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Energía Solar Fotovoltaica

La energía solar fotovoltaica es la fuente que produce electricidad a partir de la radiación solar mediante un dispositivo semiconductor incorporado en los paneles solares. Es importante mantenerse al día de las novedades, aspectos técnicos y actualidad de la energía solar fotovoltaica, pues es un sector en crecimiento constante. En AutoSolar ofrecemos los kits solares y todo el material para conseguir el autoconsumo a todos los niveles, tanto para uso doméstico o familiar como para uso industrial, visite nuestra tienda online.

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Información energía solar fotovoltaica

La energía solar fotovoltaica es posible gracias a la transformación que se produce de la radiación de luz solar en paneles solares en electricidad, en ese momento es cuando se produce un efecto fotovoltaico. Este tipo de energía es renovable, por lo que no contamina el medioambiente y puede producirse de forma inagotable. La producción que se genera en este tipo de sistemas puede instalarse tanto en pequeñas viviendas como en instalaciones grandes de plantas fotovoltaicas.

El efecto fotovoltaico nombrado anteriormente se produce cuando la radiación solar incide sobre los paneles solares, formados por células fotovoltaicas, y activan los electrones generando así la corriente eléctrica. Estas células pueden ser de silicio monocristalino, que se forman a partir de un único cristal de silicio puro, de silicio policristalino, que están compuestas por varias capas de cristales; y de silicio amorfo, donde el silicio conforma una red cristalina desordenada.

Beneficios de la energía solar fotovoltaica.

Como se ha comentado, la energía solar fotovoltaica permite generar energía de forma inagotable, así que la energía que se consume es renovable y no contamina al planeta. Es una forma de contribuir al desarrollo sostenible, pues además de generar electricidad para una vivienda aislada, los excedentes que se creen en una instalación pueden verterse a la red eléctrica y conseguir algunos beneficios.

Otro de los beneficios de este tipo de energía es que aunque requiera de una inversión inicial es prácticamente para toda la vida y su amortización se produce entre los 7 y 10 años posteriores a la instalación. Es un sistema muy beneficioso para zonas rurales o aisladas donde la red eléctrica puede llegar con dificultades o la gran incidencia del sol permite utilizar la energía solar como principal fuente energética.

Actualmente, la energía solar fotovoltaica, a nivel nacional, es una de las fuentes de electricidad principales y está previsto que en unos años se convierta en la energía más barata. Las instalaciones que se realizan en todo el mundo de grandes plantas fotovoltaicas y la incorporación en edificios de grandes ciudades está permitiendo que estas ciudades se vuelvan más sostenibles. Una muy buena forma de incentivar el desarrollo sostenible entre la población, que cada vez tiene más sencillo el acceso a este tipo de materiales.

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Energía Solar Fotovoltaica

Qué es la energía solar fotovoltaica

La energía solar fotovoltaica se obtiene mediante la transformación directa de radiación solar en energía eléctrica a través del efecto fotovoltaico, el cual se produce cuando incide radiación electromagnética (en este caso radiación solar) en una superficie, produciéndose una emisión de electrones.

Actualmente, se conocen diferentes tecnologías fotovoltaicas como pueden ser las fijas, de seguimiento solar a un eje o de seguimiento solar a dos ejes, aunque la mayor parte se basan en el silicio.

Las instalaciones solares fotovoltaicas pueden ser de dos clases: aisladas o conectadas a red. Las primeras están dirigidas principalmente a prácticas de bombeo, señalización, comunicaciones y electrificación rural. Las segundas, en cambio, están indicadas para la comercialización de energía eléctrica y para consumo propio.

La energía solar fotovoltaica tiene en la actualidad una gran cantidad de usos de interés, algunos de ellos más sencillos, como calculadoras y relojes solares, y otros de un elevado nivel de complejidad como grandes plantas de generación eléctrica o sistemas de alimentación para satélites artificiales.

