innovandoelfuturo

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.