chaplin y Calvin Fuller
perfeccionaron este invento y produjeron células solares de silicio
capaces de proporcionar suficiente energía eléctrica como para que
pudiesen obtener aplicaciones prácticas de ellas. De esta manera
empezaba la carrera de las placas fotovoltaicas como proveedoras de
energía.
De la búsqueda de aplicaciones a su empleo en los satélites espaciales
Pese a los avances técnicos alcanzados
en el aumento del rendimiento de las células, los costes eran
excesivamente altos y limitaban enormemente su aplicación práctica.
Mientras que en 1956 el coste del vatio
de electricidad producido por centrales convencionales rondaba los 50
céntimos de dólar, el producido por paneles fotovoltaicos llegaba los
300 dólares lo que descartaba el uso de esta tecnología como
suministrador de grandes cantidades de electricidad.
La demanda de paneles solares sólo venia
de la industria juguetera, que los empleaba para suministrar potencia a
pequeños artefactos como maquetas de aviones y coches, o de la
industria electrónica, para aplicarlos en pequeños aparatos eléctricos
sencillos como radios para la playa. Esta situación limitaba mucho el
desarrollo de esta tecnología ya que eran muy reducidos los ingresos que
se generaban haciéndose muy difícil destinar cantidades de dinero
importantes a su desarrollo.
Por fortuna se encontró una aplicación
ideal para el estado del desarrollo de los paneles solares fotovoltaicos
en aquel momento; la alimentación del equipo de los satélites
espaciales en la incipiente carrera espacial. El costo no fue un factor
limitante ya que los recursos dedicados en la carrera del espacio eran
enormes. Primaba la capacidad de proveer energía eléctrica de manera
fiable en áreas de muy difícil acceso. En eso la energía solar
fotovoltaica resultaba muy competitiva.
Pese a la desconfianza y a las
reticencias iniciales de algunos dirigentes de la NASA, la tecnología
fotovoltaica acabó por ganarle el pulso a las otras dos tecnologías que
se barajaron para alimentar los satélites; las baterías químicas y la
energía nuclear. Las baterías una vez agotadas inutilizaban todo el
equipo mientras que la energía nuclear ofrecía muchas complejidades y
apenas fue utilizado en unos pocos proyectos. Los paneles solares por el
contrario eran capaces de suministrar energía de manera fiable por
muchos años sin grandes complicaciones.
Así, en 1955, se le asigna a la
industria en EEUU el encargo producción de paneles fotovoltaicos para
aplicaciones espaciales. Esto significó sin duda un importantísimo
impulso que permitió un crucial desarrollo tecnológico del sector. Como
ejemplo cabe citar que la empresa Hoffman Electrónic ofreció, en 1955,
células de 14 mW con un rendimiento del 3% a un costo de 1500$/W. Dos
años después esta misma empresa desarrolla células solares ya con un
rendimiento del 8%.
El 17 de Marzo de 1958, finalmente, se
lanza el Vanguard I, el primer satélite alimentado con paneles solares
fotovoltaicos. El satélite llevaba 0,1W en una superficie aproximada de
100 cm2 para alimentar un transmisor de 5 mW. Si bien en este satélite
los paneles solares eran solo la fuente de energía de respaldo, acabaron
por convertirse en la fuente principal cuando las baterías consideradas
fuente de alimento principal se agotaron en tan sólo 20 días. El equipo
estuvo operativo con esa configuración por 5 años.
La fiabilidad que habían demostrado los
paneles solares fotovoltaicos propició su empleo sistemático en gran
número de misiones espaciales y supuso un enorme impulso para la
industria fotovoltaica. Sin lugar a dudas la carrera espacial tal como
la conocemos no hubiera sido posible sin la existencia de los paneles
solares fotovoltaicos. De igual manera se puede afirmar que el actual
desarrollo de los paneles solares fotovoltaicos y su importante
proyección de futuro hubieran sido muy difíciles sin el impulso que le
dio la carrera espacial.