La radiación solar se transforma en energía solar fotovoltaica a través de un instrumento semiconductor llamado célula fotovoltaica o por medio de una deposición de metales sobre una base denominada célula solar de película fina. Con dicha energía se obtiene electricidad de origen renovable. Las células fotovoltaicas más utilizadas son aquellas que tienen como material semiconductor el silicio en diferentes formas. Las más eficientes (18-20% de media) son las de silicio monocristalino y se producen con un solo cristal de silicio puro, a continuación, se encuentran las de silicio policristalino (16-17,5% de eficiencia media) que tienen un coste menor debido a que se producen en bloque con varios cristales y, por último, las de silicio amorfo (8,9% de eficiencia media), que al poseer una estructura cristalina desordenada es el que presenta peores rendimientos, lo que implica un coste más bajo.

Hoy en día, esta energía, además de ser utilizada sobre todo para la producción de electricidad de forma intensiva mediante redes de distribución, también se emplea para sustentar muy diversas aplicaciones y aparatos autónomos y para abastecer zonas apartadas de la red eléctrica como refugios de montaña o domicilios muy retirados. En los últimos años, se ha producido un aumento del interés por las energías renovables, por lo que la producción de células solares e instalaciones fotovoltaicas ha tenido un desarrollo importante.

La energía solar fotovoltaica cuenta actualmente con el tercer puesto en fuentes de energía renovable en cuanto a capacidad instalada a nivel mundial, por detrás de la energía hidroeléctrica y eólica. A finales del año 2018 la potencia instalada total a nivel global fue de 500 GW de potencia fotovoltaica y durante este mismo año completo se instalaron 100 GW. Esto es debido a diversas medidas que han apoyado la instauración de la energía fotovoltaica en países de todo el mundo: en primer lugar, se llevaron a cabo programas de ayudas económicas y, más tarde, sistemas de consumo propio fotovoltaico y balance neto sin subsidios.

La energía fotovoltaica se trata de una energía limpia, es decir, no emite contaminantes ni gases de efecto invernadero al medio durante su funcionamiento. El problema principal de su obtención es que ésta depende de la radiación solar, por lo que se puede perder entre un 10 y un 25% de energía incidente si la célula no se encuentra alineada de forma perpendicular al sol. Para ello, en las instalaciones de conexión a red, se ha extendido la utilización de seguidores solares para aumentar al máximo la productividad. Por otra parte, la producción se puede ver perjudicada por condiciones climáticas adversas, como nubosidad, falta de luz solar o partículas ambientales depositadas en los paneles.

Hoy en día, el precio de la energía solar fotovoltaica es bastante menor que en la anterioridad, ya que el coste ha ido disminuyendo progresivamente desde que se produjeron las primeras células solares destinadas a la venta, a la vez que se ha ido incrementando su eficiencia, consiguiendo que su coste medio de generación eléctrica sea ya competitivo con fuentes de energía no renovables en una cantidad cada vez mayor de zonas geográficas, alcanzando la paridad de red. Esto ha sido posible gracias a la economía de escala, el perfeccionamiento y los avances tecnológicos alcanzados de los últimos años. En 2015, se alcanzaron los costes más bajos hasta el momento en proyectos de Emiratos Árabes Unidos (0,0584 $/kWh), Perú (0,048 $/kWh) y México (0,048 $/kWh). En mayo de 2016, una subasta solar en Dubái alcanzó un precio de 0,03 $/kWh. En 2020, se alcanzó la cifra más baja hasta día de hoy de 0,016 $/kWh en Arabia Saudí.

Aplicaciones de la energía solar fotovoltaica

La producción industrial a gran escala de paneles fotovoltaicos despegó en la década de 1980, y entre sus múltiples usos se destacan:

- Telecomunicaciones y señalización: La energía solar fotovoltaica es ideal para aplicaciones de telecomunicaciones, entre las que se encuentran por ejemplo las centrales locales de telefonía, antenas de radio y televisión, estaciones repetidoras de microondas y otros tipos de enlaces de comunicación electrónicos. Esto es debido a que, en la mayoría de las aplicaciones de telecomunicaciones, se utilizan baterías de almacenamiento y la instalación eléctrica se realiza normalmente en corriente continua (DC). En terrenos accidentados y montañosos, las señales de radio y televisión pueden verse interferidas o reflejadas debido al terreno ondulado. En estos emplazamientos, se instalan transmisores de baja potencia (LPT) para recibir y retransmitir la señal entre la población local.

