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Energía Solar Tecnovasol

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Un panel solar (o módulo solar) es un dispositivo que aprovecha la energía de la radiación solar. El término comprende a los colectores solares utilizados para producir agua caliente (usualmente doméstica) mediante energía solar térmica y a los paneles fotovoltaicos utilizados para generar electricidad mediante energía solar fotovoltaica.

Colector solar térmico[editar]

Dos colectores solares planos, instalados en un tejado.
Generación de agua caliente con una instalación de circuito cerrado.

Un calentador solar de agua usa la energía del Sol para calentar un líquido, el cual transfiere el calor hacia un compartimento de almacenado de calor. En una casa, por ejemplo, el agua caliente sanitaria puede ser calentada y almacenada en un depósito de agua caliente.

Los paneles tienen una placa receptora y conductos por los que circula líquido adheridos a ésta. El receptor (generalmente recubierto con una capa selectiva utilizado o almacenado). El líquido calentado es bombeado hacia un aparato intercambiador de energía (una bobina dentro del compartimento de almacenado o un aparato externo) donde deja el calor y luego circula de vuelta hacia el panel para ser recalentado. Esto provee una manera simple y efectiva de transferir y transformar la energía solar.

Energía solar fotovoltaica

El árbol solar, símbolo de la ciudad deGleisdorfAustria

Descripción de un panel

Los paneles fotovoltaicos: están formados por numerosas celdas que convierten la luz en electricidad. Las celdas a veces son llamadas células fotovoltaicas, del griego "fotos", luz. Estas celdas dependen del efecto fotovoltaico por el que la energía lumínica produce cargas positiva y negativa en dos semiconductores próximos de diferente tipo, produciendo así un campo eléctrico capaz de generar una corriente.

Silicio cristalino y arseniuro de galio son la elección típica de materiales para celdas solares. Los cristales de arseniuro de galio son creados especialmente para uso fotovoltaico, mientras que los cristales de silicio están disponibles en lingotes estándar más baratos producidos principalmente para el consumo de la industria microelectrónica. El silicio policristalino tiene una menor eficacia de conversión, pero también menor coste.

Cuando es expuesto a luz solar directa, una celda de silicio de 6 cm de diámetro puede producir una corriente de alrededor 0,5 amperios a 0,5 voltios (equivalente a un promedio de 90 W/m², en un rango de usualmente 50-150 W/m², dependiendo del brillo solar y la eficacia de la celda). El arseniuro de galio es más eficaz que el silicio, pero también más costoso.

Las células de silicio más comúnmente empleadas en los paneles fotovoltaicos se puede dividir en tres subcategorías:

  • Las células de silicio monocristalino están constituidas por un único cristal de silicio. Este tipo de células presenta un color azul oscuro uniforme.
  • Las células de silicio policristalino (también llamado multicristalino) están constituidas por un conjunto de cristales de silicio, lo que explica que su rendimiento sea algo inferior al de las células monocristalinas. Se caracterizan por un color azul más intenso.
  • Las células de silicio amorfo. Son menos eficientes que las células de silicio cristalino pero también menos costosas. Este tipo de células es, por ejemplo, el que se emplea en aplicaciones solares como relojes ocalculadoras.

Los lingotes cristalinos son cortados en discos finos como una oblea, pulidos para eliminar posibles daños causados por el corte. Se introducen dopantes (impurezas añadidas para modificar las propiedades conductoras) dentro de las obleas, y se depositan conductores metálicos en cada superficie: una fina rejilla en el lado donde da la luz solar y usualmente una hoja plana en el otro. Los paneles solares son construidos con estas celdas cortadas en forma apropiada. Para protegerlos de daños en la superficie frontal causados por radiación o por el mismo manejo de éstos se los enlaza en una cubierta de vidrio y se cimentan sobre un sustrato (el cual puede ser un panel rígido o una manta blanda). Se realizan conexiones eléctricas en serie-paralelo para determinar el voltaje de salida total. La cimentación y el sustrato deben ser conductores térmicos, ya que las celdas se calientan al absorber la energía infrarroja que no es convertida en electricidad. Debido a que el calentamiento de las celdas reduce la eficacia de operación es deseable minimizarlo. Los ensamblajes resultantes son llamados paneles solares o grupos solares.

