• Author / Uploaded
• Angel Magh Hernandez

• Categories
• Energía solar
• Célula solar
• Fotovoltaica
• Dom
• Panel solar

Citation preview

Capítulo

1:

LA

ENERGIA

DEL

SOL

La energía solar es una fuente de energía renovable que se obtiene del sol y con la que se pueden generar calor y electricidad. Existen varias maneras de recoger y aprovechar los rayos del sol para generar energía que dan lugar a los distintos tipos de energía solar: la fotovoltaica (que transforma los rayos en electricidad mediante el uso de paneles solares), la foto térmica (que aprovecha el calor a través de los colectores solares) y termoeléctrica (transforma el calor en energía eléctrica de forma indirecta) 1.1:-El sol El sol es la estrella que, por el efecto gravitacional de su masa, domina el sistema planetario que incluye a la Tierra. Mediante la radiación de su energía electromagnética, aporta directa o indirectamente toda la energía que mantiene la vida en la Tierra, porque todo el alimento y el combustible proceden en última instancia de las plantas que

utilizan

la

energía

de

la

luz

del

Sol.

A causa de su proximidad a la Tierra y como es una estrella típica, el Sol es un recurso extraordinario

para

el

estudio

de

los

fenómenos

estelares.

El sol convierte alrededor de 675 millones de toneladas de hidrogeno y 670 millones de toneladas de helio cada segundo por medio de estas reacciones nucleares. La energía que producen las reacciones nucleares del centro del sol es emitida hacia el espacio por la superficie varios millones de años después. Esta energía puede salir gracias a la acción de los mecanismos; la radiación y la convención. (1)

1.- periodismodigitalytal.wordpress.com/page/2/ 2.- www.abiertohastaelamanecer.ws/?x=y:09%3Bm:04... 3.- www.dforceblog.com/.../02/que-es-energia-solar/ 4.- alinacristal3a.blogspot.com/2008/10/opiniones... 5.- www.temasl.net/energia-solar-termica.html www.biocarburante.com/2008/01/ 6.-www.com tecnología para todos.com Página 3

La cantidad total de energía emitida por el Sol en forma de radiación es bastante constante, y no varía más que unas pocas décimas de un 1% en varios días. Esta energía se genera en las profundidades del Sol. Al igual que la mayoría de las estrellas, el Sol se compone sobre todo de hidrógeno (71%); también contiene helio (27%) y otros elementos más pesados (2%). Cerca del centro del Sol, la temperatura es de casi 16.000.000 K y la densidad es 150 veces la del agua. Bajo estas condiciones, los núcleos de los átomos de hidrógeno individuales actúan entre sí, experimentando la fusión nuclear. El resultado neto de estos procesos es que cuatro núcleos de hidrógeno se combinan para formar un núcleo de helio, y la energía surge en forma de radiaciones gamma. Una enorme cantidad de núcleos reacciona cada segundo, generando una energía equivalente a la que se produciría por la explosión de 100.000 millones de bombas de hidrógeno de un megatón por segundo. La „combustión‟ nuclear del hidrógeno en el centro del Sol se extiende a un 25% del radio solar. (2)

1.2)

Energía

solar

El sol emite al espacio 400 cuartillos de watts de energía, pero de esta inmensa porción solo llega una mínima porción, lo cual sigue siendo una cantidad enorme, la tierra recibe del sol poco más de 1000 watts en cada centímetro cuadrado, esto equivale a dos calorías por minuto en cada centímetro cuadrado.

1.- periodismodigitalytal.wordpress.com/page/2/ 2.- www.abiertohastaelamanecer.ws/?x=y:09%3Bm:04... 3.- www.dforceblog.com/.../02/que-es-energia-solar/ 4.- alinacristal3a.blogspot.com/2008/10/opiniones... 5.- www.temasl.net/energia-solar-termica.html www.biocarburante.com/2008/01/ 6.-www.com tecnología para todos.com Página 4

La energía solar se origina por la fusión de los núcleos atómicos, donde se funden elementos ligeros como el hidrogeno y en el proceso se liberan grandes cantidades de energía en forma de calor, que se calculan usando la famosa formula de Einstein que proporciona equivalencia entre masa y energía: E= mc2 (en donde E es la energía, M la masa y C la velocidad de la luz) ; parte de la mas de los núcleos atómicos se transforma en energía calorífica, que es precisamente la que el sol nos proporciona en forma de radiación. La energía que producen la reacciones nucleares del centro del sol es emitida hacia el espacio por la superficie, ¡varios millones de años después! Esta energía puede salir gracias

a

la

acción

1.2.1)

de

los

mecanismos;

la

Tipos

radiación

y

la

convención.

de

energía:

Energía solar pasiva: Aprovecha el calor del sol sin necesidad de mecanismos o sistemas

mecánicos.

Energía solar térmica: Para producir agua caliente de baja temperatura para uso sanitario Energía

y solar

semiconductores

fotovoltaica: que

Para se

producir alteran

calefacción. electricidad con

la

mediante

placas

radiación

de

solar.

Energía solar termoeléctrica: Para producir electricidad con un ciclo termodinámico convencional a partir de un fluido calentado a alta temperatura (aceite térmico) Energía solar híbrida: Combina la energía solar con otra energía. Según la energía con la

que

se

combine

es

una

hibridación.

1.- periodismodigitalytal.wordpress.com/page/2/ 2.- www.abiertohastaelamanecer.ws/?x=y:09%3Bm:04... 3.- www.dforceblog.com/.../02/que-es-energia-solar/ 4.- alinacristal3a.blogspot.com/2008/10/opiniones... 5.- www.temasl.net/energia-solar-termica.html www.biocarburante.com/2008/01/ 6.-www.com tecnología para todos.com Página 5

1.2.2)

Breve

reseña

de

la

energía

solar

El mundo necesita una fuente de energía que sea pura, inagotable, segura, fácilmente accesible para todos aquellos que poseen el medio de emplearla. Tenemos ya tal fuente de energía: el sol. Los combustibles fósiles de los que dependemos derivan, en última instancia, de la energía radiante solar, que las plantas utilizan. Resultaría más eficaz aprovecharla de forma directa, en lugar de tener que depender de los vegetales para

convertirle

en

elementos

utilizables,

como

carbón,

petróleo

y

gas.

La idea de usar directamente la energía solar no es nueva: se dice que el antiguo filósofo griego Arquímedes la empleo para incendiar una flota invasora, intensificando el calor mediante espejos. En Francia, durante el siglo XIX, se realizaron varios experimentos con motores accionados con energía solar. Entre estos se contaba una máquina de vapor de un caballo de fuerza, inventada por Agustín Mouchot en 1866, y una prensa impresora, expuesta en parís en 1882. Hasta hace poco, los motores de energía solar se consideraban una curiosidad científica. Eran, y todavía son, en su mayoría poco económicos; sin embargo, en la década de 1970, cuando se rebeló la situación declinante de los combustibles fósiles, la fuerza motriz proveniente del sol recibió

creciente

1.3)

atención

como

Energía

posible

sustituta

en

de

la

aquellos. (2) tierra

El sol emite al espacio 400 cuartillos de watts de energía, pero de esta inmensa porción solo llega una mínima porción a la tierra, lo cual sigue siendo una cantidad enorme, la tierra recibe del sol poco más de 1000 watts en cada centímetro cuadrado, esto equivale

a

dos

calorías

por

minuto

en

cada

centímetro

cuadrado.

1.- periodismodigitalytal.wordpress.com/page/2/ 2.- www.abiertohastaelamanecer.ws/?x=y:09%3Bm:04... 3.- www.dforceblog.com/.../02/que-es-energia-solar/ 4.- alinacristal3a.blogspot.com/2008/10/opiniones... 5.- www.temasl.net/energia-solar-termica.html www.biocarburante.com/2008/01/ 6.-www.com tecnología para todos.com Página 6

La intensidad de la radiación solar que llega a la superficie de la Tierra, se reduce por varios factores variables, entre ellos, la absorción de la radiación, en intervalos de longitud de onda específicos por los gases de la atmósfera (dióxido de carbono, ozono…), por el vapor de agua, por las partículas d polvo, gotitas de agua y por la reflexión

de

las

nubes.

El total de la energía solar que llega a la Tierra, es enorme. En un día de sol de verano, la energía que llega al tejado de una casa de tipo medio, sería más que suficiente para satisfacer

las

necesidades

de

energía

de

esa

casa

por

todo

un

día.

En nuestro planeta, el mayor productor de energía que existe es el Sol. La cantidad de energía solar que llega en forma de radiación a nuestro planeta, es equivalente a aproximadamente 35 millones de veces la energía que producen todas las centrales eléctricas

de

un

país

como

Chile.

