Ante los nuevos retos en materia de energías limpias los paneles solares fotovoltaicos se han convertido en una opción favorable y se han posicionado estratégicamente en el panorama del futuro de la energía para uso residencial e industrial.
En México, las tecnologías de energía renovable a pequeña escala representan una alternativa económica y ambiental factible para la provisión de energía. La región cuenta con suficientes recursos para desarrollar el potencial de energía solar fotovoltaica. Según la International Renewable Energy Agency (IRENA) (2015), México se encuentra entre 15° y 35° de latitud, región considerada la más favorecida en recursos solares, donde se recibe diariamente, en promedio, 5.5 Kwh/m2 (la unidad de medición de radiación solar).
Adicionalmente, estas tecnologías de energías limpias, pueden disminuir la contaminación del medio ambiente, causada por las emisiones de gases de los sistemas convencionales, que utilizan combustibles fósiles, como el carbón y productos derivados del petróleo. Estos gases contribuyen al efecto invernadero y al calentamiento global de nuestro planeta.
Qué es la energía solar fotovoltaica?
La energía solar fotovoltaica es aquella que se obtiene por medio de la transformación directa de la energía del sol en energía eléctrica. Dicha transformación se realiza a través del uso de módulos y células solares fotovoltaicas conectados entre sí en circuitos serie que permiten el aprovechamiento de la conversión de energía solar en corriente eléctrica. Así mismo, las disposiciones orientadas a voltaje permiten capturar y distribuir la energía generada a un nivel de DC de 12V, 24 V, 48 V individual utilizando unos strings series de 120V DC o 240V DC. La conversión fotovoltaica de energía solar en electricidad se realiza a partir de uniones de materiales semiconductores que forman capas de p y n en superficies dopadas donde los fotones viniendo del sol superan el bandgap foto-electrónico, lo cual genera un flujo de electrones. El efecto fotovoltaico es la base de tal conversión. De la misma forma, tenemos otros efectos co-relacionados: El Efecto Fotoeléctrico, El Efecto Peltier, El Efecto Termoeléctrico – Efecto Seebeck, El Efecto Hall, El Efecto Faraday y El Efecto Pockels.
El Efecto Fotovoltaico permite que en un material con exposición a la luz o en general a la luz solar se pueda generar un voltaje o corriente eléctrica. El Efecto Fotovoltaico se produce en materiales con propiedades físico químicas especiales, como lo son los materiales semiconductores: Uniones de Silicio (Si), Uniones de Germanio (Ge), Uniones Selenio-Oro (Se-Au), entre otras uniones de materiales de similares características como Cadmiun-Telluride (Cd-Te), Gallium-Arsenide (Ga-As) y Copper-Indium-Diselenide (CIS). El Efecto Fotovoltaico está muy relacionado con el Efecto Fotoeléctrico. En ambos la luz es absorbida, produciendo la excitación de un electrón u otro portador de carga a un nivel más elevado de energía. La principal diferencia es que en el Efecto Fotoeléctrico, el electrón es liberado fuera del material (usualmente en el vacío), y en el Efecto Fotovoltaico, el portador de carga excitado se mantiene dentro del material, moviéndose y generando una diferencia de potencial. En cualquiera de los casos, el potencial eléctrico o voltaje es producido por la separación de cargas, y la luz tiene que tener suficiente energía para sobrepasar la barrera de potencial de excitación.
Paneles Solares Historia
El Efecto Fotovoltaico fue observado por primera vez por el físico francés AE Becquerel en 1839. Desarrolló su descubrimiento en Les Comptes Rendus de l'Académie des Sciences, "La producción de una corriente eléctrica cuando dos placas de platino u oro se sumergen en un ácido, neutro, o solución alcalina están expuestos de manera desigual a la radiación solar". La primera célula solar, que consiste en una capa de selenio cubierta con una delgada película de oro, fue experimentada por Charles Fritts en 1884, pero tenía una eficiencia muy pequeña. Fritts cubrió el material semiconductor Selenio con una capa extremadamente delgada de oro. Las células resultantes tenían una eficiencia eléctrica de conversión de solo aproximadamente el 1% debido a las propiedades del selenio, que en combinación con el alto costo del material evitaba el uso de tales células para el suministro de energía. Sin embargo, las células de Selenio encontraron otras aplicaciones, por ejemplo, como sensores de luz para el tiempo de exposición en las cámaras fotográficas, donde eran comunes hasta la década de 1960.
Paneles Solares Funcionamiento
Los módulos de Celdas Fotovoltaicas en la actualidad están compuestas de varias Celdas interconectados entre sí, con un tamaño exterior de largo aproximado de unos 1660 mm, un ancho aproximado de 830 mm y un espesor aproximado de 50 mm. Las Celdas se encuentran dentro de un Frame de aluminio con una parte frontal protegida con un vidrio especial de alta transparencia, que deja pasar los rayos de luz solar y son absorbidos por las Celdas Fotovoltaicas. Por la parte posterior, un material de alta resistencia que soporta la parte delantera y tiene una alta resistencia mecánica capaz de soportar todo el peso y los esfuerzos mecánicos requeridos. Estos módulos generan un voltaje de 24V DC, una corriente máxima de 7,70 A y una potencia máxima de unos 185W con una eficiencia de conversión del 12% aproximadamente. De manera experimental, el pasado año 2016 se obtuvieron eficiencias máximas totales de hasta un 46% con uniones Ga-As Gallium-Arsenide con Concentrador (Fraunhofer ISE).
En la actualidad, las aplicaciones en la generación de energía de tamaño mediano se basa en Paneles Solares Fotovoltaicos planos ubicados en techos, edificios y en los campos. Las aplicaciones industriales localizan miles de Paneles Fotovoltaicos en los desiertos, así como áreas donde una gran cantidad de colectores pueden ser localizados e interconectados en bajo voltaje utilizando estructuras mecánicas especializadas, obras civiles y sistemas de cableado, conversión DC/AC y baterías. Una considerable cantidad de potencia se genera y puede ser utilizada de inmediato con fines residenciales, industriales, carga de los sistemas de energía en batería, o se inyecta directamente a la Red Eléctrica.
Paneles Solares Beneficios
Los paneles solares fotovoltaicos funcionan como energía renovable, es decir, a partir de una fuente de energía inagotable como lo es la luz que emana del sol. Su utilización no solo representa beneficios ambientales sino también económicos.
Esto son algunos de los beneficios más importantes:
Los paneles solares fotovoltaicos pueden instalarse a gran escala, para producir energía en grandes cantidades, para usos industriales, o en forma de pequeñas instalaciones residenciales.
En América Central, particularmente México, dispone de abundante radiación solar.
La tecnología fotovoltaica requiere de un mínimo mantenimiento. Su vida útil aproximada es de 30 años.
Los paneles solares pueden presentar un exceso de energía; cuando esto sucede, la electricidad sobrante regresa a la red y se genera un saldo a favor.
Los paneles solares son una forma de producir energía limpia ya que no necesitan de procesos químicos ni combustión. Es decir, no emiten ningún tipo de sustancias contaminantes a la atmósfera y no contribuyen al cambio climático y al efecto invernadero.
La instalación de los sistemas fotovoltaicos individuales es simple, rápida y sólo requiere de herramientas y equipos de medición básicos.
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