- Dispositivos aislados: La reducción en el consumo energético de los circuitos integrados, hizo posible a finales de la década de 1970 el uso de células solares como fuente de electricidad en calculadoras.

También otros dispositivos fijos que utilizan la energía fotovoltaica han visto aumentar su uso en las últimas décadas, en lugares donde el coste de conexión a la red eléctrica o el uso de pilas desechables es prohibitivamente caro. Estas aplicaciones incluyen por ejemplo las lámparas solares, bombas de agua, parquímetros teléfonos de emergencia, compactadores de basura, señales de tráfico temporales o permanentes, estaciones de carga o sistemas remotos de vigilancia.

- Electrificación rural: En entornos aislados, donde se requiere poca potencia eléctrica y el acceso a la red es difícil, las placas fotovoltaicas se emplean como alternativa económicamente viable desde hace décadas. Para comprender la importancia de esta posibilidad, conviene tener en cuenta que aproximadamente una cuarta parte de la población mundial todavía no tiene acceso a la energía eléctrica.

En los países en desarrollo, muchos pueblos se encuentran situados en áreas remotas, a varios kilómetros de la red eléctrica más próxima. Debido a ello, se está incorporando la energía fotovoltaica de forma creciente para proporcionar suministro eléctrico a viviendas o instalaciones médicas en áreas rurales. Por ejemplo, en lugares remotos de India un programa de iluminación rural ha provisto iluminación mediante lámparas LED alimentadas con energía solar para sustituir a las lámparas de queroseno. El precio de las lámparas solares era aproximadamente el mismo que el coste del suministro de queroseno durante unos pocos meses. Cuba y otros países de Latinoamérica están trabajando para proporcionar energía fotovoltaica en zonas alejadas del suministro de energía eléctrica convencional. Estas son áreas en las que los beneficios sociales y económicos para la población local ofrecen una excelente razón para instalar paneles fotovoltaicos, aunque normalmente este tipo de iniciativas se han visto relegadas a puntuales esfuerzos humanitarios.

- Sistemas de bombeo: Los sistemas de bombeofotovoltaico pueden utilizarse para proporcionar agua en sistemas de riego, agua potable en comunidades aisladas o abrevaderos para el ganado.

También se emplea la fotovoltaica para alimentar instalaciones de bombeo para sistemas de riego, agua potable en áreas rurales y abrevaderos para el ganado o para sistemas de desalinización de agua.

Los sistemas de bombeo fotovoltaico (al igual que los alimentados mediante energía eólica) son muy útiles allí donde no es posible acceder a la red general de electricidad o bien supone un precio prohibitivo. Su coste es generalmente más económico debido a sus menores costes de operación y mantenimiento, y presentan un menor impacto ambiental que los sistemas de bombeo alimentados mediante motores de combustión interna, que tienen además una menor fiabilidad.

Las bombas utilizadas pueden ser tanto de corriente alterna (AC) como corriente continua (DC). Normalmente se emplean motores de corriente continua para pequeñas y medianas aplicaciones de hasta 3 kW de potencia, mientras que para aplicaciones más grandes se utilizan motores de corriente alterna acoplados a un inversor que transforma para su uso la corriente continua procedente de los paneles fotovoltaicos. Esto permite dimensionar sistemas desde 0,15 kW hasta más de 55 kW de potencia, que pueden ser empleados para abastecer complejos sistemas de irrigación o almacenamiento de agua.