La radiación solar, nos provee de energía luminosa y calorífica. También puede transformarse en energía eléctrica. Además, la radiación es fundamental para que las plantas (a través de la fotosíntesis), obtengan energía y vivan. Las plantas son la base de la cadena alimenticia de la Tierra, proveyendo de energía a todo el reino animal. El petróleo, el gas y el carbón mineral, son producto de la descomposición de restos de vegetales y animales que vivieron hace millones de años. Además, la energía solar genera la evaporación del agua de los mares, la cual precipita en lagos y ríos, que serán aprovechados en la generación de hidroelectricidad. Al calentar más unas zonas que otras, el Sol produce deferencias en el “peso” de las masas de aire, generando los sistemas de viento del planeta: la energía eólica.(3)

1.- periodismodigitalytal.wordpress.com/page/2/ 2.- www.abiertohastaelamanecer.ws/?x=y:09%3Bm:04... 3.- www.dforceblog.com/.../02/que-es-energia-solar/ 4.- alinacristal3a.blogspot.com/2008/10/opiniones... 5.- www.temasl.net/energia-solar-termica.html www.biocarburante.com/2008/01/ 6.-www.com tecnología para todos.com Página 7

1.4)Aprovechamiento La energía del sol puede convertirse en eléctrica de varios modos, éntrelos que figuran células

fotovoltaicas,

o

baterías

solares,

molinos

de

viento

y

colectores.

La Energía Solar se puede aprovechar de dos formas: activa y pasiva. La energía se aprovecha de forma pasiva cuando no se emplea ningún mecanismo, herramienta o equipos especiales para calentar o producir electricidad. En este sentido, se relaciona con el diseño de construcciones que “recogen” la Energía Solar para calentar, proporcionar luz y ventilar de forma natural, cosa que sí hace la activa. Por su parte, la activa sí que emplea elementos y sistemas de conversión o transferencia de energía. Dentro de ella se incluiría la Energía Solar Térmica (sistemas que aprovechan el sol para satisfacer una determinada demanda de calor) y la Solar Fotovoltaica

(aquella

que

convierte

la

luz

del

Sol

en

electricidad).

El calor se logra mediante los colectores térmicos, y la electricidad, a través de los llamados 2)

módulos

fotovoltaicos. (4)

CELDAS

SOLARES

Las celdas fotovoltaicas se construyen de tal forma que la luz solar que reciben se convierta en energía eléctrica.

1.- periodismodigitalytal.wordpress.com/page/2/ 2.- www.abiertohastaelamanecer.ws/?x=y:09%3Bm:04... 3.- www.dforceblog.com/.../02/que-es-energia-solar/ 4.- alinacristal3a.blogspot.com/2008/10/opiniones... 5.- www.temasl.net/energia-solar-termica.html www.biocarburante.com/2008/01/ 6.-www.com tecnología para todos.com Página 8

2.1)Historia El efecto foto-voltaico utilizado en las celdas solares fue reconocido por primera vez por Alexandre Becquerel. Sin embargo, no fue sino hasta 1883 cuando se construyó la primera celda solar, por Charles Fritts. Este último produjo una celda solar solo 1% eficiente (es decir, solo podía aprovechar el 1% de la energía en la luz, el otro 99% era desperdiciado). Fue hasta 1954 cuando los Laboratorios Bell, descubrieron qué ciertos semiconductores, cuando eran contaminados a propósito, se volvían extremadamente sensibles

a

la

luz.

Este último descubrimiento llevó a la creación de celdas solares que eran eficientes a un 6%, lo cual ya las hacía viables para ciertas aplicaciones. Este avance hizo posible que se lanzara al espacio en 1958 el primer satélite con celdas solares, el Sputnik 3. En la actualidad, y debido a constantes avances en el área, se ha logrado obtener hasta un

42%

de

eficiencia

en

conversión

de

energía.

Las celdas fotovoltaicas son el motor de cualquier sistema solar, es que sin ellas no podríamos contar actualmente con paneles solares o cualquier otro dispositivo que funcione a base de esta energía. Actualmente, los dos materiales más usados en sistema de estado sólido para la generación de energía en gran escala son el silicio y el sulfuro

de

cadmio.

Una celda fotovoltaica tiene como función primordial convertir la energía captada por el sol en electricidad a un nivel atómico; muchas de ellas cuentan con una propiedad conocida como efecto fotoeléctrico lo cual hace que los fotones de luz sean absorbidos para luego irradiar electrones; cuando dichos electrones libres son capturados el resultado que obtenemos es una corriente eléctrica que luego, mediante su conversión, es empleada como electricidad. 1.- periodismodigitalytal.wordpress.com/page/2/ 2.- www.abiertohastaelamanecer.ws/?x=y:09%3Bm:04... 3.- www.dforceblog.com/.../02/que-es-energia-solar/ 4.- alinacristal3a.blogspot.com/2008/10/opiniones... 5.- www.temasl.net/energia-solar-termica.html www.biocarburante.com/2008/01/ 6.-www.com tecnología para todos.com Página 9

Las celdas fotovoltaicas tuvieron su nacimiento gracias a un físico francés llamado Edmundo Becquerel, fue éste quien notó que ciertos materiales producían pequeñas cantidades de corriente eléctrica cuando los mismos eran expuestos hacia la luz, es así como

el

principio

del

aprovechamiento

de

la

energía

solar

surgiría.

.

Albert Einstein describió lo que era el efecto fotoeléctrico, en el cual se basa hoy la tecnología fotovoltaica, por dicho trabajó consiguió el premio Nobel de física. Con toda esta información, conocimientos y avances, los Laboratorios Bell crearon el primer módulo fotovoltaico en 1954 apareciendo allí las primeras celdas fotovoltaicas. Como su fabricación era bastante costosa y en aquella época el precio resultaba algo injustificado, la producción de celdas fotovoltaicas decayó hasta 1960. Fue en este año en donde la industria espacial comenzó a hacer uso de esta tecnología para conseguir energía eléctrica y distribuirlas luego a bordo de sus naves; fue a través de los programas espaciales que los científicos y técnicos pusieron énfasis en la energía solar y sus beneficios; cuando su uso alcanzó un alto grado de confiabilidad, se pudo

lograr

una

reducción

en

los

costos.

Las celdas solares fueron comercializadas inicialmente en 1955. Las investigaciones iníciales en este campo se enfocaron al desarrollo de productos para aplicaciones espaciales, siendo su primera utilización exitosa en los satélites artificiales; sus principales características (simplicidad, bajo peso, eficiencia, confiabilidad y ausencia de partes móviles) las hicieron ideales para el suministro de energía en el espacio exterior. A la fecha las celdas que han alcanzado mayor grado de desarrollo son las de silicio cristalino, tecnología que predomina en el mercado mundial debido a su madurez, confiabilidad en su aplicación y sobre todo, a su vida útil que va de los 20 a los 30 años. 1.- periodismodigitalytal.wordpress.com/page/2/ 2.- www.abiertohastaelamanecer.ws/?x=y:09%3Bm:04... 3.- www.dforceblog.com/.../02/que-es-energia-solar/ 4.- alinacristal3a.blogspot.com/2008/10/opiniones... 5.- www.temasl.net/energia-solar-termica.html www.biocarburante.com/2008/01/ 6.-www.com tecnología para todos.com Página 10

Por otra parte las celdas de película delgada, entre ellas el silicio amorfo, han alcanzado cierto grado de popularidad debido a su bajo costo, sin embargo su baja durabilidad, debido a la degradación, las sitúa por debajo de las celdas cristalinas.

Desde principios de la década de los años 80, cuando comenzaron a establecerse compañías fotovoltaicas en los Estados Unidos, el National Renewable Energy Laboratory (NREL) estableció los métodos y estándares de prueba y funcionamiento para los módulos fotovoltaicos. Estas actividades ayudaron a las compañías a reducir sus

costos

2.2)

y

mejorar

Las

funcionamiento,

eficiencia

y

confiabilidad. (5)

celdas

solares

La expresión “celda solar” se refiere a una plaquita de silicio mono cristalizado de alta pureza de 12-20 mili pulgadas de grosor, 2 por 1, 2, 4 o 6 de tamaño, e impurificada para producir una unión p/n de 0.25 a 1.00 bajo la superficie Iluminada. Una celda solar o celda fotovoltaica es un instrumento que genera electricidad directamente de la luz visible, debido al efecto fotovoltaico. La celda solar de silicio se ha utilizado en astronaves para convertir la luz solar en eléctrica desde 1958. Este método consiste en utilizar reflectores que son, esencialmente, espejos que concentran y dirigen los rayos del sol a un punto determinado; este es una torre receptora central capaza de convertir en electricidad el calor producido por los rayos solares.

1.- periodismodigitalytal.wordpress.com/page/2/ 2.- www.abiertohastaelamanecer.ws/?x=y:09%3Bm:04... 3.- www.dforceblog.com/.../02/que-es-energia-solar/ 4.- alinacristal3a.blogspot.com/2008/10/opiniones... 5.- www.temasl.net/energia-solar-termica.html www.biocarburante.com/2008/01/ 6.-www.com tecnología para todos.com Página 11

2.2.1)

Componentes

básicos

de

una

celda

solar

Toda celda solar moderna consta usualmente de los siguientes componentes: Placa de vidrio, que permite ingresar la luz, pero protege a los semiconductores en la celda

de

los

elementos.

