En los próximos puntos vamos a ver cómo aplicar la teórica a la práctica, integrando paneles solares en edificios etc. e incluyendo todos los aparatos necesarios para el buen funcionamiento de la instalación que queremos construir.
La integración fotovoltaica a los edificios: A diferencia de las aplicaciones de electrificación rural, dónde la energía producida se utiliza para el autoconsumo, las centrales fotovoltaicas dan la energía generada directamente a la red eléctrica, como en cualquier otra central convencional de generación eléctrica. Durante los últimos años se ha producido un fuerte desarrollo de los sistemas conectados a la red eléctrica e integrados en edificios o en otro tipo de estructuras arquitectónicas como cubiertas o barreras acústicas. Éstas instalaciones se pueden considerar pequeñas centrales fotovoltaicas, con la particularidad de que una parte de la energía generada se invierte en el mismo autoconsumo del edificio y la parte excedente se envía a la red. El objetivo de estas instalaciones no es tanto abastecer todos los consumos eléctricos del edificio con la energía de origen fotovoltaico, sino aprovechar las posibilidades arquitectónicas que tanto los tejados como las fachadas de los edificios ofrecen para instalar captadores fotovoltaicos i reducir las necesidades eléctricas exteriores. Las células fotovoltaicas suelen tener un grosor de entre 200 y 400 micras y una superficie de 8 a 10 cm^2. En lo que se refiere la potencia que proporcionan los sistemas fotovoltaicos, una misma célula proporciona valores diferentes en variar la intensidad de radiación que recibe, que no se debe confundir con la intensidad del foco emisor, sino que esta intensidad es la cantidad de radiaciones que le llegan, recordemos que la energía depende de la frecuencia. Por éste motivo, normalmente la potencia nominal de las células se mide en pico Vatios, que es la potencia que puede proporcionar la célula, con una intensidad de radiación constante de 1000 W/m^2 y a una temperatura de la célula de 25º . Por ejemplo, una instalación de 10 Wp, suministra una potencia de 10 W cuando se le irradia 1000 W/m^2. En general una célula individual tiene una potencia nominal de 1Wp, lo que quiere decir que bajo esa radiación proporciona valores de tensión de unos 0,5 V y corrientes de 2ª. Para obtener potencias utilizables por aparatos de mediana potencia, hace falta unir un cierto número de células con la finalidad de obtener la tensión y la corriente requeridos. La unidad básica de las instalaciones fotovoltaicas es, pues, la placa fotovoltaica, que suele contener entre 20 y 40 células solares para producir corriente continua de 10 o 24 voltios y proporcionar valores de potencia que oscilen entre 50 i 100 Wp. Normalmente las células van encapsuladas en silicona y cerradas con una carcasa periférica metálica. para obtener otros valores de tensión y potencia las placas se pueden conectar en serie o en paralelo
Componentes de una instalación fotovoltaica:
Los componentes de un sistema fotovoltaico dependen del tipo de aplicación que se considere (autónoma o conectada a la red) y de las características de la instalación. Para el caso de un sistema autónomo, los componentes necesarios para que la instalación funcione correctamente y tenga una elevada fiabilidad de suministramiento y durabilidad son: Placas fotovoltaicas, acumuladores eléctricos, regulador de carga e inversor. Por su lado, las instalaciones conectadas a la red de distribución eléctrica se caracterizan por no incorporar acumuladores, ya que la energía que se envía a al red no necesita acumularse. El principal elemento de una instalación fotovoltaica son las placas solares fotovoltaicas. Estas placas son las que producen electricidad en forma de corriente continuo. Para optimizar su rendimiento hace falta orientar las placas en dirección sur con una inclinación determinada que depende del día mes etc. La utilización de acumuladores está motivada por el hecho que la intensidad solar varia a lo largo del día y del año, mientras que las necesidades energéticas no lo hacen de manera paralela a estas fluctuaciones, y, por tanto, hay que guardarla. Normalmente se utilizan acumuladores eléctricos, ya que es el sistema más eficiente y económico del que se dispone. Las instalaciones fotovoltaicas utilizan normalmente baterías estacionarias con largos periodos de descarga que se adaptan mejor al régimen de funcionamiento de dichas instalaciones.La capacidad acumular la electricidad necesaria se calcula realizando una media de necesidades y de días de autonomía necesarios, normalmente unas 100 horas. Siempre hay el riesgo de quedarse sin energía después de largos días de mal tiempo...