Estructura

Las estructuras para anclar los paneles solares son generalmente de aluminio con tornillería de acero inoxidable para asegurar una máxima ligereza y una mayor durabilidad en el tiempo. Las estructuras pueden ser estándares para las medidas más habituales (superficie, orientación e inclinación -tanto en horizontal, como en vertical-).

La estructura suele estar compuesta de ángulos de aluminio, carril de fijación, triángulo, tornillos de anclaje (triángulo-ángulo), tornillo allen (generalmente de tuerca cuadrada, para la fijación del módulo) y pinza zeta (para la fijación del módulo y cuyas dimensiones dependen del espesor del módulo1 ).2

Uso de la energía

Deben su aparición a la industria aeroespacial, y se han convertido en el medio más fiable de suministrar energía eléctrica a un satélite o a una sonda en las órbitas interiores del Sistema Solar, gracias a la mayor irradiación solar sin el impedimento de la atmósfera y a su alta relación potencia a peso.

En el ámbito terrestre, este tipo de energía se usa para alimentar innumerables aparatos autónomos, para abastecer refugios o casas aisladas de la red eléctrica y para producir electricidad a gran escala a través de redes de distribución. Debido a la creciente demanda de energías renovables, la fabricación de células solares e instalaciones fotovoltaicas ha avanzado considerablemente en los últimos años.3 4

Entre los años 2001 y 2012 se ha producido un crecimiento exponencial de la producción de energía fotovoltaica, doblándose aproximadamente cada dos años.5 Si esta tendencia continúa, la energía fotovoltaica cubriría el 10% del consumo energético mundial en2018, alcanzando una producción aproximada de 2.200 TWh,6 y podría llegar a proporcionar el 100% de las necesidades energéticas actuales en torno al año 2027.7

Los paneles fotovoltaicos de este yate pueden cargar las pilas de 12 V hasta a 9amperios bajo sol directo y lleno.

Experimentalmente también han sido usados para dar energía a vehículos solares, por ejemplo en el World Solar Challenge a través de Australia o la Carrera Solar Atacama en América. Muchos barcos8 9 y vehículos terrestres los usan para cargar sus baterías de forma autónoma, lejos de la red eléctrica.

Programas de incentivos económicos, primero, y posteriormente sistemas de autoconsumo fotovoltaico y balance neto sin subsidios, han apoyado la instalación de la fotovoltaica en un gran número de países, contribuyendo a evitar la emisión de una mayor cantidad de gases de efecto invernadero.10

Potencia mundial instalada

La potencia de un módulo solar se mide en Wp o Wp (Watt peak, vatio pico), respectivamente en kWp o MWp. Se trata de la potencia eléctrica generada en condiciones estándares para la incidencia de luz.

A finales de 2013 había instalados en el mundo aproximadamente 96,5 GW de energía solar fotovoltaica, según un informe dado a conocer por a Agencia Internacional de la Energía.12

En la siguiente tabla se muestra el detalle de la potencia mundial instalada, desglosada por cada país, desde el año 2000 hasta finales de 2012:

