Energía Solar: Sistemas Fotovoltaicos

La energía solar es la energía obtenida mediante la captación de la luz y el calor emitidos por el sol.

La radiación solar que alcanza la Tierra puede aprovecharse por medio del calor que produce a través de la absorción de la radiación, por ejemplo en dispositivos ópticos o de otro tipo. Es una de las llamadas energías renovables, particularmente del grupo no contaminante, conocido como energía limpia o energía verde.

La luz que irradia el sol puede ser utilizada con fines de todo tipo, si se transforma la misma en energía eléctrica. Y esto es posible gracias al uso de paneles solares, un artefacto que se encuentra constituido por una serie de celdas denominadas células fotovoltaicas que, tal y como indica el nombre (foto: luz, voltaico: electricidad), transforman la energía lumínica en energía eléctrica.

Al ser la energía solar una energía totalmente renovable, su uso es muy conveniente ya que provee una gran cantidad de beneficios, desde que es totalmente ecológica hasta que no se debe pagar por su uso, a diferencia de cómo sucede con la energía eléctrica hoy en día.

Sistema solar fotovoltaico

Para poder hacer uso de la energía del sol se debe instalar todo un sistema que sea capaz de transformar la radiación solar en energía eléctrica que pueda abastecer una vivienda o un grupo de ellas. A continuación se presentan los componentes necesarios para el sistema fotovoltaico.

Celdas fotovoltaicas

Una celda fotovoltaica es el componente que capta la energía contenida en la radiación solar y la transforma en una corriente eléctrica, basado en el efecto fotovoltaico que produce una corriente eléctrica cuando la luz incide sobre algunos materiales.

Las celdas fotovoltaicas son hechas principalmente de un grupo de minerales semiconductores, de los cuales el silicio, es el más usado. El silicio se encuentra abundantemente en todo el mundo porque es un componente mineral de la arena. Sin embargo, tiene que ser de alta pureza para lograr el efecto fotovoltaico, lo cual encarece el proceso de la producción de las celdas fotovoltaicas.

Una celda fotovoltaica tiene un tamaño de 10 por 10 centímetros y produce alrededor de un vatio a plena luz del día. Normalmente las celdas fotovoltaicas son color azul oscuro. La mayoría de los paneles fotovoltaicos consta de 36 celdas fotovoltaicas.

Generalmente las celdas fotovoltaicas están protegidas mediante una cubierta posterior de aluminio o madera y una pared frontal de vidrio antirreflectante.

Batería

Debido a que la radiación solar es un recurso variable, en parte previsible (ciclo día-noche), en parte imprevisible (nubes, tormentas); se necesitan equipos apropiados para almacenar la energía eléctrica cuando existe radiación y para utilizarla cuando se necesite. El almacenamiento de la energía eléctrica producida por los módulos fotovoltaicos se hace a través de las baterías. Estas baterías son construidas especialmente para sistemas fotovoltaicos.

Las baterías fotovoltaicas son un componente muy importante de todo el sistema pues realizan tres funciones esenciales para el buen funcionamiento de la instalación:

• Almacenan energía eléctrica en periodos de abundante radiación solar y/o bajo consumo de energía eléctrica. Durante el día los módulos solares producen más energía de la que realmente se consume en ese momento. Esta energía que no se utiliza es almacenada en la batería.

• Proveen la energía eléctrica necesaria en periodos de baja o nula radiación solar. Normalmente en aplicaciones de electrificación rural, la energía eléctrica se utiliza intensamente durante la noche para hacer funcionar tanto lámparas o bombillas así como un televisor o radio, precisamente cuando la radiación solar es nula. Estos aparatos pueden funcionar correctamente gracias a la energía eléctrica que la batería ha almacenado durante el día.

• Proveen un suministro de energía eléctrica estable y adecuado para la utilización de aparatos eléctricos. La batería provee energía eléctrica a un voltaje relativamente constante y permite, además, operar aparatos eléctricos que requieran de una corriente mayor que la que pueden producir los paneles (aún en los momentos de mayor radiación solar). Por ejemplo, durante el encendido de un televisor o durante el arranque de una bomba o motor eléctrico.

Regulador o controlador de carga

Este es un dispositivo electrónico, que controla tanto el flujo de la corriente de carga proveniente de los módulos hacia la batería, como el flujo de la corriente de descarga que va desde la batería hacia las lámparas y demás aparatos que utilizan electricidad. Si la batería ya está cargada, el regulador interrumpe el paso de corriente de los módulos hacia ésta y si ella ha alcanzado su nivel máximo de descarga, el regulador interrumpe el paso de corriente desde la batería hacia las lámparas y demás cargas.

Existen diversas marcas y tipos de reguladores. Es aconsejable adquirir siempre un regulador de carga de buena calidad y apropiado a las características de funcionamiento (actuales y futuras) de la instalación fotovoltaica. También, se recomienda adquirir controladores tipo serie con desconexión automática por bajo voltaje (LVD) y con indicadores luminosos del estado de carga. Estas opciones permiten la desconexión automática de la batería cuando el nivel de carga de ésta ha descendido a valores peligrosos.

Generalmente, el regulador de carga es uno de los elementos más confiables de todo sistema fotovoltaico, siempre y cuando se dimensione e instale correctamente.

Inversor de voltaje

Tal como lo dice su nombre, los inversores de voltaje transforman la corriente continua (CC) de baja tensión (12V, 24V, 32V  36V ó 48V) en corriente alterna (AC) de alta tensión (110V, 220V). El cambio de voltaje es necesario dado  que los aparatos eléctricos se alimentan de uno u otro tipo de corriente. Como referencia, la gran mayoría de los aparatos eléctricos presentes en hogares  y oficinas requieren de corriente alterna.

Los inversores de voltaje presentes en un sistema fotovoltaico transforman la corriente continua generada en los  paneles solares en corriente alterna para que pueda ser utilizada por los distintos aparatos eléctricos.

Una vez que  la corriente continua entra al inversor de voltaje, ya sea proveniente de la celda solar o desde una batería de ciclo profundo,  ésta es conducida  al  transformador que se encuentra almacenado dentro del inversor de voltaje. El inversor de voltaje de una u otra manera “burla” al transformador forzando a la corriente continua a actuar como si fuese corriente alterna. Esto se logra mediante la interrupción permanente de la corriente continua; pasándola a través de dos o más transistores que se encienden y apagan continuamente.

Los sistemas fotovoltaicos sirven principalmente para proveer electricidad para equipos de bajo consumo eléctrico tales como lámparas, radios, computadores, planchas, hervidores, microondas, pequeños televisores, etc.

Para electrodomésticos más grandes como refrigeradores, televisores, lavadoras, secadoras y otros compuestos por grandes motores o cuyo consumo eléctrico sea mayor, los sistemas fotovoltaicos no son los más apropiados, puesto que para satisfacer ese tipo de equipos se necesitarían muchos paneles que encarecerían demasiado su costo.

Para poder obtener una mayor cantidad de energía eléctrica sería conveniente combinar el sistema fotovoltaico con uno de mayor potencias como es el caso de la energía eólica.