La energía fotovoltaica (PV) es un método de generación de energía eléctrica mediante la conversión de la radiación solar en electricidad de corriente continua utilizando semiconductores que exhiben el efecto fotovoltaico. La generación de energía fotovoltaica emplea paneles solares que comprenden varias células que contienen un material fotovoltaico. Los materiales utilizados actualmente para la energía fotovoltaica incluyen silicio monocristalino , silicio policristalino, silicio amorfo, telururo de cadmio y seleniuro/sulfuro de indio y cobre.
Debido a la creciente demanda de fuentes de energía renovables , la fabricación de células solares y paneles fotovoltaicos ha avanzado considerablemente en los últimos años. [1] [2] [3] Este artículo explora los componentes de un sistema fotovoltaico, describe su función e importancia y funciona como una guía inicial para quienes deseen invertir en un sistema fotovoltaico.
Contenido
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Todos los días en todo el mundo, el sol brilla sobre la tierra. La energía de los fotones del sol se puede convertir en energía eléctrica. El término para este proceso es efecto fotovoltaico .
La primera celda fotovoltaica fue construida por Charles Fritts, quien construyó una celda de 30 cm a partir de selenio y oro en 1883. [4] La tecnología fotovoltaica moderna de silicio fue descubierta en 1954 por investigadores de los Laboratorios Bell, quienes accidentalmente desarrollaron la unión pn que permite fotovoltaica para producir electricidad útil. [5] En 1958, la NASA comenzó a utilizar energía fotovoltaica como sistema de energía de respaldo para sus satélites. [4] La primera residencia alimentada por energía solar se construyó en la Universidad de Delaware en 1973, y el primer proyecto fotovoltaico a escala de megavatios se instaló en California en 1984. [4]
Desde el primer panel solar disponible comercialmente en la década de 1960, la tecnología fotovoltaica (PV) ha seguido siendo explorada y desarrollada en todo el mundo (Pratt & Schaeffer 51). El desarrollo constante de esta tecnología ha dado como resultado un nivel cada vez mayor de eficiencia y paneles fotovoltaicos que son más asequibles que nunca, aunque inicialmente siguen siendo caros. Hoy en día, los seres humanos continúan buscando nuevas formas de hacer que la tecnología fotovoltaica sea una opción viable para todos en todo el mundo. Dado que la mayoría de nosotros no estamos estudiando el nivel atómico de esta tecnología, podemos ayudar de otras maneras: adquiriendo y difundiendo esa comprensión de la energía fotovoltaica, así como ayudando a otros a obtener acceso a los sistemas solares o fotovoltaicos.
En 2010, la energía solar fotovoltaica genera electricidad en más de 100 países y, aunque representa una pequeña fracción de los 4,8 TW de capacidad global de generación de energía de todas las fuentes, es la tecnología de generación de energía de más rápido crecimiento en el mundo. Entre 2004 y 2009, la capacidad fotovoltaica conectada a la red aumentó a una tasa promedio anual del 60 por ciento, a unos 21 GW . [6] Estas instalaciones pueden estar montadas en el suelo (y a veces integradas con la agricultura y el pastoreo) [7] o integradas en el techo o las paredes de un edificio, lo que se conoce como energía fotovoltaica integrada en edificios o BIPV para abreviar. [8] La energía fotovoltaica aislada representa entre 3 y 4 GW adicionales. [6] Impulsado por los avances en la tecnología y los aumentos en la escala y la sofisticación de la fabricación, el costo de la energía fotovoltaica ha disminuido constantemente desde que se fabricaron las primeras células solares. [9] La medición neta y los incentivos financieros, como las tarifas de alimentación preferenciales (por ejemplo, [10] ) para la electricidad generada por energía solar, han apoyado las instalaciones de energía solar fotovoltaica en muchos países.
