Las medidas legislativas adoptadas para potenciar la utilización de las Energías Renovables para producción de electricidad, como medio de disminuir las emisiones de CO2 a la atmósfera y cumplir con los objetivos fijados por el PFER.
Las medidas legislativas adoptadas para potenciar la utilización de las Energías Renovables para producción de electricidad, como medio de disminuir las emisiones de CO2 a la atmósfera y cumplir con los objetivos fijados por el PFER (Plan de Fomento de las Energías Renovables), han supuesto un impulso que ha promovido el desarrollo de esta industria y la realización de todo tipo de instalaciones (autónomas y conectadas a red, así como de diversas potencias).
En España una de las medidas legislativas adoptadas que han promovido el uso de las fuentes de energía renovables ha sido la de aplicar una prima a la energía eléctrica producida por estas fuentes (Real Decreto 2818/1998, de 23 de diciembre, sobre la producción de energía eléctrica por instalaciones abastecidas por recursos o fuentes de energía renovables, residuos y cogeneración), y que ha reducido el periodo medio de amortización de las instalaciones fotovoltaicas.
El núcleo de dichas instalaciones lo constituyen los paneles solares, que convierten la energía solar en eléctrica de forma directa. Es a estos paneles a los que se dedica este primer artículo, en el que se describen sus características técnicas y algunas consideraciones en su instalación y empleo.
Las medidas legislativas adoptadas para potenciar la utilización de las Energías Renovables para producción de electricidad, como medio de disminuir las emisiones de CO2 a la atmósfera y cumplir con los objetivos fijados por el PFER (Plan de Fomento de las Energías Renovables), han supuesto un impulso que ha promovido el desarrollo de esta industria y la realización de todo tipo de instalaciones (autónomas y conectadas a red, así como de diversas potencias).
En España una de las medidas legislativas adoptadas que han promovido el uso de las fuentes de energía renovables ha sido la de aplicar una prima a la energía eléctrica producida por estas fuentes (Real Decreto 2818/1998, de 23 de diciembre, sobre la producción de energía eléctrica por instalaciones abastecidas por recursos o fuentes de energía renovables, residuos y cogeneración), y que ha reducido el periodo medio de amortización de las instalaciones fotovoltaicas.
El núcleo de dichas instalaciones lo constituyen los paneles solares, que convierten la energía solar en eléctrica de forma directa. Es a estos paneles a los que se dedica este primer artículo, en el que se describen sus características técnicas y algunas consideraciones en su instalación y empleo.
Las células solares fotovoltaicas
La comercialización de las células solares fotovoltaicas comenzó con las de silicio monocristalino (forma redonda) y continuó posteriormente con las de material policristalino, de menor rendimiento, pero que presentan la ventaja de que pueden tener forma cuadrada (o semi-cuadrada), con lo que se consigue un mejor aprovechamiento de la superficie rectangular del panel y un menor coste de fabricación. Los tamaños de las células pueden variar desde unos pocos centímetros cuadrados hasta 100 mm2 ó más.
Existen otro tipo de células comercializadas, las de silicio amorfo, pero que sólo se utilizan para dispositivos de muy baja potencia, como son las calculadoras, relojes, etc,...
La célula fotovoltaica es una unidad formada por dos materiales semiconductores, que mediante unión P-N crean una barrera de potencial, de modo que al incidir la luz sobre el material, los fotones comunican energía a los electrones del material semiconductor, qué de esta manera pueden atravesar la barrera de potencial generando la corriente eléctrica.
Las células se conectan en serie (o mediante grupos de células en serie en paralelo entre sí) dentro del panel a fin de conseguir que la tensión de salida sea de 6, 12 ó 24 voltios, ya que una célula por si misma suele proporcionar alrededor de 0,5 V y 1 ó 2 W de potencia máxima. Cómo ejemplo, para un panel de 12 V tendremos que unir entre 30 y 40 células, según las características de las mismas.
El panel solar
Las células se unen mediante soldaduras especiales que conectan el dorso de una célula con el frontal de la siguiente. Una vez realizadas estas interconexiones las células son encapsuladas en una estructura tipo "sándwich", consistente habitualmente en
• Una lámina de vidirio templado
• Material orgánico adecuado, normalmente EVA (acetato de etilen-vinilo)
• Las células
• Otra capa de EVA
• Una cubierta posterior formada por varias láminas de polímeros u otro vidrio, como puede ser Tedlar – Poliéster – Tedlar, opacas y de color claro para que reflejen la luz que logra pasar a través de los intersticios de las células e incida otra vez sobre ellas.