- Transporte y navegación marítima: Aunque la fotovoltaica todavía no se utiliza de forma generalizada para proporcionar tracción en el transporte, se está utilizando cada vez en mayor medida para proporcionar energía auxiliar en barcos y automóviles. Algunos vehículos están equipados con aire acondicionado alimentado mediante paneles fotovoltaicos para limitar la temperatura interior en los días calurosos, mientras que otros prototipos híbridos los utilizan para recargar sus baterías sin necesidad de conectarse a la red eléctrica. Se ha demostrado sobradamente la posibilidad práctica de diseñar y fabricar vehículos propulsados mediante energía solar, así como barcos y aviones, siendo considerado el transporte rodado el más viable para la fotovoltaica.

La energía solar también se utiliza de forma habitual en faros, boyas y balizas de navegación marítima, vehículos de recreo, sistemas de carga para los acumuladores eléctricos de los barcos, y sistemas de protección catódica. La recarga de vehículos eléctricos está cobrando cada vez mayor importancia.

- Instalaciones solares fotovoltaicas en una comunidad de vecinos: Tras los recientes cambios en la normativa del sector fotovoltaico, muchas instalaciones fotovoltaicas se encuentran a menudo situadas en los edificios: normalmente se sitúan sobre un tejado ya existente, o bien se integran en elementos de la propia estructura del edificio, como tragaluces, claraboyas o fachadas.

La fotovoltaica integrada en edificios (BIPV, en sus siglas en inglés) se está incorporando de forma cada vez más creciente como fuente de energía eléctrica principal o secundaria en los nuevos edificios domésticos e industriales e incluso en otros elementos arquitectónicos, como por ejemplo puentes. Las tejas con células fotovoltaicas integradas son también bastante comunes en este tipo de integración.

Cómo funciona la energía solar

Los paneles fotovoltaicos son los dispositivos donde se produce la energía fotovoltaica, es decir, donde se realiza la conversión directa de la radiación solar a electricidad. Estos paneles poseen un material semiconductor y al incidir la energía electromagnética (radiación solar) sobre ellos, los electrones se excitan dando lugar a una pequeña diferencia de potencial y es al conectar en serie varios de estos dispositivos cuando se generan diferencias de potencial más elevadas.

A pesar de que el efecto fotovoltaico se comprendía desde el siglo XIX, empezaron a llevarse a cabo grandes progresos en este ámbito a partir de los años 50, cuando debido a la carrera espacial, los paneles fotovoltaicos comenzaron a tener una importancia creciente en algunos países ya que, al principio, se utilizaron principalmente para abastecer de electricidad a satélites geoestacionarios de comunicaciones. Actualmente, son una parte fundamental de las instalaciones de producción de energía eléctrica renovable.

Una de las principales fortalezas de la tecnología fotovoltaica frente a otras energías renovables es el diseño modular que se utiliza para la instalación de paneles solares, gracias al cual se puede optimizar la construcción tanto de plantas fotovoltaicas en suelo de gran tamaño hasta paneles de menor tamaño para tejados, así como la reorganización de éstos.

La energía solar fotovoltaica es una energía limpia no convencional obtenida por la conversión de la luz procedente de los rayos solares en electricidad a través de la utilización de una tecnología fundamentada en el efecto fotoeléctrico. Esta energía se obtiene en instalaciones de diversos tamaños, se utilizan desde pequeños generadores para obtener energía suficiente para el consumo propio hasta plantas fotovoltaicas de gran tamaño. Los campos utilizados para la obtención de energía solar de forma masiva funcionan de la siguiente manera:

Los paneles solares son los encargados de convertir la radiación solar en electricidad. Estos paneles solares están fabricados con células fotovoltaicas, las cuales están formadas por un material, generalmente silicio, que posee electrones susceptibles de ser excitados por la radiación solar. Cuando un fotón colisiona con un átomo de silicio se produce la excitación de electrones generando una diferencia de potencial, lo que produce una corriente eléctrica.