Ventajas
La tecnología fotovoltaica presenta una serie de ventajas únicas sobre las tecnologías de generación de energía convencionales. Los sistemas fotovoltaicos pueden diseñarse para una variedad de aplicaciones y requisitos operativos, y pueden usarse para generación de energía centralizada o distribuida. Los sistemas fotovoltaicos no tienen partes móviles, son modulares, fácilmente ampliables e incluso transportables en algunos casos. La luz del sol es gratuita y no se genera ruido ni contaminación debido al funcionamiento de los sistemas fotovoltaicos. Los paneles solares ni siquiera necesitan luz solar directa para generar electricidad. [11] Los paneles fotovoltaicos no requieren el uso de combustibles fósiles como carbón, petróleo o gas natural en el proceso de producción de energía. Alternativamente, las fuentes de combustible convencionales han creado una serie de problemas ambientales, a saber, calentamiento global, lluvia ácida, smog, contaminación del agua, llenado rápido de los sitios de eliminación de desechos, destrucción del hábitat por derrames de petróleo y pérdida de recursos naturales (Solar Energy International 2004). . Los módulos fotovoltaicos utilizan silicio como componente principal. Las células de silicio fabricadas a partir de una tonelada de arena producen tanta electricidad como la quema de 500.000 toneladas de carbón (Solar Energy International 2004). Los sistemas fotovoltaicos bien diseñados e instalados correctamente requieren un mantenimiento mínimo y tienen una larga vida útil. Si se mantienen adecuadamente [12] (limpios y protegidos), los paneles fotovoltaicos pueden durar hasta treinta años o más. Otros aspectos del sistema, como la batería, tienen una vida útil mucho más corta y es posible que sea necesario reemplazarlos después de varios años de uso.
Solar Energy International (2004) indica que existen muchos otros beneficios a considerar a la hora de elegir la tecnología fotovoltaica:
- Fiabilidad : Incluso en las condiciones más duras, los sistemas fotovoltaicos mantienen el suministro de energía eléctrica. En comparación, las tecnologías convencionales a menudo no logran suministrar energía en los momentos más críticos.
- Durabilidad : En general los módulos llevan una garantía del 80% de su potencia nominal durante 20 o más años. Por lo tanto, el peor de los casos es una disminución esperada del 1% en el rendimiento por año. Ha habido varios estudios que muestran una degradación incluso menor, alrededor del 0,2%/año. Los módulos fotovoltaicos producen más energía durante su vida útil de la que se necesita para producirlos. [13]
- Bajo costo de mantenimiento : los sistemas fotovoltaicos no requieren inspección o mantenimiento frecuentes. El transporte de suministros puede resultar costoso, pero estos costos suelen ser menores que con los sistemas convencionales.
- Sin costo de combustible : dado que no hay una fuente de combustible, no se requieren gastos para comprar, almacenar o transportar combustible.
- Contaminación acústica reducida : los sistemas fotovoltaicos funcionan de forma silenciosa y con un movimiento mínimo.
- Modularidad fotovoltaica : a diferencia de los sistemas convencionales, se pueden agregar módulos a los sistemas fotovoltaicos para aumentar la potencia disponible.
- Seguridad : Los sistemas fotovoltaicos no requieren el uso de combustibles y son muy seguros cuando se diseñan e instalan correctamente.
- Independencia : los sistemas fotovoltaicos pueden funcionar independientemente de los sistemas de red. Esta es una gran ventaja para las comunidades rurales en países que carecen de infraestructura básica.
- Descentralización de la red eléctrica : Las centrales eléctricas descentralizadas de pequeña escala reducen la posibilidad de cortes de energía, que suelen ser frecuentes en la red eléctrica. Ver: Generación distribuida
- Rendimiento a gran altitud : cuando se utiliza energía solar, la producción de energía se optimiza en elevaciones más altas. Esto es muy ventajoso para comunidades aisladas a gran altitud donde los generadores diésel deben reducirse debido a la pérdida de eficiencia y producción de energía.