Plancha de semiconductores tipo n y tipo p. El tipo n tiene una concentración de electrones mucho más alta que la del tipo p, y ambos están contaminados a propósito con

átomos

de

otros

elementos

como

el

boro

y

el

galio.

Trayectoria por donde pueden circular los electrones para ir del semiconductor tipo n al tipo p. Esto es usualmente dos capas que rodean a la plancha de semiconductores, que actúan como un conductor de electrones entre las dos capas de semiconductores. Finalmente, usualmente se le agrega una capa anti-reflectiva entre la placa de vidrio y el semiconductor, para minimizar la pérdida. Los Sistemas fotovoltaicos convierten directamente

parte

de

la

energía

de

la

luz

solar

en

electricidad.

Este concepto de conversión de energía solar a electricidad se basa en el efecto fotovoltaico en dispositivos de estado sólido (baterías solares) instaladas en enormes sistemas

sobre

la

superficie

terrestre.

Las celdas fotovoltaicas se fabrican principalmente con silicio, el segundo elemento más abundante en la corteza terrestre, el mismo material semiconductor usado en las computadoras. Cuando el silicio se contamina o dopa con otros materiales de ciertas características, obtiene propiedades eléctricas únicas en presencia de luz solar. Los electrones son excitados por la luz y se mueven a través del silicio; este es conocido como el efecto fotovoltaico y produce una corriente eléctrica directa.

1.- periodismodigitalytal.wordpress.com/page/2/ 2.- www.abiertohastaelamanecer.ws/?x=y:09%3Bm:04... 3.- www.dforceblog.com/.../02/que-es-energia-solar/ 4.- alinacristal3a.blogspot.com/2008/10/opiniones... 5.- www.temasl.net/energia-solar-termica.html www.biocarburante.com/2008/01/ 6.-www.com tecnología para todos.com Página 12

Las celdas fotovoltaicas no tienen partes móviles, son virtualmente libres de mantenimiento

y

tienen

una

vida

útil

de

entre

20

y

30

años.

La conversión directa de la parte visible del espectro solar es, quizá, la vía más ordenada y estética de todas las que existen para el aprovechamiento de la energía solar. Desafortunadamente esta tecnología no se ha desarrollado por completo en México. Si bien los módulos fotovoltaicos son relativamente simples, su fabricación requiere de tecnología sofisticada que solamente está disponible en algunos países como Estados Unidos, Alemania, Japón y España entre otros Las células o celdas solares son dispositivos que convierten energía solar en electricidad, ya sea directamente vía el efecto fotovoltaico, o indirectamente mediante la previa

conversión

de

energía

solar

a

calor

o

a

energía

química.

La forma más común de las celdas solares se basa en el efecto fotovoltaico, en el cual la luz que incide sobre un dispositivo semiconductor de dos capas produce una diferencia del foto voltaje o del potencial entre las capas. Este voltaje es capaz de conducir una corriente a través de un circuito externo de modo de producir trabajo útil. Para poder generar energía útil, se deben interconectar un cierto número de celdas para formar un panel solar, también conocido como un módulo fotovoltaico. Generalmente, la cantidad de poder que se genera con un panel solar es de 12 voltios, los cuales se pueden utilizar de manera independiente o como conjunto en una red. El número de celdas solares o el tamaño del panel solar lo determina la cantidad de luz disponible,

y

la

energía

requerida.

1.- periodismodigitalytal.wordpress.com/page/2/ 2.- www.abiertohastaelamanecer.ws/?x=y:09%3Bm:04... 3.- www.dforceblog.com/.../02/que-es-energia-solar/ 4.- alinacristal3a.blogspot.com/2008/10/opiniones... 5.- www.temasl.net/energia-solar-termica.html www.biocarburante.com/2008/01/ 6.-www.com tecnología para todos.com Página 13

La cantidad de energía generada por una celda solar es determinada por la cantidad de luz que cae directamente sobre ella, lo cual a su vez está determinado por el clima y la hora del día. En la mayoría de los casos resulta necesario almacenar la energía generada,

para

así

hacer

mejor

uso

de

las

celdas

solares.

Es posible conectar una red o arreglo de paneles de energía solar, conformados por celdas solares o celdas fotovoltaicas, a la red eléctrica para asistir a los paneles solares cuando la energía requerida es mayor a la energía generada. Estos costos pueden recuperarse al vender los excedentes de energía producidos a la compañía eléctrica. Las celdas solares generalmente esta hechas a base de silicón, el mismo material que se utiliza para transistores y circuitos integrados. El silicón es tratado para que cuando le llegue la luz, se liberen los electrones, generando una corriente eléctrica. 2.2.2)

Celdas

solares

amorfas

La tecnología amorfa es comúnmente utilizada en los paneles solares pequeños, como en las calculadoras y lámparas de jardín, aunque cada vez son más usadas para paneles

de

mayor

tamaño.

Están conformadas de una película de Silicón depositada sobre otra lámina de materiales como el acero. El panel se forma de una sola pieza y las celdas individuales no

son

tan

visibles

como

en

otro

tipo

de

paneles.

La eficiencia de los paneles solares de celdas amorfas no es tan alta como la de aquellos

paneles

conformados

por

celdas

solares

individuales.

1.- periodismodigitalytal.wordpress.com/page/2/ 2.- www.abiertohastaelamanecer.ws/?x=y:09%3Bm:04... 3.- www.dforceblog.com/.../02/que-es-energia-solar/ 4.- alinacristal3a.blogspot.com/2008/10/opiniones... 5.- www.temasl.net/energia-solar-termica.html www.biocarburante.com/2008/01/ 6.-www.com tecnología para todos.com Página 14

2.2.3)

Celdas

solares

cristalinas

Las celdas solares cristalinas se interconectan unas con otras para formar paneles solares. Cada celda solar produce un voltaje individual de 0.5 a 0.6 volts, se requieren 36 celdas solares o celdas fotovoltaicas para producir un circuito abierto de cerca de 20 volts. El cual es suficiente para cargar una batería de 12 volts. Las celdas solares mono cristalina, se cortan de una sola pieza de cristal de silicón, mientras que las celdas solares poli cristalinas se hacen a base de múltiples cristales. 2.4)

Fabricación

en

la

industria

La clave para que el sistema fotovoltaico sea competitivo con las fuentes comerciales es un menor costo y una mayor duración útil de las instalaciones solares en el ambiente terrestre, el proyecto exige también sistemas de almacenamiento de energía más baratos y durables.Manufactura de celdas solares en la actualidad, la mayoría de celdas solares se construyen en módulos rígidos de 36 celdas o más, conectadas en serie y en paralelo, para generar el voltaje y corriente que se necesita. Al mismo tiempo, después de la capa de vidrio, se le pone una capa antirreflectora al silicón, lo que minimiza la luz desperdiciada por el reflejo. Finalmente, alrededor de ambas capas de silicón, se ponen los contactos que componen los polos positivo y riesgo de dañarse, y bajando sus costos de instalación negativo de la celda solar. Aunque este diseño funciona muy bien para edificios y terrazas, que es donde usualmente se colocan estas celdas, es un problema cuando se intentan adaptar a botes y/o vehículos, por lo que actualmente se trabaja también en maneras de hacer celdas solares flexibles, las cuales puedan adaptarse fácilmente a las curvas aerodinámicas de automóviles y barcos. Estos también podrían hacer menos frágiles las celdas planas, minimizando el riesgo. 1.- periodismodigitalytal.wordpress.com/page/2/ 2.- www.abiertohastaelamanecer.ws/?x=y:09%3Bm:04... 3.- www.dforceblog.com/.../02/que-es-energia-solar/ 4.- alinacristal3a.blogspot.com/2008/10/opiniones... 5.- www.temasl.net/energia-solar-termica.html www.biocarburante.com/2008/01/ 6.-www.com tecnología para todos.com Página 15

En la actualidad las celdas solares suministran electricidad para al menos 30,000 casas en todo el mundo, también se utilizan para accionar los cambios de vías en ferrocarriles y para suministrar energía a pozos de agua, bombas de riego, cargadores de baterías, calculadoras,

faros

y

plataformas

de

explotación

petrolera.

La cantidad de energía solar que proporciona una celda es muy pequeña por lo que se requiere conectar entre sí a muchas de ellas para proporcionar de 30 a 100 watts de energía

eléctrica.

Para el año 2010, las celdas solares podrían suministrar tanta electricidad en el mundo como las plantas nucleares en la actualidad, a un costo menor y con memores riesgos de

daños

al

ambiente.

