GENERACIÒN DE ENERGÌA ELÈCTRICA SOLAR

La generación de energía elèctrica solar es una de las fuentes de energía renovable de más rápido crecimiento y más prometedoras en todo el mundo. 

Hoy en día, la energía eléctrica se convierte en una de las necesidades básicas en nuestra vida diaria, lo que aumenta la demanda de la misma.

Como una fuente importante de generación de energía eléctrica solar, los combustibles fósiles se agotan día a día y también su uso plantea serias preocupaciones ambientales. Estas razones fuerzan el desarrollo de nuevas fuentes de energía que son renovables y ecológicamente seguras.

Las fuentes de energía renovables incluyen fuentes de energía eólica, solar, hídrica, de biomasa y geotérmica. De los cuales, la energía solar tiene el mayor potencial a largo plazo y se prevé que jugará un papel importante en los próximos años. Es el método más económico de generar electricidad en comparación con otras fuentes de energía.

GENERACIÒN DE ENERGÌA ELÈCTRICA SOLAR

¿Qué es la energía solar y por qué elegirla?

La energía solar es la conversión de la radiación solar en electricidad mediante el uso de células solares fotovoltaicas. 

Esta conversión tiene lugar en la célula solar por efecto fotovoltaico. Como dicen muchos expertos, la cantidad de energía solar que llega a la tierra es más de 10000 veces el consumo de energía actual del hombre.

Además, la energía creada por la energía solar es suficiente por un año para todo el planeta, si pudiéramos convertir el 100 por ciento de la energía solar en electricidad en una hora.

Hay varias aplicaciones que usan energía solar, aquí está la información sobre la generación de electricidad a través de células fotovoltaicas. La generación de energía solar es la ruta más eficiente para la generación de energía porque requiere una cantidad mínima de pasos (para producir electricidad) que la de otros métodos de generación.

Hay dos formas de convertir la luz solar en electricidad. En un método, la energía solar se usa simplemente como fuente de calor. Este calor se utiliza además para producir el vapor, que impulsa la turbina de vapor. Este método de generación de energía se llama generación de energía solar térmica.

En el segundo método, la energía solar se convierte directamente en electricidad usando células fotovoltaicas (o solares) como se mencionó anteriormente. La celda PV está hecha con material semiconductor de silicio.

Algunos de los factores para elegir la generación de energía solar se enumeran a continuación.

• La energía solar está disponible de manera libre y conveniente en la naturaleza y no necesita suministro de red.
• La planta de generación solar se puede instalar en unos pocos meses, mientras que las centrales convencionales tardan varios años en construir una planta de generación eléctrica.
• La energía solar es energía limpia ya que no produce contaminación del aire o agua. Además, no hay partes móviles para crear contaminación acústica. A diferencia de los combustibles fósiles, no se emiten emisiones tóxicas a la atmósfera durante la generación de energía solar.
• La energía solar tiene un menor costo de funcionamiento, lo que significa que una vez que se realiza la inversión de capital, no hay necesidad de continuar la compra de combustibles fósiles ya que la energía solar es de naturaleza efectivamente gratuita.

¿Cómo se genera la energía solar a partir de la célula fotovoltaica?

Para la generación de energía eléctrica solar interviene una célula fotovoltaica (puede llamarse célula solar) es un dispositivo semiconductor que convierte la energía de la luz solar en electricidad sin pasar por ningún paso de conversión de energía.

Esta conversión tiene lugar por efecto fotovoltaico y, por lo tanto, se denominan células fotovoltaicas (PV). Genera voltaje y corriente en sus terminales cuando la luz solar incide sobre él.

La forma y la cantidad de energía generada por una célula solar dependen de la luz solar que caiga sobre ella. Esto también incluye algunos factores como la intensidad de la luz, el ángulo en el que la luz cae sobre él y el área de la celda.

Cuanto más es la potencia generada, si más alta es la intensidad de la luz. Si el área de la celda es más, la potencia generada también es mayor. Y la potencia óptima se genera cuando la luz que cae es perpendicular al frente de la celda.

Las células solares están hechas con material semiconductor de silicio y se tratan con fósforo y boro para hacer una oblea delgada de silicio. Las capas de la oblea se alinean juntas para formar las células solares, una vez que están dopadas.

Independientemente de la tecnología y el material utilizado, cada célula solar tiene dos terminales (terminales positivo y negativo) para extraer la corriente eléctrica de la misma. Típicamente, una célula solar consiste en contacto frontal en la parte superior, unión PN en el medio y contacto posterior en la parte inferior.

Básicamente, la luz del sol consiste en haces de fotones, donde cada fotón tiene una cantidad finita de energía. Para generar electricidad a partir de una célula solar, estos fotones deben ser absorbidos por ella. La energía del fotón y también la energía de banda prohibida del material semiconductor deciden la absorción de un fotón.

Aquí está el término Electrón-voltio (eV) que es la unidad de energía que expresa la energía del fotón y la energía del espacio de banda de un material semiconductor.

El material semiconductor del panel solar absorbe los fotones en la luz del sol. Debido a esto, los pares electrón-agujero se generan en la unión. 

Cuando la célula solar está conectada a la carga, los electrones y los orificios en la unión se separan entre sí, donde los electrones se recogen en la terminal negativa y los agujeros en la terminal positiva.