En las instalaciones fotovoltaicas autónomas la función del regulador de carga es proteger los acumuladores contra la sobrecarga y sobredescarga. En caso de sobrecarga, pone las placas en cortocircuito y corta la corriente hacia los acumuladores, o avisa al consumidor con una alarma, en el segundo caso, el de descarga excesiva, o avisa con la alarma o corta el suministro cuando la cantidad de energía eléctrica del acumulador se pone por debajo de un nivel de seguridad. Un buen sistema regulador no sólo hace aprovechar al máximo la energía sino que además protege las baterías y alarga su vida.
El otro elemento importante de una instalación fotovoltaica es el grupo convertidor/inversor. Muchas de las instalaciones fotovoltaicas autónomas combinan consumos de corriente continua y corriente alterna. En algunos casos la tensión de los elementos de consumo de corriente continuo no coincide con la tensión proporcionada por el acumulador de la instalación, la cual cosa requiere disponer de un convertidor de tensión. El inversor por su parte transforma la corriente continua, (12,24V) generada por la instalación en corriente alterna sinusoidal de 220 V a 50 Hz. que es la corriente que utilizan la mayoría de aparatos. Los sistemas conectados a la red eléctrica no tienen ni reguladores ni acumuladores. Se utilizan onduladores de corriente de mayor potencia que incluyen controles de fase para adecuar la corriente alterna producida al de la red.
Situación actual: En el año 1995 había en la UE 66 empresas dedicadas a la producción de células fotovoltaicas, y la producción de éstas llegó a los 22 KWp, la cual cosa representa un 30% de la producción mundial en este campo. Aproximadamente un 50% de esta producción se destina a la exportación a países en vías de desarrollo. En la UE, el sector de la industria fotovoltaica se ha desarrollado intensamente en los últimos años. En 1995 lo potencia total de los sistemas fotovoltaicos instalados era de 32 MWp, aunque según el estudio Photovoltaics in 2010 realizado por EPIA, (Asociación Europea de Industrias Fotovoltaicas), ese valor podría llegar a 70Wp. Alemania, Italia, Suiza y España son los países más avanzados, con la potencia instalada más grande. El mercado de energía solar fotovoltaica se encuentra en un estado de crecimiento ya que la tendencia europea es de aumentar las aplicaciones conectadas a la red eléctrica e integradas a los edificios. Tal y como muestra la figura, en los primeros años de desarrollo el uso de energía solar fotovoltaica se centró en aplicaciones para la señalización. Más tarde han sido las de electrificación rural las que han experimentado un mayor crecimiento, y las previsiones para los próximos años muestran una fuerte tendencia a la implantación de estaciones fotovoltaicas conectadas a las redes, tanto en centrales grandes instalaciones pequeñas en edificios.
Futuro: Cuando se empezaron a utilizar las primeras células fotovoltaicas en la industria aerospacial en la década de los sesenta, nadie se imaginaba que treinta años después se utilizarían para suministrar electricidad para casas aisladas o para hacer funcionar teléfonos en autopistas. Esto, ha sido posible gracias a la evolución de la tecnología que ha hecho que el precio de las células haya caído en picado: hoy cuestan unas 500 ptas. el vatio, mientras que al final de los setenta costaban unas 3500; actualmente se están haciendo esfuerzos para bajar la línea de las 200 ptas. Consecuentemente, el mercado fotovoltaico a escala mundial ha experimentado un crecimiento espectacular: en el 1992 la producción de placas solares fotovoltaicas llegó a los 58MW duplicándose en sólo 7 años, para final de siglo se espera llegar a los 250MW/año. Actualmente, uno de los campos en los que se está trabajando más intensamente es el desarrollo de células fotovoltaicas que tengan una eficiencia máxima, buscando nuevos materiales que rindan más.
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