Potencia total instalada (MWp) por país13 14 15 16 17 18 19 20
País Total
2000
Total
2001
Total
2002
Total
2003
Total
2004
Total
2005
Total
2006
Total
2007
Total
2008
Total
2009
Total
2010
Total
201121
Total
201222
Total mundial 1.425 1.753 2.220 2.798 3.911 5.340 6.915 9.443 15.772 23.210 39.778 69.684 102.02423
Bandera de Unión Europea Unión Europea 154 248 389 590 1.297 2.299 3.285 5.257 10.554 16.357 29.328 51.360 68.11024
Bandera de Alemania Alemania 113,7 194,6 278 431 1.034 1.926 2.759 3.835,5 5.340 9.959 17.320 24.875 32.64325
Bandera de Italia Italia 19 20 22 26 30,7 37,5 50 120,2 458,3 1.157 3.502 12.764 16.24126
Bandera de la República Popular China China - - - - - - - - - - 893 3.093 8.30027
Bandera de los Estados Unidos Estados Unidos 138,8 167,8 212,2 275,2 376 479 624 830,5 1.168,5 1.255,7 2.519 4.383 7.31228
Bandera de Japón Japón 330,2 452,8 636,8 859,6 1.132 1.421,9 1.708,5 1.918,9 2.144 2.627 3.617 4.914 6.91429
Bandera de España España 2 4 7 12 23 48 145 693 3.354 3.438 3.892 4.214 4.537
Bandera de Francia Francia 11,3 13,9 17,2 21,1 26 33 43,9 75,2 179,7 335,2 1.025 2.831 3.69230
Flag of Belgium (civil).svg Bélgica - - - - - - - - - 574 803 2.018 2.65024
Bandera de Australia Australia 29,2 33,6 39,1 45,6 52,3 60,6 70,3 82,5 104,5 183,6 504 1.298 2.40831
Bandera de la República Checa República Checa - - - - - - - - - 463,3 1.953 1.960 2.07232
Bandera del Reino Unido Reino Unido 1,9 2,7 4,1 5,9 8,2 10,9 14,3 18,1 22,5 29,6 72 1.014 1.655
Bandera de Grecia Grecia - - - - - - - - - 55 206 631 1.53633
Bandera de India India - - - - - - - - - - 189 461 1.176
Bandera de Corea del Sur Corea del Sur 4 4,8 5,4 6 8,5 13,5 35,8 81,2 357,5 441,9 662 754 1.064
Flag of Bulgaria.svg Bulgaria - - - - - - - - - 5,7 18 133 90826
Bandera de Canadá Canadá 7,2 8,8 10 11,8 13,9 16,7 20,5 25,8 32,7 94,6 200 563 827
Flag of Slovakia.svg Eslovaquia - - - - - - - - - 0,2 145 488 523
Bandera de Austria Austria 4,9 6,1 10,3 16,8 21,1 24 25,6 27,7 32,4 52,6 103 176 422
Flag of Switzerland (Pantone).svg Suiza 15,3 17,6 19,5 21 23,1 27,1 29,7 36,2 47,9 73,6 111 216 41034
Bandera de Dinamarca Dinamarca 1,5 1,5 1,6 1,9 2,3 2,7 2,9 3,1 3,3 4,6 7,1 17 39235
Bandera de Israel Israel - - - - 0,9 1 1,3 1,8 3 24,5 66 196 250
Bandera de los Países Bajos Holanda 12,8 20,5 26,3 45,7 49,2 50,7 52,2 52,8 57,2 67,5 97 118 256
Bandera de Portugal Portugal 1,1 1,3 1,7 2,1 2,7 3 3,4 17,9 68 102,2 131 144 212
Bandera de México México 13,9 15 16,2 17,1 18,2 18,7 19,7 20,8 21,8 25 31 37 52
Bandera de Malasia Malasia - - - - - - 5,5 7 9 11 13 14 36
Bandera de Suecia Suecia 2,8 3 3,3 3,6 3,9 4,2 4,8 6,2 7,9 9 11 16 24
Bandera de Noruega Noruega 6 6,2 6,4 6,6 6,9 7,3 7,7 8 8,3 9 9 10 10
Bandera de Turquía Turquía 0,4 0,6 0,9 1,3 1,8 2,3 2,8 3,3 4 5 6 7 9
Bandera de Finlandia Finlandia - - - - - - - - - 5 7 8 8
Bandera de Ucrania Ucrania - - - - - - - - - - 3 190 s.d.
Bandera de Taiwán Taiwán - - - - - - - - - - 32 102 s.d.
Flag of Slovenia.svg Eslovenia - - - - - - - - - 9 36 90 s.d.
Bandera de Sudáfrica Sudáfrica - - - - - - - - - - 40 41 s.d.
Bandera de Brasil Brasil - - - - - - - - - - 27 32 s.d.
Bandera de Luxemburgo Luxemburgo - - - - - - - - - 27 27 31 s.d.
Bandera de Chipre Chipre - - - - - - - - - 3,3 6,2 10 s.d.
Bandera de Argentina Argentina - - - - - - - - - - 1,2 6,2 s.d.