La construcción de celdas fotovoltaicas se ha generalizado debido a la falta de sistemas de redes eléctricas y a las grandes áreas rurales y despobladas que el mundo posee actualmente; desde la década del 90‟ la tecnología fotovoltaica se emplea para suministrar electricidad a diferentes aplicaciones como sistemas de telefonía satelital, educación vía satélite, seguridad y control de plataformas marinas no tripuladas, entre otras aplicaciones. Las celdas fotovoltaicas son de bajo costo y aplicables en electrificación y telefonía rural como bombeo de agua y protección catódica. Los costos de generación e inversión se encuentran en el rango de 3,500 a 7,000 US$/KW instalado y de 0,25 a 0,5 dólares por kWh generado; esto nos permite apreciar que la expansión de la industria de energía solar se expandirá en muy poco tiempo y que los módulos o paneles solares parecen ser los precursores. En conclusión, las celdas son el motor de cualquier sistema solar, mientras que los rayos solares, el combustible para que las celdas funcionen correctamente; su garantía es no menor a 25 años lo que implica una gran ahorro en mantenimiento o arreglos. 1.- periodismodigitalytal.wordpress.com/page/2/ 2.- www.abiertohastaelamanecer.ws/?x=y:09%3Bm:04... 3.- www.dforceblog.com/.../02/que-es-energia-solar/ 4.- alinacristal3a.blogspot.com/2008/10/opiniones... 5.- www.temasl.net/energia-solar-termica.html www.biocarburante.com/2008/01/ 6.-www.com tecnología para todos.com Página 16

3)

APLICACIÓN

DE

LAS

CELDAS

SOLARES

EN

MEXICO

En México, el Centro de Investigaciones Avanzadas del IPN ha sido pionero del desarrollo fotovoltaico desde hace más de 25 años, período en el que se han fabricado tanto celdas de silicio cristalino como módulos fotovoltaicos a nivel de planta piloto. 3.1)

Investigación

de

celdas

solares

En México, el Centro de Investigaciones Avanzadas del IPN ha sido pionero del desarrollo fotovoltaico desde hace más de 25 años, período en el que se han fabricado tanto celdas de silicio cristalino como módulos fotovoltaicos a nivel de planta piloto. No obstante, no se ha llegado a la fabricación en serie, más bien el objetivo ha sido demostrar la disponibilidad tecnológica para la producción de celdas con vistas a su industrialización; sin embargo, la tecnología utilizada es prácticamente artesanal y los elementos de producción limitados, aun cuando varios módulos han sido instalados, principalmente por dependencias gubernamentales. Otras Instituciones como el Laboratorio de Energía Solar y el Instituto de Física, ambas de la UNAM, han desarrollado cierta actividad, principalmente en la tecnología de películas delgadas, probando diferentes técnicas de deposición y analizando varios compuestos. A la fecha no han logrado obtener prototipos, motivo por el que se puede aseverar que el

desarrollo

fotovoltaico

en

México

es

realmente

incipiente.

Respecto a los equipos periféricos y de control utilizados en los sistemas fotovoltaicos que se han instalado en México, se puede decir que la tecnología actual está completamente asimilada. Existen empresas nacionales (CONDUMEX, AHORA IEM, GRUPO PIM Y ACUMEX ENTRE OTRAS) que fabrican comercialmente controladores,

1.- periodismodigitalytal.wordpress.com/page/2/ 2.- www.abiertohastaelamanecer.ws/?x=y:09%3Bm:04... 3.- www.dforceblog.com/.../02/que-es-energia-solar/ 4.- alinacristal3a.blogspot.com/2008/10/opiniones... 5.- www.temasl.net/energia-solar-termica.html www.biocarburante.com/2008/01/ 6.-www.com tecnología para todos.com Página 17

centros de carga y demás componentes electrónicos para diferentes capacidades y condiciones de operación. Análogamente a los controladores de carga, la tecnología de los inversores de corriente está ampliamente asimilada. En México la mayoría de las unidades de autotransporte de primera clase utilizan inversores de fabricación nacional para los diversos servicios que brindan a bordo. La actividad en los centros de investigación mexicanos es prácticamente nula en este aspecto, dado que esta fracción de la tecnología fotovoltaica no es vanguardista. En 1975 el Instituto de Ingeniería de la UNAM generó la primera versión de los mapas de irradiación global diaria promedio mensual para México, utilizando datos de insolación de 54 estaciones meteorológicas del Sistema Meteorológico Nacional (SMN). Posteriormente, mediante la ampliación de la base de datos proporcionada por el SMN, se publicó la actualización de dichos mapas de irradiación. El modelo aplicado por Rafael Almanza, investigador del Instituto de Ingeniería, tiene desviaciones menores del 10 por ciento y fue desarrollado en la India, situación que hizo más confiable su aplicación en México, ya que tanto la latitud, como los climas en ambos países son semejantes. Actualmente este modelo es el más consultado en México para estimar las cantidades totales de radiación diarias sobre superficies horizontales. Los datos que se presentan a continuación corresponden a la aplicación del modelo en los registros que se han obtenido en las diferentes estaciones meteorológicas instaladas en las principales ciudades de la república. Para propósitos de análisis estos datos se consideran confiables, la irradiación media anual en nuestro país,es

del

orden

de

los

5

kWh/m2-día.

1.- periodismodigitalytal.wordpress.com/page/2/ 2.- www.abiertohastaelamanecer.ws/?x=y:09%3Bm:04... 3.- www.dforceblog.com/.../02/que-es-energia-solar/ 4.- alinacristal3a.blogspot.com/2008/10/opiniones... 5.- www.temasl.net/energia-solar-termica.html www.biocarburante.com/2008/01/ 6.-www.com tecnología para todos.com Página 18

En términos generales la problemática existente para la evaluación de la irradiación solar, •

se

plantea

Mantenimiento

• •

a

y

nivel

calibración

de de

Control Problemas

los los

siguientes equipos

de

de

asociados

al

puntos: medición calidad

manejo

de

datos

• Falta de técnicos capacitados para la operación de las estaciones Solari métricas •

Falta

de

elaboración

de

manuales

especializados

• Falta de un centro especializado para la concentración de datos de radiación solar Afortunadamente la tecnología satelital ha abierto, en la última década, la posibilidad de evaluar la radiación solar en la superficie terrestre por medio de imágenes de satélite. Se ha visto que los satélites estacionarios proporcionan información más confiable que la que se tiene en la actualidad, pero para contar con ella es necesario calibrar las imágenes con mediciones en tierra en diferentes puntos de la República Mexicana, esto con la finalidad de mejorar los algoritmos usados para la evaluación por medio de imágenes. Además esta información, en tiempo real, puede ser usada para analizar el funcionamiento de plantas termo solar y fotovoltaico. Por lo tanto, se recomienda ampliamente

evaluar

la

radiación

solar

con

imágenes

de

satélite.

La utilización de las imágenes satelitales representa una gran ventaja, ya que para generar modelos o predicciones con objeto de diseño, se podría prescindir de costosas redes Solari métricas terrestres. No obstante, la red Solari métrica existente en México puede servir como un importante punto de referencia para la interpretación de dichas imágenes.

1.- periodismodigitalytal.wordpress.com/page/2/ 2.- www.abiertohastaelamanecer.ws/?x=y:09%3Bm:04... 3.- www.dforceblog.com/.../02/que-es-energia-solar/ 4.- alinacristal3a.blogspot.com/2008/10/opiniones... 5.- www.temasl.net/energia-solar-termica.html www.biocarburante.com/2008/01/ 6.-www.com tecnología para todos.com Página 19

3.1.1)

Usos

y

desarrollos

actuales

Durante gran parte de los años ochenta y de principios de los años noventa el mayor mercado para los paneles solares estaba en las fuentes de alimentación para áreas remotas y algunos productos de consumo (relojes, juguetes y calculadoras). Sin embargo a medidos de los años noventa fue lanzado un importante esfuerzo para desarrollar paneles solares integrados en la construcción de edificios para ser conectados a la red. El tejado fotovoltaico actualmente está liderando el desarrollo del mercado en Japón, Europa y los EE.UU. Japón tiene actualmente un programa que apunta a construir 70.000 hogares solares, con el cual para el año 2010 esperan alcanzar unos 4.820 MW producidos por sistemas fotovoltaicos. En Europa, varios países están apoyando la construcción de hogares solares, con el Parlamento Europeo proponiendo

un

Desarrollos

esquema

y

1.-Electrificación

Fotovoltaica

2.-Plantas

1.000MW.

aplicaciones

actuales.

de

Escolares

Albergues

Solares

Fotovoltaicas

3.-Sistemas

Híbridos

4.-Electrificación Rural en zonas aisladas, bombeo de agua de pozos profundos, abrevadero

de

ganado,

suministro

de

energía

en

pequeña

comunidades.