Las instalaciones fotovoltaicas pueden tener diferentes ubicaciones y estructuras. Estas pueden ubicarse en suelos, tejados, paredes o incluso ser flotantes, además pueden ser de apoyo fijo o un sensor solar que permita su movimiento según la dirección del sol.

Tipos de plantas para producir energía solar fotovoltaica

La conversión directa de la radiación procedente de los rayos solares en electricidad produce una energía renovable no convencional llamada energía solar fotovoltaica. Los denominados paneles fotovoltaicos son los encargados de realizar dicha conversión al permitir que los fotones incidan en las celdas fotovoltaicas.

La energía solar fotovoltaica se usa generalmente para suministrar electricidad a una gran cantidad de instrumentos tanto individuales como autónomos, así como a compañías y redes que distribuyen esta misma electricidad. Existen las instalaciones fotovoltaicas conectadas a la red y no conectadas a la red. Las primeras se clasifican en:

Central fotovoltaica: Llega a la red eléctrica toda la energía que han producido los paneles solares.

Generador con autoconsumo: Llega a la red eléctrica una parte de la electricidad producida, la otra parte es consumida en la misma ubicación, por ejemplo, una casa. Cuando la energía producida no es suficiente para el consumo propio del productor, este utiliza electricidad adicional procedente de la red.

Las instalaciones mencionadas (con conexión a la red) poseen tres componentes esenciales:

paneles fotovoltaicos: Están compuestos por multitud de células fotovoltaicas fabricadas con un material semiconductor, generalmente silicio, e interconectadas entre sí. Son los dispositivos encargados de transformar de forma directa la radiación solar (fotones) obtenida de los rayos del sol en energía eléctrica (electrones).

Inversor: Para la utilización de la electricidad es necesario obtener corriente eléctrica alterna, por ello, los inversores son los encargados de transformar la corriente eléctrica continua obtenida directamente por los paneles en alterna.

Transformadores: Los inversores producen corriente alterna de baja tensión (380-800 V) que es necesario aumentar hasta una media tensión de hasta 36 kV, para ello se usan los transformadores.

Por otra parte, existen las plantas no conectadas a la red, que actúan de forma individual y suelen situarse en lugares alejados como refugios de montaña o explotaciones agrícolas retiradas. En este caso suelen servir para el autoconsumo de iluminación, comunicaciones o bombeo de agua para instalaciones de riego. Estas instalaciones deben tener además dos componentes extra:

Baterías: Se utilizan para acumular la energía obtenida por los Paneles solares y que no se utiliza instantáneamente para poder consumirla cuando se necesite.

Reguladores: Ejercen protección sobre la batería evitando sobrecargas y previniendo un uso ineficaz de esta.

Qué beneficios aporta la energía solar fotovoltaica

La energía eléctrica obtenida a partir de la energía solar gracias a los paneles fotovoltaicos procede de una fuente inagotable como es el sol y no libera al medio residuos contaminantes, por lo que se considera una energía limpia y respetable con el medioambiente, además de favorecer el crecimiento de empleos locales. Esta energía se puede utilizar vendiéndola de forma directa a la red de distribución eléctrica o se puede utilizar para el autoconsumo en zonas apartadas donde esta red no exista

Es un sistema especialmente apto para lugares alejados de la red eléctrica o donde la construcción de tendido eléctrico sea difícil o pueda tener un coste alto, como pueden ser zonas rurales o de montaña, o para lugares donde el clima proporcione una mayor parte del año cielos despejados.

En los últimos años, la tecnología fotovoltaica ha avanzado de forma notable, lo que ha permitido que el importe del montaje y mantenimiento de los paneles fotovoltaicos (que se conservan en condiciones adecuadas una media de 30 años) se haya reducido considerablemente. Al inicio es necesaria una inversión y algún desembolso de operación, pero esto se ve compensado posteriormente, ya que el combustible no tiene gastos adicionales y es para siempre.

