Principio de la Generación de la Energía Solar

En la actualidad existen dos métodos para la generación de energía eléctrica mediante el uso de la energía entrega por el Sol los cuales son la Energía Solar Fotovoltaica y la Energía Solar Térmica que en los últimos años han tomado fuerza alrededor del planeta dada su naturaleza renovable y sustentable.

4.2.2.1 Energía Solar Fotovoltaica

Dicha energía, como su nombre indica, aprovecha el efecto fotovoltaico para la producir un flujo de electrones (corriente eléctrica). Uno de los elementos principales de ésta tecnología es la celda fotovoltaica que no es más que una superficie de material semiconductor, generalmente de silicio, con componentes adicionales que son el medio en el cual el efecto fotovoltaico actúa, dicho material

semiconductor basa su funcionamiento en su unión de material tipo p y tipo n15 _{en donde los electrones se}

desplazan a la banda de conducción por el aporte energético de fotones incidentes o luz sobre la celda, una vez hay movimiento de electrones existe una corriente que puede llegar a ser aprovechada por un

circuito externo (Perpiñán Lamigueiro, 2018) (ver Figura 23).

Figura 23. Efecto fotovoltaico en la celda (Diaz Corcobado & Carmona Rubio, 2010).

14 _{Constante solar: hace referencia a la cantidad de energía solar recibida por la superficie y se expresa en unidad de}

tiempo por unidad de superficie.

15 _{Materiales tipo P y N: Se considera materiales tipo P a los que en su composición atómica posee un espacio o} “hueco” para albergar un electrón, por el contrario el material tipo N es aquel que tiene un electrón libre en su nivel

JAVIER MAURICIO LARA ARIZA 36 Pero para lograr aprovechar la energía que este efecto produce no sólo se necesita de la celda fotovoltaica, existen otros dispositivos que forman parte de un sistema con el que el aprovechamiento energético se vuelve más eficiente. Estos dispositivos y otras características adicionales permiten dar una clasificación de las instalaciones fotovoltaicas.

4.2.2.1.1 Instalaciones Fotovoltaicas Aisladas (Sin conexión a red eléctrica)

Con la característica principal de que no necesitan y no se encuentran interconectadas con la red de energía eléctrica y se implementan principalmente en zonas donde no se cuenta con este servicio ya sea por condiciones difíciles de acceso o por las distancias a lugares que si se encuentran conectados a la red. Algunos ejemplos de alimentación mediante éstas instalaciones son: las estaciones espaciales o satélites, telecomunicaciones en áreas rurales, señalización y semaforización, alumbrado público, estaciones de medición y energización de veredas y caseríos que hacen parte de zonas no interconectadas a la red de

energía principal (ver Figura 24) (Diaz Corcobado & Carmona Rubio, 2010).

Figura 24. Ejemplos de instalaciones fotovoltaicas aisladas (Fotos tomadas de: https://es.digitaltrends.com/noticias/facebook- lanzara-un-satelite-para-dar-internet-gratuito-africa/ y https://actitudecologica.com/instalacion-solar-fotovoltaica-aislada/).

4.2.2.1.2 Instalaciones Fotovoltaicas Conectadas a Red

Cuenta con una característica principal en la cual la persona o empresa que realiza la instalación del sistema fotovoltaico se encuentra conectado a la red prestadora del servicio de energía y en la cual, en algunos casos, se pasa de ser un consumidor del sistema (carga) a poder suministrar la energía no consumida que se produzca en la instalación con el fin ayudar con la demanda del sistema (Diaz Corcobado & Carmona Rubio, 2010).

Este tipo de sistemas requieren de ciertas políticas acordadas con la empresa prestadora del servicio con el

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Figura 25. Instalación de 50kw de energía solar fotovoltaica en empresa de Orense (Fotografía tomada de:

https://www.edfsolar.es/instalacion-50kw-energia-solar-fotovoltaica-autoconsumo-empresa-orense/).

4.2.2.1.3 Elementos principales de una instalación fotovoltaica

Los elementos típicos que se pueden llegar a tener en una instalación fotovoltaica son (Diaz Corcobado & Carmona Rubio, 2010):

 Módulo fotovoltaico o panel solar: está formado por un conjunto de celdas solares conectadas eléctricamente entre sí, encapsuladas, enmarcadas y montadas sobre una estructura de soporte generalmente metálico. Proporciona una tensión directa en valores concretos de 6, 12, 24 Vdc,

dichos valores determinan el valor al que trabajará la instalación fotovoltaica(verFigura26).