1.- periodismodigitalytal.wordpress.com/page/2/ 2.- www.abiertohastaelamanecer.ws/?x=y:09%3Bm:04... 3.- www.dforceblog.com/.../02/que-es-energia-solar/ 4.- alinacristal3a.blogspot.com/2008/10/opiniones... 5.- www.temasl.net/energia-solar-termica.html www.biocarburante.com/2008/01/ 6.-www.com tecnología para todos.com Página 20

3.2) Sistemas

Otros

usos

de

de

sistemas protección

fotovoltaicos Catódicos

La protección catódica es un método de proteger las estructuras de metal contra la corrosión. Es aplicable a puentes, tuberías, edificios, estanques, perforaciones y líneas ferroviarias. Para alcanzar la protección catódica se aplica un pequeño voltaje negativo a la estructura de metal y éste evita que se oxide o aherrumbre. El terminal positivo de la fuente es conectado a un ánodo galvánico o de sacrificio que es generalmente un pedazo del metal de desecho, que es corroído en vez de la estructura que se desea proteger. Las celdas solares fotovoltaicas se a menudo utilizan en lugares remotos para proporcionar

este

Cercas

voltaje.

Eléctricas

Las cercas eléctricas se utilizan extensamente en agricultura para evitar que el ganado o los depredadores entren o deje un campo cerrado. Estas cercas tienen generalmente uno o dos alambres "vivos" que se mantienen con cerca de 500 voltios de Corriente Continua. Éstos dan una dolorosa descarga, pero inofensiva a cualquier animal que los toque. Esta descarga generalmente es suficiente para evitar que el ganado derribe los cercos. Estas cercas también se utilizan en recintos de la fauna y áreas protegidas. Requieren de un alto voltaje pero muy poca corriente y a menudo están situadas en áreas alejadas donde el costo de energía eléctrica es alto. Estas necesidades se pueden resolver mediante un sistema fotovoltaico compuesto de células solares, un acondicionador de energía y una batería.

1.- periodismodigitalytal.wordpress.com/page/2/ 2.- www.abiertohastaelamanecer.ws/?x=y:09%3Bm:04... 3.- www.dforceblog.com/.../02/que-es-energia-solar/ 4.- alinacristal3a.blogspot.com/2008/10/opiniones... 5.- www.temasl.net/energia-solar-termica.html www.biocarburante.com/2008/01/ 6.-www.com tecnología para todos.com Página 21

Sistemas

de

Iluminación

A menudo se requiere iluminación en lugares remotos donde el costo de emplear energía de la red es demasiado alto. Tales aplicaciones incluyen la iluminación de seguridad, ayudas a la navegación (ej. boyas y faros), señales iluminadas en los caminos, señales en cruces ferroviarios y la iluminación de aldeas. Las células solares pueden satisfacer tales usos, aunque siempre se requerirá de una batería de almacenaje. Estos sistemas generalmente consisten de un panel fotovoltaico más una batería de almacenaje, un acondicionador de energía y una lámpara fluorescente de C.C. de baja tensión y alta eficiencia. Estos sistemas son muy populares en áreas remotas, especialmente en países en vías de

desarrollo

y

Telecomunicaciones

es

uno y

de

los

usos

sistemas

principales de

de

células

monitoreo

solares. remotos

Las buenas comunicaciones son esenciales para mejorar la calidad de vida en áreas alejadas. Sin embargo el costo de energía eléctrica de hacer funcionar estos sistemas y el alto coste de mantenimiento de los sistemas convencionales han limitado su uso. Los sistemas fotovoltaicos han proporcionado una solución rentable a este problema con el desarrollo de estaciones repetidoras de telecomunicaciones en área remotas. Estas estaciones típicamente consisten de un receptor, un transmisor y un sistema basado en una fuente de alimentación fotovoltaica. Existen miles de estos sistemas instalados alrededor del mundo y tienen una excelente reputación por su confiabilidad y costos relativamente bajos de operación y mantenimiento.

1.- periodismodigitalytal.wordpress.com/page/2/ 2.- www.abiertohastaelamanecer.ws/?x=y:09%3Bm:04... 3.- www.dforceblog.com/.../02/que-es-energia-solar/ 4.- alinacristal3a.blogspot.com/2008/10/opiniones... 5.- www.temasl.net/energia-solar-termica.html www.biocarburante.com/2008/01/ 6.-www.com tecnología para todos.com Página 22

Principios similares se aplican a radios y televisiones accionadas por energía solar, los teléfonos de emergencia y los sistemas de monitoreo. Los sistemas de monitoreo remotos se pueden utilizar para recolectar datos del tiempo u otra información sobre el medioambiente Bombas

y de

transmitirla agua

automáticamente accionadas

vía por

radio

a

una

energía

central. solar

Existen más de 10.000 bombas de agua accionadas por energía solar en el mundo. Son utilizadas extensamente en granjas para proveer el agua al ganado. En países en vías de desarrollo se las utiliza extensivamente para bombear agua de pozos y de ríos a las aldeas para consumo doméstico y la irrigación de cultivos. Un típico sistema de bombeo accionado por energía fotovoltaica consiste en un conjunto de paneles fotovoltaicos que accionan un motor eléctrico, el que impulsa la bomba. El agua se bombea de la tierra o afluente a un tanque de almacenaje que proporciona una alimentación por gravedad. No es necesario un almacenaje de energía en estos sistemas. Los sistemas de bombeo accionados por energía solar se encuentran disponibles en proveedores de equipo agrícola y son una alternativa rentable a los molinos de viento agrícolas para el abastecimiento de agua en áreas alejadas.

Electrificación

Rural

Las baterías de almacenaje se utilizan en áreas aisladas para proporcionar corriente eléctrica de la baja tensión para iluminación y comunicaciones así como también para vehículos. Un sistema fotovoltaico de carga de baterías consiste en generalmente un pequeño conjunto de paneles solares más un regulador de carga. Estos sistemas se

1.- periodismodigitalytal.wordpress.com/page/2/ 2.- www.abiertohastaelamanecer.ws/?x=y:09%3Bm:04... 3.- www.dforceblog.com/.../02/que-es-energia-solar/ 4.- alinacristal3a.blogspot.com/2008/10/opiniones... 5.- www.temasl.net/energia-solar-termica.html www.biocarburante.com/2008/01/ 6.-www.com tecnología para todos.com Página 23

utilizan extensamente en proyectos rurales de electrificación en países en vías de desarrollo. Sistemas

De

Tratamiento

De

aguas

En áreas alejadas la energía eléctrica se utiliza a menudo para desinfectar o purificar agua para consumo humano. Las celdas fotovoltaicas se utilizan para alimentar una luz fuerte ultravioleta utilizada para matar bacterias en agua. Esto se puede combinar con un

sistema

de

bombeo

agua

accionado

con

energía

solar.

La desalinización del agua salobre se puede alcanzar mediante sistemas fotovoltaicos de ósmosis inversa. Otros

usos

de

celdas

solares

Se puede utilizar celdas fotovoltaicas en una gran variedad de aplicaciones incluyendo: • •

Productos

de

consumo

Sistemas

tales de

como

relojes,

juguetes

energía

y

de

calculadoras emergencia

• Refrigeradores para almacenaje de vacunas y sangre en áreas remotas • • •

Sistemas Fuentes Fuentes

de de

de alimentación

la para

alimentación

aireación satélites portátiles

y

los

para

para

estanques

vehículos

espaciales

camping

y

pescar

1.- periodismodigitalytal.wordpress.com/page/2/ 2.- www.abiertohastaelamanecer.ws/?x=y:09%3Bm:04... 3.- www.dforceblog.com/.../02/que-es-energia-solar/ 4.- alinacristal3a.blogspot.com/2008/10/opiniones... 5.- www.temasl.net/energia-solar-termica.html www.biocarburante.com/2008/01/ 6.-www.com tecnología para todos.com Página 24

3.3)

CINESTAV

La historia de las celdas solares en el CINVESTAV del IPN comenzó hace 40 años, cuando un grupo de profesores fundadores del Departamento de Ingeniería Eléctrica tuvieron una clara visión de las necesidades energéticas del país en el futuro. Luego de algunos años de investigación en diferentes materiales y tipos de celdas solares, en 1975 se tomó la decisión de producir celdas solares de silicio Cristalino. Los primeros módulos fotovoltaicos fabricados con 36 celdas solares de 2 pulgadas de diámetro generaban una potencia de 7 Watts-pico. La

planta

piloto

de

producción

de

Celdas

Solares

de

Silicio

Cristalino

Los principales objetivos de la planta piloto que inició operaciones alrededor de 1982 fueron: •

Demostrar

la

factibilidad

de

fabricación

de

celdas

solares

en

México.

• Promover la conversión y aplicación de la energía fotovoltaica a nivel nacional. • Investigar y desarrollar nuevos materiales para su uso en dispositivos fotovoltaicos. • Formar recursos humanos. En 1982, la planta piloto alcanzó la capacidad de 25 kW/año con celdas solares de silicio de 3 pulgadas de diámetro Primeras Aplicaciones con

Módulos

fotovoltaicos

hechos

en

México.