Datos de la energía solar fotovoltaica

Según International Business Time basándose en una investigación realizada por la institución alemana Agora Energiewende, el progreso de la tecnología de la energía solar ha hecho que los costes de los paneles solares se vean drásticamente reducidos, por lo que en la próxima década esta será considerada la fuente de electricidad más económica en diversos lugares del mundo.

Los paneles fotovoltaicos utilizados para producir electricidad a partir de energía solar han reducido los costes de forma continuada desde los años 80, concretamente, un 10% por año, lo que permitiría a la energía fotovoltaica cubrir en 2027 el 20% de las exigencias energéticas mundiales.

The Solar Foundation declara que en EE. UU. el 2015 fue el tercer año seguido en incremento de empleo en el ámbito de la energía solar. En esta misma línea, la prestigiosa revista de negocios Fortune publicó un análisis que afirma que antes del inicio de 2017 la energía solar superará a la industria del petróleo en oferta de nuevos trabajos.

Según una investigación de PV Market Alliance (PVMA) la demanda global de energía fotovoltaica seguirá aumentando en los próximos años debido al importante crecimiento de algunos mercados como China, EEUU o India, concretamente, se incrementará en torno a un 20% en los próximos 2 años ascendiendo un mínimo de 60 GW en 2016 y por encima de 70 GW en 2017.

Gracias a la incorporación de 51.000 MW se alcanzó un nuevo récord de potencia fotovoltaica instalada de forma global en el año 2015, situándose Asia como en el primer lugar de continentes con mayor instalación fotovoltaica (debido a la postura de China y Japón), según PVMA.

Ventajas de la energía solar

- Energía libre de coste, produces energía completamente gratis.
- Ayudas para las instalaciones solares.
- Este tipo de energía es 100% renovable, dejando de emitir gases que producen el efecto invernadero.
- Puedes aprovecharte de esta energía en cualquier lugar del planeta. Llegando a los rincones más escondidos y en las zonas más aisladas.
- El mantenimiento es barato y simple. Su durabilidad es de más de 30 años y se limpia fácilmente.
- Energía duradera, la energía solar es inagotable.
- Podemos compensar en nuestra factura de la luz, vendiendo aquellos excedentes que generemos.
- Su ubicación normalmente es en las zonas altas de la vivienda, como los tejados.
- Los costes a gran escala son muy bajos.
- Fuera contaminación sonora.
- El material con el que se hacen las placas es el silicio, es el segundo material más abundante de la tierra.

Desventajas de la energía solar

- Requiere un desembolso inicial de dinero algo elevado. En torno los 10.000 euros.
- Punto de ubicación de los paneles, deben de localizar las mejores zonas para su colocación.
- Esta energía depende del sol, ya que habrán días que dispongas del 100% y otras del 60%. Es una energía que varía con los días.
- Los acumuladores que se usan para almacenar la energía todavía no están del todo desarrolladas.
- Debemos solicitar una instalación que ronda el mes hasta que se inicia.
- Necesitamos de espacio para beneficiarnos de las ventajas de la energía solar.
- El rendimiento de las placas solares no supera el 25%, aunque los últimos avances tecnológicos intentar que lleguen en torno al 34%.

La única barrera a sortear en cuanto a la instalación de paneles es el espacio del que se disponga. El presupuesto no debe alejarnos de esta opción de energía ya que hoy en día existe numerosos fuentes de financiación.

Energía solar en España

En los últimos años, España se ha convertido en un referente de la energía solar. sobre todo gracias al real Decreto sobre el autoconsumo aprobado en abril del 2019. Esta normativa, elimina la ley impuesto al sol, estableciendo poder compensar los excedentes de energía generada con la factura de la luz. Facilitando también, los trámites para su instalación en equipos que no superen los 100 kW de potencia. Durante el año 2008 se instalaron en España alrededor de 3000 MW de potencia, gracias a las ayudas destinadas para ello. Sin embargo, con el impuesto que establecieron al sol, se observa en la gráfica el parón que hubo en 2015 donde solo se llegaron a instalar 18 MW de potencia.

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