No sólo Estados Unidos utilizó esta
tecnología, La Unión Soviética también empleó sistemáticamente los
paneles solares fotovoltaicos para alimentar sus satélites.
Del espacio a la tierra, aplicación de los paneles solares fotovoltaicos en actividades terrestres.
Pese al gran éxito de la tecnología
fotovoltaica en el espacio, el costo de los paneles solares seguía
siendo demasiado alto para hacerlo competitivo en aplicaciones
terrestres.
Esta situación cambió cuando a
principios de los años 70 el Dr. Elliot Berman con la ayuda financiera
de EXXON consiguió crear una célula solar mucho más barata que reducía
el coste por vatio de 100 $ a 20$. Para ello empleo un silicio con un
grado de pureza menor y unos materiales encapsulantes más baratos.
Esta importante rebaja de los costos
cambio totalmente la situación e hizo posible que el empleo de paneles
fotovoltaicos empezara a ser económicamente viable en instalaciones
aisladas de la red eléctrica. Empezó a resultar más barato instalar
células solares que trazar toda una línea de cableado o que realizar un
mantenimiento periódico que cambiase las baterías gastadas por otras
cargadas.
Las aplicaciones prácticas de la energía
solar fotovoltaica empezaron entonces a multiplicarse: electricidad
para la protección contra la corrosión de oleoductos y gaseoductos,
iluminación de boyas marinas y faros, repetidores de sistemas de
telecomunicaciones, sistemas de iluminación en líneas férreas. Para
todas estas finalidades, la instalación de paneles solares resultaba
mucho más rentable económicamente y más eficiente en su labor.
Faro solar
Tal fue el impulso que esta tecnología
recibió que en el año 1975 las aplicaciones terrestres habían ya
superado a las espaciales.
Poco a poco, en las siguientes décadas,
se fueron encontrando nuevas aplicaciones para la energía solar
fotovoltaica que siguieron desarrollando el uso de esta tecnología.
En los años 70 del S XX, surgió la idea
de potenciar las bombas de extracción de agua con paneles solares. De
esta manera se hacia viable la obtención de agua de acuíferos en zonas
rurales sin acceso a la electricidad. Esta aplicación se ha extendido
enormemente por todo el mundo desde entonces, incluso en zonas
electrificadas, y ha sido especialmente beneficioso en las zonas
empobrecidas del planeta.
En la década de los 80 surgieron con
fuerza las iniciativas para electrificar las sociedades de los países
empobrecidos. En estas sociedades la electrificación no podía basarse en
el modelo energético usado de los países enriquecidos de grandes
centrales y un sistema de distribución. Resultaba excesivamente costoso
instalar toda una red eléctrica en unas sociedades en las que gran parte
de la población estaba distribuida de manera muy dispersa en
asentamientos rurales. Por estas razones se optó por sistemas de
generación eléctrica en el mismo lugar de consumo y entre ellos por los
paneles solares fotovoltaicos.
Los paneles solares ofrecían grandes
ventajas frente a otras opciones empleadas como los generadores de
queroseno. Una vez comprado el panel ya no era necesario la adquisición
cada poco tiempo de combustible para hacerlo funcionar lo que suponía un
menor grado dependencia del exterior (las baterías seguía siendo
necesario importarlas). Por otro lado buena parte de las sociedades
empobrecidas del planeta se encuentran en zonas tropicales y
subtropicales con abundante y potente sol lo que facilita y favorece el
empleo de la energía solar. Además los paneles se adaptan muy bien a
unas demandas energéticas reducidas que se tiene en estas sociedades.
Numerosos han sido los proyectos que se han llevado a cabo (y que se
siguen llevando) en este sentido y muchas son las familias que disfrutan
de electricidad solar en varios países empobrecidos del mundo
También a partir de los años 80 aparecen
las primeras casas con electrificación fotovoltaica en los países
desarrollados. Este concepto propone establecer un sistema de provisión
de energía descentralizado en el que cada hogar se genera su propia
energía en vez de establecer una gran central y un sistema de
distribución de la misma.