1.- periodismodigitalytal.wordpress.com/page/2/ 2.- www.abiertohastaelamanecer.ws/?x=y:09%3Bm:04... 3.- www.dforceblog.com/.../02/que-es-energia-solar/ 4.- alinacristal3a.blogspot.com/2008/10/opiniones... 5.- www.temasl.net/energia-solar-termica.html www.biocarburante.com/2008/01/ 6.-www.com tecnología para todos.com Página 25

• Los primeros módulos se usaron en la sierra Poblana, a una latitud 20° 10‟ norte y longitud 97° 40‟ oeste, se instalaron sistemas para radiotelefonía rural (60 Watts con uso promedio de 1 hora / día). En el siguiente año, hubo demanda de 70 de estos equipos

en

la

misma

región.

• También se utilizaron para televisión educativa. Para esto, los televisores comerciales fueron modificados para operar a corriente directa y se instalaron en una secundaria de la sierra de Puebla. Se diseñaron sistemas con 30 Watts-pico (Wp) en módulos para proporcionar

un

servicio

Primeros

promedio

de

5

horas

programas

/

día.

multi-institucionales

• Otra contribución significativa fue la instalación de Sistemas FV para el alumbrado de 122 Albergues infantiles en 9 Estados de la República. Cada albergue se equipó con módulos FV con una potenciade 65 Wp para beneficiar a más de 5,000 infantes de la República. En este proyecto, el CINVESTAV se coordinó técnicamente con el Instituto Nacional

Indigenista

(INI),

la

SEP

y

UPIICSA-IPN.

¿Podemos fabricar celdas solares en México? Estableciendo

un

plan

estratégico:

• No desarrollar toda la tecnología en nuestros laboratorios, pero sí tener el conocimiento de todos los procesos requeridos por la industria moderna de celdas solares. • Decidir sobre la tecnología más adecuada y adquirir la mejor, de acuerdo a los volúmenes

de

producción

planeados.

• Transferir aquellos procesos que pueden pasar a la industria en un corto tiempo y con un mínimo costo (por ejemplo, nuestra tecnología de capa antireflectante) de forma que se reduzcan los costos de producción. 1.- periodismodigitalytal.wordpress.com/page/2/ 2.- www.abiertohastaelamanecer.ws/?x=y:09%3Bm:04... 3.- www.dforceblog.com/.../02/que-es-energia-solar/ 4.- alinacristal3a.blogspot.com/2008/10/opiniones... 5.- www.temasl.net/energia-solar-termica.html www.biocarburante.com/2008/01/ 6.-www.com tecnología para todos.com Página 26

• Rápidamente entrenar ingenieros para realizar experimentos tipo Taguchi para mejorar la tecnología adquirida. Es decir, usar métodos científicos para mejorar la tecnología. • Iniciar la colaboración entre universidades e industria para inducir el desarrollo orientado

a

mejorar

la

competitividad

de

la

industria

establecida.

Perspectivas • El mercado de los Sistemas Fotovoltaicos en el mundo, y en México, seguirá creciendo tan rápido como 30% a 40% anual, más que muchas otras industrias de alta tecnología. • Podemos fabricar celdas solares en México porque contamos con ingenieros e investigadores que conocen bastante bien esta tecnología, desde hace mas de 30 años, a diferencia de muchos otros países en donde no hay personal capacitado.

• Este es un momento clave para que México entre a la producción de celdas solares, dado que la industria mundial establecida no ha podido satisfacer la demanda en años recientes. Protección

Ecológica

Este sistema contribuye ampliamente a la conservación del ambiente en comparación con

el

cristalino.

1.- periodismodigitalytal.wordpress.com/page/2/ 2.- www.abiertohastaelamanecer.ws/?x=y:09%3Bm:04... 3.- www.dforceblog.com/.../02/que-es-energia-solar/ 4.- alinacristal3a.blogspot.com/2008/10/opiniones... 5.- www.temasl.net/energia-solar-termica.html www.biocarburante.com/2008/01/ 6.-www.com tecnología para todos.com Página 27

Tiempo de reembolso de energía: para el cristalino 2.5 años para el producto MHI 2.1 años. Reducción de contaminantes (CO2) basado en un sistema de 10 Kw a 20 años de operación el sistema cristalino reduce 37200 kg de Carbono y el sistema MHI reduce 41600 kg de carbono .

3.4)

Ventajas

y

desventajas

Ventajas Las celdas solares son confiables y silenciosas, no tienen partes móviles y duran 30 años Pueden

o

más

ser

si

instaladas

se

las

rápida

y

recubre fácilmente,

con

vidrio

necesitan

poco

o

plástico.

mantenimiento.

No producen dióxido de carbono durante su uso y la contaminación de agua y aire durante su operación es baja y la contaminación de aire durante su manufactura también.

La

producción

de

energía

neta

útil

es

elevada.

Desventajas Los costos actuales de las celdas fotovoltaicas son elevados, aunque se esperan que sean

competitivos

en

unos

7

a

15

años.

Podría haber límites potenciales en su uso debido a una cantidad insuficiente de galio y cadmio. La ausencia de un control eficaz de la contaminación podría permitir la producción de niveles moderados de la contaminación del agua por desechos químicos introducidos en

el

proceso

de

manufactura.

1.- periodismodigitalytal.wordpress.com/page/2/ 2.- www.abiertohastaelamanecer.ws/?x=y:09%3Bm:04... 3.- www.dforceblog.com/.../02/que-es-energia-solar/ 4.- alinacristal3a.blogspot.com/2008/10/opiniones... 5.- www.temasl.net/energia-solar-termica.html www.biocarburante.com/2008/01/ 6.-www.com tecnología para todos.com Página 28

¿Por

qué

electrificar

una

casa

con

energía

solar

fotovoltaica?

Ventajas Son varios los atractivos de electrificar una casa por medio de paneles solares fotovoltaicos:

- Autonomía eléctrica: Es quizá la característica más atractiva en este tipo de instalaciones. Contando con una instalación solar fotovoltaica adecuadamente dimensionada e instalada es posible prescindir totalmente del suministro de la red con sus

posibles

averías

y

sus

subidas

de

tarifas

- Por otro lado en muchas ocasiones esta forma de electrificación resulta ser la única posible en zonas aisladas en las que se hace extremadamente difícil la llegada de la red

eléctrica

general

- Larga duración y resistencia de la instalación- Las instalaciones solares fotovoltaicas carecen de componentes con elementos mecánicos que se puedan desgastar. Esto unido a lo resistente del diseño de los mismos hace que sean muy difíciles las averías. Normalmente los componentes sufren rigurosos controles de calidad para asegurar su fiabilidad. Así los paneles solares fotovoltaicos son diseñados y sometidos a rigurosas pruebas para soportar más allá de las condiciones térmicas que se espera que puedan sufrir en su uso normal en cualquier clima de la tierra. - Existen instalaciones solares fotovoltaicas que se mantienen con buen rendimiento desde

los

años

70

del

siglo

pasado

1.- periodismodigitalytal.wordpress.com/page/2/ 2.- www.abiertohastaelamanecer.ws/?x=y:09%3Bm:04... 3.- www.dforceblog.com/.../02/que-es-energia-solar/ 4.- alinacristal3a.blogspot.com/2008/10/opiniones... 5.- www.temasl.net/energia-solar-termica.html www.biocarburante.com/2008/01/ 6.-www.com tecnología para todos.com Página 29

- Rentabilidad. Pese a ser instalaciones normalmente costosas, es posible lograr rentabilidad

e

incluso

ingresos

económicos

con

ellas.

-Por un lado en muchas áreas aisladas, resultará más rentable realizar una instalación solar fotovoltaica que costear el tendido eléctrico desde la zona electrificada más próxima. - Por otro lado en muchos países se han establecido leyes por las cuales las compañías eléctricas están obligadas a comprar la energía producida por métodos renovables a un precio muy superior a la tarifa que ellas mismos venden. El propietario de la instalación fotovoltaica inyecta toda su producción a la red general con una tarifa alta mientras consume energía de ella a una tarifa baja. De esta manera se obtiene un saldo positivo de la relación de venta - compra que logra hacer rentable la instalación y la amortiza en un periodo de tiempo comprendido entre 5 y 15 años de media. A partir de ese momento habrá un ingreso y ganancia neta. Aspectos

ecológicos

No menos importante y quizá la características más buscada de este tipo de instalaciones es su capacidad de producir energía limpia y renovable y así evitar que se liberen

a

la

atmósfera

una

gran

cantidad

de

contaminantes.

Inconvenientes El principal y tal vez único inconveniente de la electrificación solar fotovoltaica de casas radica en el alto costo de su ejecución. Elemento este que puede hacer que muchos solicitantes

descarten

esta

opción.