Al compensar la necesidad de energía convencional, la energía solar distribuida ofrece beneficios mensurables desde la perspectiva de la red, que incluyen: [14]
- Precios más bajos en el mercado eléctrico convencional debido a la reducción de la demanda punta
- Valiosa cobertura de precios al utilizar un combustible renovable y gratuito en lugar de combustibles fósiles de precio variable
- Costos evitados de nueva infraestructura de transmisión y distribución para gestionar el suministro de electricidad desde plantas de energía centralizadas;
- Reducción de la necesidad de construir, operar y mantener plantas generadoras de gas natural.
- Reducción de cortes debido a un sistema de energía eléctrica distribuida más confiable
- Reducción de los costos futuros de mitigar los impactos ambientales del carbón, el gas natural, la energía nuclear y otras generaciones.
- Aumento de los ingresos fiscales asociados con la creación de empleo local, que es mayor para la generación de energía solar que para la generación de energía convencional. Vea este ejemplo de generación de ingresos para el gobierno canadiense mediante el apoyo a la fabricación fotovoltaica. [15]
Desventajas
La energía solar es una fuente de energía bastante inagotable, pero eso no se traduce necesariamente en que la fotovoltaica sea la misma. Los sistemas fotovoltaicos son:
- Debe pagar todo al principio . Los precios de los módulos, los generadores, han bajado entre un 20% y un 40% cada año durante los últimos 7 años. Lo que alguna vez fue una tecnología costosa y subsidiada (1995-2009) ahora es asequible y rentable en regiones soleadas, incluso en EE. UU. y el sur de Europa (2012). Los crecientes precios de la energía también han hecho que los paneles solares sean más rentables, ya que su período de recuperación de la inversión se ha reducido. En promedio, los hogares del Reino Unido ven que los paneles solares se amortizan 2,5 años más rápido luego de la implementación del límite de precios de Ofgem en abril de 2022, [16] en el que el costo de la energía aumentó un 54% para la mayoría de los hogares. [17] Los componentes del sistema son costosos de reemplazar. El coste de un sistema fotovoltaico típico en EE.UU. oscila entre 2 y 6 dólares por Wp [18]. Por lo tanto, alimentar una casa típica de EE.UU. con un sistema de 5 kW cuesta entre 10.000 y 30.000 dólares. Para hogares más eficientes y aquellos que tienen cargas eléctricas más modestas (por ejemplo, unos pocos LED de alta eficiencia), los costos son considerablemente menores. Para conocer los precios actuales de energía fotovoltaica, consulte http://www.solarbuzz.com/ . Una reciente escasez de silicio de grado solar detuvo la reducción de costos que había durado décadas a medida que aumentaba la capacidad de fabricación. La tendencia a la baja de los costes se está restableciendo a medida que se ponen en funcionamiento más plantas de silicio W de grado solar. Además, a medida que se inicia la fabricación verdaderamente a gran escala utilizando simbiosis industrial, se prevé que la energía solar fotovoltaica sea competitiva en costos con la electricidad proporcionada por la red . [19]
- Alta tecnología : su creación requiere mano de obra calificada, aunque la operación y el mantenimiento de las células fotovoltaicas son relativamente fáciles. Actualmente no existen buenos métodos para que la gente pueda fabricar sus propios sistemas fotovoltaicos a partir de materiales locales. La naturaleza de alta tecnología otorga una gran ventaja a la escala de producción con las tecnologías actuales.
- Algunos materiales fotovoltaicos son tóxicos . Por ejemplo, el cadmio en las células solares de telururo de cadmio. Muchos autores han argumentado que en el propio panel el Cd está a salvo del medio ambiente, pero exige un tratamiento cuidadoso al final de su vida.