Figura 26. Panel solar policristalino. (Imagen tomada de: http://www.solutec.com.mx/producto/panel-solar-policristalino- ubiquiti-sm-sp-260w-dc/).

Existen varios tipos de paneles en el mercado pero los que son generalmente implementados son:

 Silicio Cristalino (Monocristalino y multicristalino).

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Tabla 5. Diferencia de paneles solares según fabricación (Diaz Corcobado & Carmona Rubio, 2010).

 Regulador de carga: se usa principalmente para evitar que las baterías tengan situaciones de sobrecarga y/o fluctuaciones bruscas que puedan ver comprometida la vida útil de las mismas. El regulador trabaja en dos zonas principales las cuales son garantizar la carga suficiente a las baterías y la segunda asegura el suministro eléctrico diario suficiente y evita la descarga excesiva

de la batería (ver Figura 27).

Figura 27. Regulador para sistema fotovoltaico (Imagen tomada de: https://www.monsolar.com/blog/que-es-y-que-hace-un- regulador-de-carga-solar/).

 Batería o banco de baterías: estos dispositivos se usan para almacenar la energía que genera la instalación con el fin de garantizar una entrega de energía constante debido a que los paneles solares por si solos no tiene constancia en la entrega de energía por factores externos como la nubosidad, situación de día y noche, cambio de temperatura, estaciones, entre otras. La batería es un dispositivo que transforma la energía química en energía eléctrica.

 Inversor: este dispositivo se encarga principalmente de transformar la corriente continua de la instalación en corriente alterna a una frecuencia y valor de voltaje de acuerdo a la red eléctrica a la cual se encuentra conectada.

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Figura 28. Esquema de conexión de un inversor en una instalación fotovoltaica (Imagen tomada de:

http://www.cenitsolar.com/fotovoltaica_esquema.php).

4.2.2.2 Energía Solar Térmica

Este tipo de energía es aprovechada mediante la implementación de espejos que reflejan la luz solar hacia un punto específico haciendo que la temperatura en dicho punto aumente, generalmente se encuentra un líquido que esta calentado gracias a esta concentración de rayos el cual puede ser llevado para crear vapor y mover una turbina unida a un generador de energía eléctrica (IRENA, 2017).

Los sistemas que pueden llegar a aprovechar la energía solar térmica se puede clasificar en tres grupos (ENDESA, 2014):

 Sistemas de baja temperatura: el calentamiento del líquido, que generalmente es agua, se produce por debajo de su punto de ebullición (<100 °C). La mayor parte de los equipos basados en esta tecnología se aplican en la producción de agua caliente sanitaria y en climatización.

 Sistemas de media temperatura: se usan en las aplicaciones que por sus características industriales requieren una temperatura entre 100 y 300 °C, aplicaciones como calefacción, suministro de vapor, entre otras.

 Sistemas de alta temperatura: se emplean en aplicaciones donde se requiere temperaturas superiores a los 300 °C, un ejemplo claro de ésta aplicación se da en las centrales termosolares donde se requiere generar vapor de agua para lograr el movimiento de una turbina para generar energía eléctrica.

4.2.2.2.1 Central Termosolar

La central termosolar es una instalación que permite aprovechar la energía del Sol para producir electricidad mediante el ciclo termodinámico convencional de agua-vapor. Existen varias disposiciones de las centrales termosolares, las más comunes son (ENDESA, 2014):

 Centrales de Torre Central: Se dispone de un conjunto de espejos de dimensiones considerables direccionados que concentran los rayos del Sol en un punto. El calor producido se transfiere a un fluido que circula por el interior de la caldera y lo transforma en vapor, empezando así un ciclo

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Figura 29. Planta Termosolar de torre central de la empresa Abengoa situada en Sevilla España (Fotos tomadas de:

http://www.abengoa.es/web//es/noticias_y_publicaciones/galeria_videos/galeria_imagenes/energia/).

 Centrales de Colectores Distribuidos: Utilizan los llamados colectores de concentración individuales, es como si se tuviera múltiples centrales pequeñas de torre central, lo cual permite obtener, con buenos rendimientos, temperaturas de hasta 300 °C, suficientes para producir vapor a alta temperatura, que se usa para generar electricidad o también para otros procesos industriales (ver Figura 30).

Figura 30. Central Termosolar Palma del Río de Colectores Distribuidos de la empresa Acciona situada en Córdoba España (Fotos tomadas de: http://www.acciona-energia.com/es/salaprensa/galeria-imagenes/termosolar/).