1.- periodismodigitalytal.wordpress.com/page/2/ 2.- www.abiertohastaelamanecer.ws/?x=y:09%3Bm:04... 3.- www.dforceblog.com/.../02/que-es-energia-solar/ 4.- alinacristal3a.blogspot.com/2008/10/opiniones... 5.- www.temasl.net/energia-solar-termica.html www.biocarburante.com/2008/01/ 6.-www.com tecnología para todos.com Página 30

4) CONSTRUCCION DE UNA CELDA SOLAR Las celdas solares de silicio se elaboran utilizando planchas (wafers) mono cristalinas, planchas

poli

cristalinas

o

láminas

delgadas.

Las planchas mono cristalinas (de aproximadamente 1/3 a 1/2 de milímetro espesor) se cortan de un gran lingote mono cristalino que se ha desarrollado a aproximadamente 1400°C, este es un proceso muy costoso. El silicio debe ser de una pureza muy elevada y tener una estructura cristalina casi perfecta. 4.1)

Cómo

se

hacen

las

celdas

solares

Las planchas poli cristalinas son realizadas por un proceso de moldeo en el cual el silicio fundido es vertido en un molde y se lo deja asentar. Entonces se rebana en planchas. Cómo las planchas poli cristalinas son hechas por moldeo son apreciablemente más baratas de producir, pero no tan eficiente como las celdas mono cristalinas. El rendimiento más bajo es debido a las imperfecciones en la estructura cristalina

resultando

del

proceso

de

moldeo.

En los dos procesos anteriormente mencionados, casi la mitad del silicio se pierde como

polvo

durante

el

cortado.

El silicio amorfo, una de las tecnologías de lámina delgada, es creado depositando silicio sobre un substrato de vidrio de un gas reactivo tal como silano (SiH4). El silicio amorfo es una de grupo de tecnologías de lámina delgada. Este tipo de célula solar se puede aplicar como película a substratos del bajo costo tales como cristal o plástico. Otras tecnologías de lámina delgada incluyen lámina delgada de silicio multicristalino, las celdas de seleniuro de cobre e indio/sulfuro de cadmio, las celdas de teluro de cadmio/sulfuro del cadmio y las celdas del arseniuro de galio. 1.- periodismodigitalytal.wordpress.com/page/2/ 2.- www.abiertohastaelamanecer.ws/?x=y:09%3Bm:04... 3.- www.dforceblog.com/.../02/que-es-energia-solar/ 4.- alinacristal3a.blogspot.com/2008/10/opiniones... 5.- www.temasl.net/energia-solar-termica.html www.biocarburante.com/2008/01/ 6.-www.com tecnología para todos.com Página 31

Las celdas de lámina delgada tienen muchas ventajas incluyendo una deposición y un ensamblado más fácil, la capacidad de ser depositadas en substratos o materiales de construcción baratos, la facilidad de la producción en masa, y la gran conveniencia para aplicaciones

grandes.

En la producción de celdas solares al silicio se le introducen átomos de impurezas (dopado) para crear una región tipo p y una región tipo n de modo de producir una unión p-n. El dopado se puede hacer por difusión a alta temperatura, donde las planchas se colocan en un horno con el dopante introducido en forma de vapor. Hay muchos otros métodos de dopar el silicio. En la fabricación de algunos dispositivos de lámina delgada la introducción de dopantes puede ocurrir durante la deposición de las láminas o de las capas. Un átomo del silicio tiene 4 electrones de valencia (aquellos más débilmente unidos), que enlazan a los átomos adyacentes. Substituyendo un átomo del silicio por un átomo que tenga 3 o 5 electrones de la valencia producirá un espacio sin un electrón (un agujero) o un electrón extra que pueda moverse más libremente que los otros, ésta es la base del doping. En el doping tipo p, la creación de agujeros, es alcanzada mediante la incorporación en el silicio de átomos con 3 electrones de valencia, generalmente se utiliza boro. En el dopaje de tipo n, la creación de electrones adicionales es alcanzada incorporando un átomo

con

5

electrones

de

valencia,

generalmente

fósforo.

1.- periodismodigitalytal.wordpress.com/page/2/ 2.- www.abiertohastaelamanecer.ws/?x=y:09%3Bm:04... 3.- www.dforceblog.com/.../02/que-es-energia-solar/ 4.- alinacristal3a.blogspot.com/2008/10/opiniones... 5.- www.temasl.net/energia-solar-termica.html www.biocarburante.com/2008/01/ 6.-www.com tecnología para todos.com Página 32

Una vez que se crea una unión p-n, se hacen los contactos eléctricos al frente y en la parte posterior de la célula evaporando o pintando con metal la plancha. La parte posterior de la plancha se puede cubrir totalmente por el metal, pero el frente de la misma tiene que tener solamente un patrón en forma de rejilla o de líneas finas de metal, de otra manera el metal bloquearía al sol del silicio y no habría ninguna respuesta

a

los

fotones

de

la

luz

Sistemas

incidente. aislados:

Aquellos sin conexión a la red. Están indicados para áreas aisladas en los que resulta más costoso el tendido de la red eléctrica que realizar una instalación fotovoltaica en sí. Estos

tipos

de

instalaciones

constan

de

los

siguientes

componentes:

- Paneles solares fotovoltaicos- Componentes encargados de transformar la luz en energía

eléctrica

- Batería- Es el elemento encargado de almacenar la energía eléctrica para los momentos en los que sea necesaria ya sea porque no haya luz solar o no en la suficiente

potencia

- Regulador- Es el dispositivo que evita que la batería sufra sobrecargas cuando tiene la carga

completa

y

los

paneles

siguen

generando

electricidad.

- Inversor (opcional): es el dispositivo que transforma la electricidad de corriente continua proveniente de los paneles en corriente alterna. La inmensa mayoría de los electrodomésticos funciona con corriente alterna ya que es el tipo de corriente que fluye por

la

red

general.

1.- periodismodigitalytal.wordpress.com/page/2/ 2.- www.abiertohastaelamanecer.ws/?x=y:09%3Bm:04... 3.- www.dforceblog.com/.../02/que-es-energia-solar/ 4.- alinacristal3a.blogspot.com/2008/10/opiniones... 5.- www.temasl.net/energia-solar-termica.html www.biocarburante.com/2008/01/ 6.-www.com tecnología para todos.com Página 33

No obstante existen a la venta aparatos preparados para funcionar con corriente continua y con 12 voltios con lo que podría prescindirse de este componente Sistemas

conectados

a

red

Son los sistemas fotovoltaicos para áreas ya electrificadas con la red general. Se puede contemplar

dos

tipos

de

usos:

- Producción solar fotovoltaica tendente al auto abastecimiento con apoyo en la red en momentos en los que falte energía o para volcar los excedentes de energía - Inyección a la red de toda la producción de la instalación fotovoltaica mientras se hace un consumo normal de la red. Esta opción es sin duda la económicamente mas interesante cuando existen leyes que priman la producción de energía eléctrica con fuentes renovables. En estos casos interesará vender la mayor cantidad de energía posible a la red a una tarifa alta recuperándola cuando la necesitamos, pero a una tarifa muy inferior. Estos

tipos

de

instalaciones

constan

de

los

siguientes

componentes:

- Paneles solares fotovoltaicos- Componentes encargados de transformar la luz en energía

eléctrica

- Inversor: Es el dispositivo que transforma la electricidad de corriente continua proveniente de los paneles en corriente alterna. En estos tipos de instalaciones se deberán emplear inversores de la más alta calidad ( inversores sinoidales) que convierten la corriente proveniente de los paneles en otra de características idénticas a la de la red. Suele tratarse de conversores específicos para esta aplicación. - Contador- Elemento que contabiliza la cantidad de electricidad que inyectamos en la red. 1.- periodismodigitalytal.wordpress.com/page/2/ 2.- www.abiertohastaelamanecer.ws/?x=y:09%3Bm:04... 3.- www.dforceblog.com/.../02/que-es-energia-solar/ 4.- alinacristal3a.blogspot.com/2008/10/opiniones... 5.- www.temasl.net/energia-solar-termica.html www.biocarburante.com/2008/01/ 6.-www.com tecnología para todos.com Página 34

4.2)

¿Cómo

Celda

construir solar

una

celda

de

solar

en

lámina

el

de

hogar? cobre

Una celda solar es un dispositivo que convierte la energía lumínica del sol en electricidad. Las celdas solares que se usan en las casas de campo y otros están hechas de silicio y requieren mucha tecnología para construirlos. Esta es una celda solar muy simple que no es tan eficiente, pero que te servirá para hacer demostraciones en una feria de ciencias o con los alumnos de tu colegio. Su construcción lleva como una hora. Esta celda solar está hecha de óxido cuproso en vez de silicio. El óxido cuproso es uno de los primeros materiales que mostraron el llamado efecto fotoeléctrico en el cual la luz hace que la electricidad fluya en un material determinado. Albert Einstein trató de explicar el efecto fotoeléctrico, lo que le hizo ganar el premio Novel

y

lo

llevó

a

descubrir

la

Teoría

de

la

Relatividad.