Por lo tanto, el potencial eléctrico se genera entre los terminales y, por lo tanto, el voltaje se desarrolla a través de él. Esto impulsa aún más la corriente (CC) a las cargas de CC, el inversor o el circuito de carga de la batería.

Si se absorben más fotones, mayor será la corriente generada. Sin embargo, gran parte de la radiación solar que cae sobre la célula solar no se convierte en electricidad.

Esto se debe a que la luz está compuesta de fotones de diferentes longitudes de onda. Algunos fotones golpean la célula solar y luego se reflejan y evitan que entren a la célula.

 En algunos materiales, los electrones generados se recombinan con otras moléculas antes de ser absorbidos por la corriente.

Del mismo modo, hay muchas razones para la baja tasa de conversión o eficiencia. La eficiencia de conversión de los paneles solares utilizados en residencias individuales oscila entre 6 y 10%.

Y para las instalaciones a gran escala y las plantas de energía solar, los paneles solares están diseñados con los mejores materiales y tecnologías para lograr una mayor eficiencia de conversión que van del 40 al 60%, pero son más costosos.

Una sola célula solar de 4 cm2 desarrolla un voltaje de 0.5 a 1 V y puede producir 0.7W de potencia cuando se expone a la luz solar. Por lo general, el panel solar mejor diseñado tiene una eficiencia máxima del 25%.

Para generar una gran diferencia de potencial o voltaje y más potencia eléctrica, estas celdas individuales están conectadas entre sí, lo que significa que algunas celdas están conectadas en serie y algunas están en paralelo.

Los módulos fotovoltaicos se forman conectando la cantidad de células solares juntas. Y varios módulos fotovoltaicos están conectados entre sí para hacer una matriz fotovoltaica que se puede utilizar para pequeñas potencias así como para aplicaciones de generación de alta potencia.

¿Cuàles son los Componentes de la generación de energía elèctrica solar?

Los principales componentes en la generación de electricidad de energía solar incluyen

Paneles solares

Los módulos de células solares o paneles solares convierten la energía solar en electricidad. Estos están montados de tal manera que recogen la energía máxima del sol. La mayoría de los paneles solares están clasificados para un voltaje de 12V (un medio voltios de celdas fotovoltaicas están conectadas en serie, dentro del panel solar para producir el alto voltaje digamos 12V).

Los paneles están conectados en serie para formar una matriz solar que produce mayor voltaje, generalmente de 24 o 48 V en sistemas independientes, o puede ser de varios cientos de voltios en sistemas conectados a la red.

Si los paneles están conectados en paralelo, la corriente suministrada a la carga será mayor y, por lo tanto, tendrá más potencia mientras se mantiene la misma tensión. Independientemente de la conexión en serie o en paralelo, la potencia nominal del sistema aumenta cuando se conectan varios paneles solares.

Aquí, una matriz solar está hecha con cuatro paneles solares de 12 V y 12 W, donde cada panel produce una corriente de 1 A. Entonces, esta matriz se clasificaría como 48 V, 48 W con corriente de 1 A.

 

Si los mismos paneles solares con clasificación se conectan en paralelo para formar una matriz de cuatro paneles solares, entonces la matriz solar se clasificaría como 12V, 48W con 4 A de corriente.

 

Baterías

Excepto el sistema conectado a la red, todos los demás sistemas de generación de energía de energía solar usan baterías para almacenar la energía generada a partir de paneles solares. Dado que la cantidad de energía solar generada depende de la intensidad de la luz solar, las baterías proporcionan una fuente constante de suministro de energía una vez que está completamente cargada.

En su mayoría, las baterías de plomo y ácido se utilizan en sistemas eléctricos solares. Al igual que los paneles solares, las baterías se pueden conectar juntas para formar un banco de baterías.

Estos pueden ser conectados ya sea en serie o en paralelo, de forma similar a los paneles solares para lograr el voltaje deseado, corriente y potencia nominal. El tipo de batería elegida depende de los requisitos de energía de un sistema y su presupuesto.

Controlador

Regula el flujo de entrada y salida de la batería. Si la corriente generada sobrecarga la batería, ocasiona daños en la batería. Además, si la batería está completamente descargada, destruirá la batería. Por lo tanto, el controlador solar evita que las baterías se sometan a estas condiciones.

El módulo del controlador de carga equilibra la cantidad de electricidad utilizada para alimentar el artefacto y las luces con la energía generada. Además, previene el daño a las baterías debido a la sobrecarga y la descarga profunda. Además, da la alarma cuando el módulo no funciona correctamente.

Inversor

La electricidad generada a partir de los paneles solares es una Corriente Directa (CC), mientras que la mayoría de los aparatos eléctricos funcionan con Corriente Alterna (CA) y, por lo tanto, se necesita un convertidor para convertir CC a CA, nada más que un inversor.

Además, si el sistema solar está conectado a la red, la tensión de CC generada se debe convertir en CA. Por lo tanto, el equipo inversor convierte la tensión de CC en CA y en la misma tensión que la de la red o la clasificación del aparato.

 

Como una invención reciente, la mayoría de los paneles solares individuales están conectados con micro inversores que proporcionan un alto voltaje de CA. Estos son adecuados solo para sistemas conectados a la red y no son adecuados con sistemas de respaldo de batería.