ENERGIA FOTOVOLTAICA

1. Historia:

El termino fotovoltaico proviene del griego “Phos”, que significa luz y voltaico, referente a voltios, que proviene del campo de la electricidad. Este término se comenzó a utilizar en Inglaterra desde el año 1849.

El físico francés Becquerel descubrió el efecto fotovoltaico en 1839, pero la primera célula solar se construyó en 1883 por Charles Fritts, esta celda solar fue construida utilizando como semiconductor el Selenio con una muy delgada capa de oro, tenía una eficiencia del 1%. Debido al alto costo de esta celda se utilizó para usos diferentes a la generación de electricidad. Las aplicaciones de la celda de Selenio fueron para sensores de luz en la exposición de cámaras fotográficas.

. En 1905 Albert Einstein haya la explicación teórica del efecto fotoeléctrico. En 1946 hizo la patente de la célula solar.

En 1954 se fabrica la primera célula solar comercial con una conversión de la energía solar.

La primera nave espacial que adoptó esta tecnología fue el satélite norteamericano Vanguard 1, e impulsó la mejora de los paneles solares.

Actualmente la energía solar fotovoltaica se plantea como una solución para la reducción de emisiones de CO2, cada kilovatio de energía solar generada deja de emitir 0,311 Kg de CO2 en la atmosfera.

2. Funcionamiento.

2.1. Captación solar:

El proceso de la obtención de electricidad mediante fotones comienza a través de las placas fotovoltaicas, estas están formadas por celdas solares.

Podemos clasificar las células en tres tipos:

-Monocristalinas, están constituidas por un único cristal de silicio, aparte de en la producción, se suelen utilizar para módulos no conectados a la red: señales informativas, tabinas telefónicas, etc. Presentan un color azul oscuro uniforme.

-Policristalinas, están constituidas por un conjunto de cristales de silicio, su rendimiento sea algo inferior al de las células monocristalinas, por lo tanto es necesaria una instalación más extensa, se emplean en aeronáutica y se caracterizan por un color azul más intenso.

-Amorfas, son más económicas y tienen un rendimiento bajo aunque presenta pocos cambios de producción tanto en alta, como en baja temperatura, se suelen utilizar en dispositivos pequeños como calculadoras.

Las células solares están fabricadas con silicio de alta pureza. El silicio despojado de impurezas es un material ideal para transmitir electrones. Cada átomo tiene espacio para ocho electrones, aunque en estado natural solo llevan cuatro, por lo que tienen espacio para cuatro más. Cuando se chocan, se crea un fuerte vínculo pero no están cargados ni positiva ni negativamente.

Por esta razón, los paneles solares están hechos de silicio mezclado con otros materiales que generan cargas positivas o negativas, como por ejemplo el fósforo que tiene cinco electrones y el boro que tiene tres. Esto es así porque se deben crear cargas positivas y negativas para generar la electricidad.

Las placas negativas -con fósforo- y las positivas -con boro- se intercalan en el panel con hilos conductores entre ellos.

El Sol emite fotones que actúan como un martillo en movimiento, únicamente cuando las placas negativas se colocan de forma particular hacia el sol, por lo que los fotones bombardean esos átomos de silicio y fósforo, rompiendo electrones y liberando algunos.

La electricidad generada por una única célula solar no es mucha, pero unidas todas por los hilos conductores permite generar más energía. Lo que no se utiliza vuelve nuevamente a las placas negativas y el proceso comienza otra vez.

2.2. Regulación:

El regulador de carga, es el dispositivo encargado de proteger a la batería frente a sobrecargas y sobredescargas profundas.

El regulador de tensión controla constantemente el estado de carga de las baterías y regula la intensidad de carga de las mismas para alargar su vida útil. También genera alarmas en función del estado de dicha carga.

Los reguladores actuales introducen micro controladores para la correcta gestión de un sistema fotovoltaico. Su programación elaborada permite un control capaz de adaptarse a las distintas situaciones de forma automática, permitiendo la modificación manual de sus parámetros de funcionamiento para instalaciones especiales. Incluso los hay que memorizan datos que permiten conocer cuál ha sido la evolución de la instalación durante un tiempo determinado.

Para ello, consideran los valores de tensión, temperatura, intensidad de carga y descarga, y capacidad del acumulador.

Existen dos tipos de reguladores de carga, los lineales y los conmutados

Un regulador lineal emplea un transistor que funciona en la zona activa o lineal. Un regulador de conmutación emplea un transistor que conmuta entre la saturación y el corte. Debido a este hecho, el transistor funciona en la zona activa sólo durante el pequeño intervalo de tiempo en el que cambia de estado. Esta situación significa que la disipación de potencia del transistor de salida es mucho menor que en un regulador lineal.

2.3. Almacenaje:

La electricidad producida en los paneles solares no se consume en su totalidad, así como la captación de fotones se determina según la

orientación del Sol, limitando la producción en unas horas diarias, por lo tanto es necesario almacenar esta electricidad para el abastecimiento nocturno. Esta energía se almacena en acumuladores o baterías.

Existen diferentes tipos de baterías, baterías de litio, de níquel-cadmio, hidrogeno, etc. Pero las empleadas para acumular en los sistemas fotovoltaicos son las de tipo plomo-acido, muy similares a la empleadas en automoción.

El principio de funcionamiento de un acumulador está basado esencialmente en un proceso químico reversible llamado reducción-oxidación (también conocida como redox), un proceso en el cual uno de los componentes se oxida (pierde electrones) y el otro se reduce (gana electrones); es decir, un proceso cuyos componentes no resulten consumidos ni se pierdan, sino que meramente cambian su estado de oxidación y, que a su vez pueden retornar a su estado original en las circunstancias adecuadas. Estas circunstancias son, en el caso de los acumuladores, el cierre del circuito externo, durante el proceso de descarga, y la aplicación de una corriente, igualmente externa, durante la carga.

2.4. Conversión:

La corriente producida y almacenada es continua, esta se puede utilizar directamente con lámparas y electrodomésticos o transformarla a corriente alterna mediante un inversor.

Así la electricidad obtenida es apta para todos los electrodomésticos y aparatos.

Un inversor simple consta de un oscilador que controla a un transistor, el cual se utiliza para interrumpir la corriente entrante y generar una onda rectangular.

Esta onda rectangular alimenta a un transformador que suaviza su forma, haciéndola parecer un poco más una onda senoidal y produciendo el voltaje de salida necesario.