1.- periodismodigitalytal.wordpress.com/page/2/ 2.- www.abiertohastaelamanecer.ws/?x=y:09%3Bm:04... 3.- www.dforceblog.com/.../02/que-es-energia-solar/ 4.- alinacristal3a.blogspot.com/2008/10/opiniones... 5.- www.temasl.net/energia-solar-termica.html www.biocarburante.com/2008/01/ 6.-www.com tecnología para todos.com Página 35

Materiales • Un trozo de lámina de cobre de 30 por30 cm, que no sea ni muy grueso ni muy delgado. Aunque funcionará con lo que encuentres. • Dos clips tipo "quijada de caimán". • Un tester bien sensible o un microamperímetro. Puedes usar los medidores de corriente de los radiorreceptores antiguos. • Una hornilla eléctrica que cuando se caliente, su resistencia se vuelva roja. • Una botella de plástico descartable o un frasco de vidrio de boca ancha. • Sal de mesa. • Agua limpia. • Papel de lija o cepillo de cerdas de alambre para taladro eléctrico. • Tijeras para cortar metal. Cómo

se

construye

la

celda

solar

Se puede usar una hornilla: El primer paso es cortar un trozo de cobre del tamaño de la hornilla. Nos lavamos las manos para no dejar manchas de grasa en la lámina. Luego lavamos la lámina para quitar todo rastro de grasa y finalmente lijamos cualquier trazo de corrosión o suciedad. Luego colocamos la lámina sobre el calentador y hacemos que caliente al máximo. Al calentarse el cobre se observan bellas figuras producidas por la oxidación.

El

cobre

se

cubrirá

con

los

colores

rojo,

naranja

y

púrpura.

Más el cobre, los colores son reemplazados con una capa obscura de óxido cúprico. Este no es el óxido que buscamos, pero luego se descascara mostrando los colores rojo, naranja y púrpura del óxido cuproso que se encuentra por abajo. Los últimos rastros de color desaparecen al calentarse la cocina tomando un color rojo. 1.- periodismodigitalytal.wordpress.com/page/2/ 2.- www.abiertohastaelamanecer.ws/?x=y:09%3Bm:04... 3.- www.dforceblog.com/.../02/que-es-energia-solar/ 4.- alinacristal3a.blogspot.com/2008/10/opiniones... 5.- www.temasl.net/energia-solar-termica.html www.biocarburante.com/2008/01/ 6.-www.com tecnología para todos.com Página 36

Cuando el calentador de la cocina está al rojo vivo, la lámina de cobre se cubrirá con una capa de óxido cúprico. Deja calentando por media hora, para que la capa negra sea gruesa. Esto es importante porque una capa gruesa se descascara muy bien, mientras que una capa delgada se quedará colada al cobre. Después de media hora apaga la hornilla y deja la lámina sobre ésta para que se enfríe lentamente. Si haces enfriar muy rápidamente el óxido negro se quedara pegado al cobre. Al enfriarse el cobre, se encoge, lo mismo que el óxido, pero en forma diferente, lo que hace que el óxido salte en forma de escamas. Cuando el cobre ha enfriado a la temperatura ambiente (unos 20 minutos) la mayor parte del óxido negro se habrá separado. Frota un poco con las manos debajo de agua corriente para separar los trozos pequeños. Resiste la tentación de quitar todas las manchas negras raspando fuerte o doblando el cobre. Esto podría dañar la delicada capa roja de óxido cuproso que hace que funcione la celda solar. Cómo se ensambla Corta otra lámina de cobre del mismo tamaño que la anterior, dobla ambas piezas suavemente de manera que quepan dentro de la botella o frasco sin tocarse. La capa de óxido debe apuntar hacia el exterior de la botella. Coloca dos clips "quijada de caimán", uno a cada lámina. Conecta el clip de la lámina sin tratar al terminal positivo del tester o micro amperímetro. El clip de la lámina con óxido debe ir al terminal negativo. Ahora vierte agua salada (usa unas tres cucharas de sal) en la botella, cuidando que el agua no llegue a los clips, deja unos 3 cm de espacio entre el agua y los

clips.

Estos

no

deben

mojarse.

1.- periodismodigitalytal.wordpress.com/page/2/ 2.- www.abiertohastaelamanecer.ws/?x=y:09%3Bm:04... 3.- www.dforceblog.com/.../02/que-es-energia-solar/ 4.- alinacristal3a.blogspot.com/2008/10/opiniones... 5.- www.temasl.net/energia-solar-termica.html www.biocarburante.com/2008/01/ 6.-www.com tecnología para todos.com Página 37

Funcionamiento

de

la

celda

solar

El óxido cuproso es un material llamado semiconductor. Un semiconductor, como indica su nombre está entre un conductor, donde la electricidad puede fluir libremente y un aislante, donde los electrones se encuentran unidos firmemente a sus átomos y no fluyen fácilmente. Cuando la luz del sol llega a los electrones del óxido cuproso, algunos de los electrones ganan suficiente energía como para pasar de un nivel de energía (u órbita) a otro y se convierten en electrones libres. Los electrones libres se mueven por el agua salada, luego van a la lámina de cobre, van por el cable, llegan al tester y vuelven al óxido cuproso. Los electrones son los que hacen mover a la aguja del tester o miliamperímetro. Cuando no hay mucha luz, no hay suficientes electrones para hacer un trabajo que haga mover a la aguja del teste.

1.- periodismodigitalytal.wordpress.com/page/2/ 2.- www.abiertohastaelamanecer.ws/?x=y:09%3Bm:04... 3.- www.dforceblog.com/.../02/que-es-energia-solar/ 4.- alinacristal3a.blogspot.com/2008/10/opiniones... 5.- www.temasl.net/energia-solar-termica.html www.biocarburante.com/2008/01/ 6.-www.com tecnología para todos.com Página 38

CONCLUSIONES En esta investigación hemos estado hablando de la importancia que tiene para la sociedad el utilizar energías alternas como sustituyentes de energías no renovables, la contaminación es un gran problema no solo de México sino del mundo entero. La creación de celdas fotovoltaicas constituye un gran avance para la sociedad en general, en estos tiempos ya se cuenta con una tecnología muy avanzada capaz de satisfacer las necesidades de toda una casa a partir de la energía solar, todavía no es muy común esto, pero se cree que en un futuro se puede asegurar que la mayor parte de la población

del

mundo

estará

utilizando

este

tipo

de

energía

alterna.

En esta investigación nosotros dimos a conocer la importancia que tiene para la humanidad las energías alternas, así también les dimos a conocer los pasos para realizar celdas fotovoltaicas en sus propias casas.

1.- periodismodigitalytal.wordpress.com/page/2/ 2.- www.abiertohastaelamanecer.ws/?x=y:09%3Bm:04... 3.- www.dforceblog.com/.../02/que-es-energia-solar/ 4.- alinacristal3a.blogspot.com/2008/10/opiniones... 5.- www.temasl.net/energia-solar-termica.html www.biocarburante.com/2008/01/ 6.-www.com tecnología para todos.com Página 39

BIBLIOGRAFIA 1. GONZALES, J. (1987). “Energía Solar”, 5ta edición, México: Ed. Mascobo. 2. COVALENTES, H. (1989). “La energía solar”, México: Ed. Fondo de cultura económica. 3. SALVAT, G. (1974). “Crisis energética y recursos naturales”, México: Ed. Santillana. 4. TORRES, S. (1997). “Principios de las celdas solares”, México: Ed. Limunsa. 5. JOSEPH, W. (1987) “Tecnología de las energías”, México: Ed. Fondo de cultura

económica.

6. MOUNT, J. (1989) “Celdas fotovoltaicas”, Alemania: Ed. Hill Mountan. 7. WILLIAM T. M. Y JAY Z. P. (1999) “Principios de la energía solar”, U.S.A. :Ed. Berkeley. 8. MASTEN BEER J. (2001)”En visión de el uso de energías limpias”. U.S.A:Ed. Lumbered.

PAGINAS

DE

INTERNET

1. D:\C\memoria\celdas solar\Aplicaciones de las Celdas Fotovoltaicas Textos Científicos.mht. 2. D:\C\memoria\celdas solar\www_explicame_org - Explicame Celdas Solares.mht 3.

D:\C\memoria\celdas

solar\Celdas

Solares

Textos

Científicos.mht

4.

D:\C\memoria\celdas

solar\Celdas

Solares

Textos

Científicos.mht

5. http://search.conduit.com/?SearchSource=10&ctid=CT1351364

1.- periodismodigitalytal.wordpress.com/page/2/ 2.- www.abiertohastaelamanecer.ws/?x=y:09%3Bm:04... 3.- www.dforceblog.com/.../02/que-es-energia-solar/ 4.- alinacristal3a.blogspot.com/2008/10/opiniones... 5.- www.temasl.net/energia-solar-termica.html www.biocarburante.com/2008/01/ 6.-www.com tecnología para todos.com Página 40