- Intermitente : las células solares sólo producen electricidad cuando brilla el sol. Por la noche o con mal tiempo, necesitará baterías de almacenamiento o una fuente de energía secundaria. (Por otro lado, los paneles solares son excelentes para equilibrar la carga porque el uso máximo de electricidad y la generación solar máxima ocurren en días calurosos y soleados).
Hay dos desventajas que los ambientalistas suelen utilizar en relación con la alta tecnología fotovoltaica:
- Contaminación de la producción : los combustibles fósiles se utilizan ampliamente para extraer, producir y transportar paneles fotovoltaicos. Estos procesos también conllevan las correspondientes fuentes de contaminación . Esto es cierto para casi cualquier producto fabricado hoy en día. Afortunadamente, el análisis del ciclo de vida de un sistema fotovoltaico es neto positivo para el medio ambiente porque puede compensar la producción de energía de combustibles fósiles durante su vida útil de aproximadamente 25 años o más.
- Alto costo de energía : requiere mucha energía para producir. En el pasado incluso se argumentó que se necesitaba más energía para producir de la que consumían. Esto simplemente está mal. [20] En este artículo, los autores muestran claramente que los tres tipos de materiales fotovoltaicos (PV), que constituyen la mayor parte del mercado solar activo: células solares monocristalinas, policristalinas y de silicio amorfo, se amortizan en términos de energía en unos cuantos años (1-5 años) . Por lo tanto, generan suficiente energía a lo largo de su vida para reproducirse muchas veces (6-31 reproducciones) dependiendo del tipo de material, el equilibrio del sistema y la ubicación geográfica del sistema.
Instalación de sistema fotovoltaico.
Esta página proporciona una guía sobre cómo instalar un sistema fotovoltaico.
Aquí encontrará información sobre cómo se debe realizar un análisis del sitio para determinar la mejor ubicación para el mismo, así como cómo se debe realizarel dimensionamiento .
Más adelante, encontrará una lista de componentes para construir el sistema (incluyendo celda , panel o módulo , matriz , batería de ciclo profundo , controlador de carga , regulador de voltaje , desconexión de bajo voltaje , inversor , carga , medidor , protección contra sobrecorriente y generador ).
Finalmente, se proporcionainformación sobre cómo proceder con el cableado .
Advertencia : Antes de plantearte instalar cualquier tipo de sistema fotovoltaico, primero debes trabajar para optimizar la eficiencia energética de tu hogar .
Solar térmica fotovoltaica
El objetivo de los sistemas híbridos de energía solar térmica fotovoltaica (PVT) es producir calor y electricidad en un área más pequeña que si tuviera tanto un panel fotovoltaico como un sistema solar térmico . El diseño actual de PVT es tener un panel solar pegado a un sistema solar térmico. El propósito de PVT es utilizar el sistema solar térmico para enfriar las células fotovoltaicas para que funcionen mejor, ya que las células solares se degradan con temperaturas superiores a 25 ° C. Sin embargo, esto significa que el aspecto térmico del PVT tiene una eficiencia significativamente menor en comparación con solo un sistema solar térmico (máximo 50 % de eficiencia en comparación con más de 70 % de eficiencia).
Notas
Hay cambios mucho más rentables que implementar sistemas fotovoltaicos en los hogares. Por ejemplo, gastarlo en agua caliente solar y eficiencia energética, y posiblemente incluso en compensaciones de carbono, tiene un efecto mucho mayor en la reducción de su huella de carbono/ecológica. [ se necesita verificación ]
Proyectos relacionados
Sistemas
Dispositivos
Ver también
- Conferencias Abiertas sobre Solar Fotovoltaica
- Módulos fotovoltaicos disponibles comercialmente
- Vehículo con carga solar
- Sistema fotovoltaico doméstico con medición neta
- Orientación óptima de los captadores de energía solar.