La energía solar fotovoltaica en los últimos años
En la década de los 90 y en los primeros
años del S XXI las células fotovoltaicas han experimentado un continuo
descenso en su coste junto con una ligera mejora de su eficiencia. Estos
factores unidos al apoyo por parte de algunos gobiernos hacia esta
tecnología ha provocado un espectacular impulso de la electricidad solar
en los últimos años.
Entre
las medidas de apoyo al sector llevadas a cabo por algunos gobiernos,
destacan las leyes de primas que obligan a las compañías de luz a
comprar la electricidad fotovoltaica a una tarifa mucho más alta que la
de la venta, lo que ayuda a rentabilizar la instalación en un periodo de
tiempo pequeño. Esta medida se ha aplicado en España y Alemania, entre
otros países, con un enorme éxito propiciando un importante despegue de
este tipo de tecnología. Además las instalaciones de equipo fotovoltaico
han contado con muchas subvenciones en diversos países y
administraciones que financiaban una parte importante de los costos
facilitando su adquisición.
El concepto de huerta solar también ha
tenido un importante éxito. La huerta solar es la asociación de varios
inversores en paneles solares que forman una central generadora de
energía compartiendo un mismo terreno y los diversos gastos (vigilancia,
mantenimiento, conexión a la red, equipamiento etc.…). Normalmente se
llevan a cabo en países que subvencionan las tarifas de venta de este
tipo de energía. Este concepto ha animado a muchos inversores que han
visto en ella una fuente de ingreso fija y fiable invirtiéndose
importantes cantidades de dinero en la generación eléctrica solar.
Junto con las instalaciones de pequeño y
mediano tamaño se han construido o se están construyendo grandes
centrales fotovoltaicas. Destacan particularmente las instaladas en
España y Portugal. En Amaraleja en el baixo alentejo (Portugal) está en
proceso de construcción una central solar que contará con 64 MW de
potencia una vez finalizada y que será la mayor del mundo. Muy próxima a
su potencia encontramos la ya instalada en Olmedilla de 60 MW en
Castilla la Mancha (España) que hasta la finalización de la portuguesa
es la mayor del mundo. De 50 MW encontramos la central de Puertollano
también en Castilla la Mancha en España.
En los últimos años, con la aparición de
la tecnología de los paneles flexibles a precios asequibles, han
proliferado también los gadgets solares destinados a recargar las
baterías de numerosos artículos portátiles (teléfonos portátiles,
cámaras de fotos, reproductores portátiles de música etc.…). así como
kits solares para electrificar las caravanas o barcos.
Ha sido tanta la expansión que ha tenido
este sector que, en determinados momentos, incluso los fabricantes se
han visto imposibilitados de aumentar su producción acorde a la demanda
por escasear el silicio apto para los paneles solares.
La energía solar fotovoltaica es aún la
forma de energía renovable más cara de cuantas se encuentran en el
mercado pero dada la dinámica en la que se encuentra empieza a ser una
certeza de que en pocos años podrá competir con el resto de recursos
energéticos en general.
El futuro de la energía solar fotovoltaica.
Diversos factores permiten ser
optimistas acerca del futuro de la energía solar fotovoltaica. En primer
lugar se sitúan los avances tecnológicos que se suceden en torno a esta
tecnología y por otro el apoyo institucional brindado a las energías
renovables por dos de las grandes potencias comerciales y de consumo del
mundo; la UE y EEUU.
Los avances tecnológicos se basan en las
alternativas a las células de silicio que ya empiezan a ser viables. Se
tratan de películas finas y flexibles que tienen un coste de
fabricación económico y unos rendimientos entre el 5% y el 20% (aunque
los fabricantes estiman que hay bastante margen para mejorar estos
números).
