La energía solar fotovoltaica es una fuente de energía limpia y renovable que utiliza la radiación solar para producir electricidad. Se basa en el denominado efecto fotoeléctrico, mediante el cual ciertos materiales son capaces de absorber fotones (partículas de luz) y liberar electrones, generando una corriente eléctrica.
¿Cómo funciona la energía solar fotovoltaica?
Para este propósito se utiliza un dispositivo semiconductor llamado célula fotovoltaica, que puede estar hecho de silicio monocristalino, silicio policristalino o silicio amorfo, u otros materiales semiconductores de película delgada. Las células hechas de silicio monocristalino se obtienen a partir de un solo cristal de silicio puro y alcanzan una eficiencia máxima, entre el 18% y el 20% en promedio. Aquellas hechas de silicio policristalino se fabrican en bloques a partir de varios cristales, por lo que son más baratas y tienen una eficiencia promedio de entre el 16% y el 17,5%. Por último, las células hechas de silicio amorfo tienen una red cristalina desordenada, lo que conduce a un rendimiento más bajo (eficiencia promedio entre el 8% y el 9%) pero también a un precio más bajo.
Tipos de plantas fotovoltaicas
Existen dos tipos de plantas fotovoltaicas: aquellas conectadas a la red y aquellas que no lo están. Dentro de las primeras existen dos subclases:
- Plantas de energía fotovoltaica: toda la energía producida por los paneles se alimenta a la red eléctrica.
- Generador con autoconsumo: parte de la electricidad generada es consumida por el productor (en una vivienda, por ejemplo) y el resto se vierte en la red. Además, el productor toma de la red la energía necesaria para satisfacer sus demandas cuando la unidad no suministra suficiente.
Estas instalaciones conectadas a la red cuentan con tres elementos básicos:
- Paneles fotovoltaicos: estos son grupos de células fotovoltaicas montadas entre capas de silicio que capturan la radiación solar y transforman la luz (fotones) en energía eléctrica (electrones).
- Inversores: convierten la corriente eléctrica continua producida por los paneles en corriente alterna, adecuada para el consumo.
- Transformadores: la corriente alterna generada por los inversores es de baja tensión (380-800 V), por lo que se utiliza un transformador para elevarla a media tensión (hasta 36 kV).
Las instalaciones fuera de la red funcionan de forma aislada y a menudo se encuentran en lugares remotos y en granjas para satisfacer las demandas de iluminación, apoyar las telecomunicaciones y ejecutar bombas en sistemas de riego. Estas plantas aisladas requieren dos elementos adicionales para funcionar:
- Baterías: para almacenar la energía producida por los paneles que no se utiliza cuando se genera, la energía almacenada puede luego ser utilizada cuando sea necesario.
- Controladores: para proteger la batería de la sobrecarga y evitar el uso ineficiente de la misma.
Funcionamiento de una planta fotovoltaica
La energía solar fotovoltaica es un mecanismo mediante el cual se produce una corriente eléctrica cuando se expone a la luz. Paneles especiales de células fotovoltaicas capturan la luz del sol y la convierten en electricidad. Una celda solar es un dispositivo fotovoltaico que produce una corriente eléctrica a partir de la luz.
¿Qué significa fotovoltaico o calefacción solar?
Existen dos tipos de tecnología de energía solar directa: la energía solar térmica, también conocida como agua caliente solar, y la energía fotovoltaica (PV). Ambas tecnologías recolectan los rayos solares que llegan a la atmósfera y los convierten en energía. Aunque ambas dependen del sol para obtener energía, la forma en que lo hacen difiere drásticamente.
Tecnología fotovoltaica solar
La energía fotovoltaica se basa en el efecto fotovoltaico, mediante el cual un fotón (partícula elemental de luz) impacta en un panel compuesto por semiconductores. El silicio es el principal elemento en los semiconductores. Cuando el fotón impacta en los semiconductores, libera electrones. Esta reacción genera electricidad a través de la exposición a la luz. En la energía fotovoltaica, los paneles solares, los semiconductores se moldean en capas delgadas que producen una corriente eléctrica. Estos semiconductores son el elemento central de las células solares. Los semiconductores capturan la corriente eléctrica convirtiéndola en electricidad para la casa o el negocio.
Tecnología térmica solar
La energía térmica solar funciona según el principio de que un fluido (agua u otro fluido) circula en tubos en el panel solar mientras los rayos del sol lo calientan. Los paneles planos o los tubos evacuados contienen agua y la hacen circular a través del sistema de calefacción de agua o calefacción del hogar mediante el uso de bombas. Estos son sistemas activos. El agua que circula utilizando el método termosifón es un método de intercambio de calor pasivo. El termosifón es un método natural basado en la convección; a medida que el agua se calienta, empujará el agua más fría. La calefacción solar térmica se utiliza para calentar agua y también se utiliza para calefacción del hogar mediante tuberías de suelo, pared, techo y techo en paneles radiantes.
Los paneles solares fotovoltaicos producen electricidad, mientras que los sistemas solares térmicos producen calor. Si bien ambos procesos son eficientes en términos de energía, la energía fotovoltaica solar solo funciona durante el día cuando el sol está presente. Puede funcionar en días nublados, pero la capacidad de producción de energía se reducirá al 10-30%. El agua calentada por la energía solar térmica se almacena para su uso posterior, lo que la hace más eficiente en términos de energía. La mayoría de los sistemas solares térmicos tienen tanques de almacenamiento de agua caliente que almacenan el agua caliente hasta que se necesite.
Potencial de ahorro
La mayoría de las personas solo están familiarizadas con los sistemas solares fotovoltaicos para generar electricidad en sus hogares. No tienen idea del tremendo potencial de ahorro que tiene la calefacción de agua mediante el sol. Los sistemas solares térmicos fueron la primera forma de uso de la energía solar y son eficientes en términos de energía y rentables. Son una alternativa eficiente en términos de energía para utilizar combustibles fósiles para calentar agua y el hogar o negocio. Y al igual que los sistemas fotovoltaicos, los sistemas de agua caliente solar también son elegibles para el crédito fiscal federal y la mayoría de los descuentos locales ofrecidos para la eficiencia energética.