- Solar holográfico
- Mantenimiento de su Sistema Eléctrico Solar
- Programación de un registrador de datos CR1000
- Refrigeración para los países en desarrollo
- Montaje en tierra solar fotovoltaica
- Iluminación rural
- Preguntas frecuentes sobre células solares fotovoltaicas
- Mapas de radiación solar
- Recubrimientos selectivos espectrales - equipos
- PVTOM : un software desarrollado para simular y optimizar sistemas híbridos de energía fotovoltaica y de trigeneración en función del desempeño técnico, económico y de emisiones.
- Estantería solar fotovoltaica de código abierto para bricolaje
- Lámparas fluorescentes de cátodo frío
- Iluminación de estado sólido
- Software solar fotovoltaico
- Medición de recursos solares para aplicaciones fotovoltaicas
- Galería fotovoltaica de Humboldt
- Cómo identificar paneles solares falsos: 5 cosas que debes comprobar y nunca ser estafado
enlaces externos
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Referencias
- Pratt, Doug y John Schaeffer. Libro fuente de vida solar. Décimo. NV: Compañía editorial Chelsea Green, 1999.
- ↑ Mercado fotovoltaico alemán
- ↑ BP Solar ampliará sus plantas de células solares en España e India
- ^ Electricidad solar barata y a gran escala
- ^ Saltar a:4,0 4,1 4,2 Luque, A. y S. Hegedus (2003), Manual de ciencia e ingeniería fotovoltaica, Wiley, Hoboken, Nueva Jersey.
- ^ Goetzberger, A. y VU Hoffmann (2005), Generación de energía solar fotovoltaica, Springer, Nueva York, NY.
- ↑ Saltar a:6.0 6.1 REN21 . Informe sobre la situación mundial de las energías renovables 2010 p. 19.
- ^ GE invierte y entrega una de las plantas de energía solar más grandes del mundo
- ↑ Edificio fotovoltaico integrado
- ^ Richard M. Swanson. Energía fotovoltaica, ciencia , vol. 324, 15 de mayo de 2009, pág. 891.
- ^ https://www.ofgem.gov.uk/environmental-and-social-schemes/feed-tariffs-fit
- ^ https://www.makemyhousegreen.com/green-guides/do-solar-panels-need-direct-sunlight/
- ↑ Para ver un muy buen artículo resumido sobre operación y mantenimiento de sistemas grandes, consulte la parte 1: [1] y la parte 2: [2] .
- ^ Joshua Pearce y Andrew Lau, "Análisis de energía neta para la producción de energía sostenible a partir de células solares basadas en silicio" , Actas de la Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos Solar 2002: Sunrise on the Reliable Energy Economy, editor R. Cambell-Howe, 2002.
- ↑ Resumen; http://web.archive.org/web/20121110185859/http://www.onlinetes.com:80/solar-energy-bargain-nj-pa-11912.aspx
- ^ K. Branker y JM Pearce, " Retorno financiero del apoyo gubernamental a la fabricación de energía solar fotovoltaica de película delgada a gran escala en Canadá ", Energy Policy 38 , págs. 4291–4303 (2010). Acceso abierto
- ^ https://www.makemyhousegreen.com/green-guides/press-release-solar-panels-roi-2-5-years-faster/
- ^ https://www.ofgem.gov.uk/publications/price-cap-increase-ps693-april
- ↑ Una buena medida general es duplicar el precio del módulo para tener en cuenta los componentes del sistema y la instalación; para obtener promedios actualizados sobre los costos del panel, consulte la encuesta de precios minoristas aquí .
- ^ Pearce, JM 2008. "Simbiosis industrial para la fabricación fotovoltaica a muy gran escala", Energía renovable 33, págs. [3]
- ^ Para obtener un análisis detallado de los costos energéticos del ciclo de vida de las células solares, consulte: Joshua Pearce y Andrew Lau, "Net Energy Analysis For Sustainable Energy Production From Silicon Based Solar Cells" , Actas de la Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos Solar 2002: Sunrise on the Economía energética confiable, editor R. Cambell-Howe, 2002.