Por un lado encontramos las tecnologías
CIS (Cobre indio selenio) y CIGS (Cobre-indio-Galio-diselenido). Dado su
carácter flexible y su muy reducido peso, se hará posible su aplicación
en aviones, automóviles y cualquier otra superficie irregular. También
su reducido costo permitirá su aplicación masiva en grandes superficies
como tejados de naves industriales o de casas.
Por otro lado están en desarrollo las
llamadas células orgánicas, con un rendimiento del 5% y las
“dye-sensitized solar cells” (células solares del tipo sensibilizado por
tinte) con un rendimiento próximo al 10%. Las primeras tienen grandes
aplicaciones en la industria plástica mientras que las segundas permiten
aplicarseles cualquier tipo de color e incluso hacerlas translúcidas,
pudiéndose emplear para diversos fines, como en los vidrios domésticos
funcionando bien con cualquier tipo de luz.
El apoyo institucional parece que puede
ser decisivo. La UE aprobó en 2008 la llamada normativa 20-20-20 que
además de obligar a la reducción del 20% de las emisiones de CO2 para el
2020, obliga a que al menos el 20% de la energía de la Unión Europea
provenga de fuentes renovables.
Por su parte EEUU, tras la subida al
poder de Barack Obama, ha anunciado su decisión de apostar fuerte por
las energías renovables en unos objetivos de implantación semejantes a
los de la Unión Europea para así reducir el impacto en el medio ambiente
y la dependencia de ese país al petróleo extranjero.
Es difícil y arriesgado tratar de
predecir el futuro exacto de la energía fotovoltaica. Existen muchos
intereses creados en torno a un sector tan estratégico como es el
energético, pero parece asegurado, como poco, un mínimo sustancial para
el desarrollo de las energías renovables en el cual la fotovoltaica, sin
duda, se llevará una parte del pastel.
Por otro lado quizá no sea necesario
implantar “artificialmente” la fotovoltaica. Se dice que la electricidad
solar no está ya generalizada debido a su alto coste de en torno 3-4
dólares por W, mientras que para rivalizar con las energías fósiles se
requeriría precios de en torno al 1 dólar/W. Algunos estiman que las
nuevas tecnologías permitirán precios de 0.5 dólares el kilovatio, con
lo que se podría esperar una implantación “natural” en cuestión de pocos
años. Sólo el tiempo lo dirá.
Cada generador se
entrega con las instrucciones necesarias para su instalación, solo basta
tener conocimientos elementales de electricidad para poder realizarla.
Los generadores se instalan sobre una estructura soporte la cual se
puede fijar a suelo , amurar a la pared, techo o torre de comunicación
en posición vertical. La estructura soporte la que permite dar al
generador la posición adecuada:
COMO INSTALAR LOS PANELES SOLARES
- Inclinación con respecto a la horizontal: depende del lugar geográfico.
- Orientación: el módulo debe mirar hacia el Norte.
- Lugar: Lo mas cerca posible de la batería y ésta del lugar de
consumo de la energía, no debiendo recibir sombras entre las 9 y las 17
horas.
Conexionado
Todos los módulos fotovoltaicos se proveen con sus polos (+) y (-)
identificados para su conexión. Los de menor potencia (de 3W a 20W) se
entregan con 2,5 metros de cable para conectarlo directamente a la
batería.
En lo de mayor potencia, la estructura soporte tiene adosada una
bornera a la cual se conectan los polos (+) y (-) del módulo, con los
correspondientes polos de igual signo que del banco de baterías o
regulador, a través de un cabledel tipo subterráneo o taller. Este
último debe estar alojado dentro de un caño protector.
La sección de cable varía de acuerdo a la distancia entre el panel y la batería.
- HASTA 8 METROS 4 mm2
- DE 8 A 12 METROS 6mm2
- DE 12 A 20 METROS 10mm2
Dentro de la casa (para 12v) la sección del cable debe ser de 4 mm
2 pudiendose hacer las bajadas a los artefactos de 2,5 mm
2.
Imagenes
Autor: Staff de Energía Moder