Coste de paneles

Evolución del precio de las células fotovoltaicas de silicio cristalino (en $/Wp) entre 1977 y 2013 (fuente: Bloomberg New Energy Finance)

El coste de los paneles fotovoltaicos se ha reducido de forma constante desde que se fabricaron las primeras células solares comerciales37 y su coste medio de generación eléctrica ya es competitivo con las fuentes de energía convencionales en un creciente número de regiones geográficas, alcanzando la paridad de red.38 39

Hasta 2005 el problema más importante con los paneles fotovoltaicos era el costo, que estaba bajando hasta 3 o 4 dólares por vatio. El precio del silicio usado para la mayor parte de los paneles tuvo una breve tendencia al alza en 2008, lo que hizo que los fabricantes comenzaran a utilizar otros materiales y paneles de silicio más delgados para bajar los costes de producción. Debido a economías de escala, los paneles solares se hacen menos costosos según se usen y fabriquen más. A medida que ha aumentado la producción, los precios han continuado bajando y todas las previsiones indican que lo seguirán haciendo en los próximos años.

El coste de las células solares de silicio cristalino ha descendido desde 76,67 $/Wp en 1977 hasta aproximadamente 0,74 $/Wp en 2013.40 Esta tendencia sigue la llamada "ley de Swanson", una predicción similar a la conocida Ley de Moore, que establece que los precios de los módulos solares descienden un 20% cada vez que se duplica la capacidad de la industria fotovoltaica.41

Reciclaje de paneles

La mayor parte de los paneles fotovoltaicos puede ser tratada. Gracias a las innovaciones tecnológicas que se han desarrollado en los últimos años, se puede recuperar hasta el 95% de ciertos materiales semiconductores y el vidrio, así como grandes cantidades de metales ferrosos y no ferrosos utilizados en los módulos.42 Algunas empresas privadas43 y organizaciones sin fines de lucro, como por ejemplo PV CYCLE en la Unión Europea, están actualmente trabajando en las operaciones de recogida y reciclaje de paneles al final de su vida útil.

Dos de las soluciones de reciclaje más comunes son:

  • Paneles de silicio: Los marcos de aluminio y las cajas de conexión son desmantelados manualmente al comienzo del proceso. El panel se tritura y las diferentes fracciones se separan - vidrio, plásticos y metales. Es posible recuperar más de 80% del peso entrante y, por ejemplo, el cristal mixto extraído es fácilmente aceptado por la industria de la espuma de vidrio el aislamiento. Este proceso puede ser realizado por los recicladores de vidrio plano ya que la morfología y composición de un panel fotovoltaico es similar al cristal plano utilizado en la industria de la construcción y del automóvil.
  • Paneles de otros materiales: Hoy en día contamos con tecnologías específicas para el reciclaje de paneles fotovoltaicos que no contienen silicio, alguna técnicas utilizan baños químicos para separar los diferentes materiales semiconductores. Para los paneles deteluro de cadmio, el proceso de reciclaje empieza por aplastar el módulo y, posteriormente, separar las diferentes partes. Este proceso de reciclaje está diseñado para recuperar hasta un 90% del vidrio y 95% de los materiales semiconductores.44 En los últimos años, algunas empresas privadas han puesto en marcha instalaciones de reciclaje a escala comercial.

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