Resumen Tema 3: La Energía Solar Fotovoltaica PDF

3. La energía solar fotovoltaica ================================ 1. Sistemas tradicionales de producción de electricidad ------------------------------------------------------- La producción de electricidad mediante sistemas tradicionales enfrenta varios desafíos. Las centrales hidráulicas son af...

3. La energía solar fotovoltaica ================================ 1. Sistemas tradicionales de producción de electricidad ------------------------------------------------------- La producción de electricidad mediante sistemas tradicionales enfrenta varios desafíos. Las centrales hidráulicas son afectadas por sequías prolongadas, lo que compromete su capacidad de producción estable. Las centrales térmicas dependen de combustibles fósiles, que son limitados y generan emisiones contaminantes. Por otro lado, las centrales nucleares, aunque eficientes, producen residuos radiactivos problemáticos. ### 1.1. Utilización de energía solar para producción de electricidad En cuanto a la utilización de energía solar para la producción de electricidad, existen dos métodos principales. El \*\***método indirecto**\*\* utiliza paneles solares térmicos que calientan un fluido para generar vapor, el cual mueve turbinas conectadas a un alternador que produce electricidad. Este proceso se basa en un ciclo termodinámico convencional. El \*\***método directo**\*\*, en cambio, convierte la luz solar en electricidad a través de paneles fotovoltaicos, que contienen células diseñadas para transformar la radiación solar en energía eléctrica. Este método puede ser implementado en sistemas conectados a la red o en sistemas aislados \[T6\]. 2. Clasificación de las instalaciones solares fotovoltaicas ----------------------------------------------------------- Las instalaciones solares fotovoltaicas se clasifican según su aplicación en dos categorías: \*\*autónomas\*\* y \*\*conectadas a red\*\*. 1\. \*\***Aplicaciones** **autónomas**\*\*: En este caso, la electricidad se consume en el lugar donde se produce, sin conexión a la red eléctrica. Se dividen en: \- \*\***Aplicaciones espaciales**\*\*: Proporcionan energía eléctrica en el espacio, como en satélites y estaciones espaciales. \- \*\***Aplicaciones terrestres**\*\*: Incluyen usos como telecomunicaciones, electrificación de zonas rurales, señalización, alumbrado público, bombeo de agua, redes VSAT y telemetría. 2\. \*\***Aplicaciones** **conectadas a red**\*\*: Aquí, el productor no utiliza la energía directamente. En su lugar, la energía generada se vende a la red eléctrica, que es gestionada por un organismo encargado de la distribución. Esto incluye centrales fotovoltaicas y edificios fotovoltaicos. En algunos casos, el productor puede consumir parte de la energía generada, operando así en ambas modalidades simultáneamente. Es fundamental entender que la energía fotovoltaica convierte la radiación solar en electricidad mediante la generación de una corriente de electrones \[T6\]. 3. Elementos de una Instalación Solar Fotovoltaica (ISF) -------------------------------------------------------- Los elementos que componen una Instalación Solar Fotovoltaica (ISF) se clasifican de la siguiente manera: 1\. \*\*Panel solar\*\*: Es el componente principal que capta la radiación solar y la transforma en electricidad. 2\. \*\*Célula solar\*\*: Se encuentra dentro del panel y es responsable de convertir los fotones de la luz solar en energía eléctrica. 3\. \*\*Regulador\*\*: Actúa como un elemento de protección para las baterías y conecta los paneles con los sistemas de consumo. 4\. \*\*Acumuladores\*\*: Proporcionan energía eléctrica a la instalación en momentos en que no hay radiación solar disponible. 5\. \*\*Inversor\*\*: Convierte la corriente continua generada por los paneles en corriente alterna a 220 V y 50 Hz, que es la misma que utiliza la red eléctrica. Estos elementos trabajan en conjunto para captar la radiación solar y convertirla en electricidad utilizable en los hogares \[T6\]. 4. Célula solar: Características -------------------------------- La \*\*célula solar\*\* es un dispositivo que convierte la radiación solar en energía eléctrica, generalmente fabricada con silicio mono o policristalino. Su funcionamiento es similar al de los diodos, donde la parte expuesta a la luz actúa como semiconductor tipo N y la parte oscura como tipo P. Los parámetros clave de la célula solar incluyen: \- \*\***Corriente de Iluminación**\*\*: Generada por la radiación solar. \- \*\***Corriente de Oscuridad**\*\*: Resulta de la mezcla de pares electrón-hueco en el semiconductor. \- \*\***Tensión de Circuito Abierto**\*\*: La tensión máxima en los terminales de la célula sin carga conectada. \- \*\***Corriente** **de Cortocircuito**\*\*: La máxima corriente producida al conectar los terminales de la célula. La producción de corriente depende del nivel de iluminación; a mayor luz, mayor intensidad eléctrica. Al conectar la célula a una carga, la tensión y la intensidad cambian, y se establece una relación para maximizar la potencia P~m~ = V~m~ x I~m~ , lo que permite definir el \*\*Factor de Forma (FF)\*\*, un parámetro que evalúa la eficiencia de la célula solar \[T6\]. 5. El panel solar ----------------- El \*\*panel solar\*\* está formado por la unión de células solares conectadas eléctricamente y montadas en un soporte. Estos paneles pueden proporcionar tensiones de salida de 6 V, 12 V, 24 V, etc., lo que determina la tensión de operación del sistema fotovoltaico. Los tipos de paneles se clasifican según la técnica de producción de las células, siendo los más comunes el silicio cristalino y el silicio amorfo. La potencia de un panel solar depende de la potencia de las células que lo componen; una célula estándar de 10x10 cm genera aproximadamente 1 o 2 W. Para aumentar la tensión, se conectan las células en \*\*serie\*\*, mientras que la conexión en \*\*paralelo\*\* incrementa la intensidad total. La configuración y el número de paneles se eligen según el diseño de la instalación y las necesidades de carga, permitiendo así adaptar el sistema a los requerimientos energéticos específicos \[T6\]. 6. El regulador, baterías e inversor ------------------------------------ El \*\*regulador de carga\*\*, las \*\*baterías\*\* y el \*\*inversor\*\* son componentes esenciales en una instalación solar fotovoltaica. El regulador evita la sobrecarga de las baterías, prolongando su vida útil, ya que los módulos solares pueden generar tensiones superiores a las que soportan las baterías. Dado que la energía solar es variable, es crucial contar con sistemas de almacenamiento (baterías) para asegurar el funcionamiento del sistema en ausencia de suficiente radiación solar. Las baterías cumplen tres funciones principales: acumular energía, suministrar potencia instantánea y establecer la tensión de trabajo del sistema. El inversor, que se coloca entre el regulador y la carga, convierte la corriente continua generada por los paneles en corriente alterna, normalmente a 220V y 50Hz para uso doméstico. Algunos inversores también pueden funcionar como reguladores de carga, lo que permite simplificar la instalación \[T4\].