Posteriormente se procede al sellado en vacío, haciendo estanco el conjunto y se rodea neopreno u otro material que lo proteja del marco metálico, en el caso de que lo lleve
Hoja de características de un panel
A la hora seleccionar un panel es conveniente disponer de la hoja de características que facilite el fabricante. En esta hoja se recoge la siguiente información:
Características físicas: dimensiones con sus tolerancias y peso.
Calidad: entendida como la vida útil del panel y medida como los años en los que el panel entregará una potencia igual al 80% de la correspondiente a la expresada en su hoja de características. La vida útil de estos elementos suele ser de 20 años. También se incluyen aquí las homologaciones de las que disponga el producto.
Características constructivas: que incluye los materiales constructivos empleados, como pudieran ser el vidrio templado para la cubierta, el EVA para el laminado o el Tedlar para la parte posterior.
Características eléctricas: que son los parámetros que permiten al instalador determinar la respuesta del panel. Estos valores pueden darse mediante la curva I-V característica del panel, o mediante las coordenadas (V,I) que permitan reproducir la misma.
Curva i-V característica de un panel para una irradiancia (E) y una temperatura (T) dadas.
Corriente de cortocircuito (ISC). Es la intensidad máxima de la corriente que se puede obtener del panel bajo condiciones normalizadas en situación de cortocircuito entre los bornes del panel.Voltaje a circuito abierto (VOC). Es el voltaje máximo que aparece entre los bornes del panel desconectado bajo condiciones normalizadas.
Factor de forma (FF): cociente entre al potencia máxima y el producto de la tensión de circuito abierto por la intensidad de cortocircuito.Punto de máxima potencia, definido por Vmpp e Impp, y que proporcionan el mayor valor de potencia, también llamado como potencia a máximo punto de potencia.Otro parámetro para definir la potencia máxima entregable por el panel es la potencia de pico, que es la potencia que entrega el panel en condiciones estándar de medida (explicadas más adelante) y que puede considerarse como un valor límite.Coeficientes de temperatura de célula, a (A/ºC) y b (V/ºC), que indican la variación de la intensidad de cortocircuito, y de la tensión de circuito abierto de un panel solar por grado centígrado de variación de la temperatura de las células solares que configuran el panel (el valor de a es positivo y el de b es negativo). En algunos casos los fabricantes también aportan el coeficiente de potencia g (%/ºC) como variación en porcentaje de la potencia entregada por el panel en función de la variación de temperatura.Temperatura de Operación Norminal de Célula (TONC, o NOTC en inglés), temperatura media de equilibrio de las células de un módulo en condiciones ambientales de referencia de 800 W/m2 de irradiancia, 20 ºC de temperatura ambiente, 1 m/s de velocidad de viento, módulo en circuito abierto y soporte abierto con orientación normal a la radiación incidente al mediodía solar. Esta temperatura permite al instalador conocer la temperatura de las células a la que en condiciones más reales trabajará el panel. Límites de operación, que incluyen la tensión máxima del sistema (Vdc, que indica al instalador el número máximo de paneles a conectar en serie), temperatura de trabajo (-40 ºC a + 85 ºC) y resistencia al viento (en km/h).
Normalmente los paneles no trabajarán en condiciones de potencia máxima, ya que la resistencia exterior está fijada por las características propias del circuito. Para hacer que los paneles trabajen en este punto pueden utilizarse unos dispositivos electrónicos denominados "seguidores del punto de máxima potencia", pero que no suelen resultar rentables en instalaciones pequeñas. Tampoco hay que olvidar que los valores eléctricos que aparecen en estas hojas de características están determinados en condiciones estándar de medida (CEM o STC en inglés) que se corresponden con una irradiancia solar de 1.000 W/m2 con espectro AM 1,5 y una temperatura de célula de 25 ºC. Esta consideración es la que hace que raramente se obtengan valores de potencia cercanos al máximo puesto que:
Los paneles se colocan con un ángulo de inclinación a constante, determinado a partir de la latitud del lugar en el que se va a realizar la instalación y la época del año en al que se va a utilizar, por lo que la irradiancia solar no es siempre perpendicular a la superficie del panel y no se aprovecha al 100%.
También hay que considerar la limpieza de la atmósfera, no recibirá la misma irradiancia una instalación situada en alta montaña que en la ciudad. Esto puede corregirlo el instalador aplicando un parámetro según la limpieza de la atmósfera.
Es muy difícil que la temperatura de la célula se mantenga en 25 ºC. Cómo aproximación puede decirse que la potencia del panel disminuye un 0,5% por cada grado de aumento de la temperatura de la célula por encima de 25 ºC.
Además, hay que considerar que la temperatura de la célula no es la temperatura ambiente, pues esta se calienta al incidir la luz solar sobre ella, alcanzando valores de temperatura hasta 20º por encima de la temperatura ambiente. Este hecho explica porque las instalaciones fotovoltaicas tienen tanto éxito en países no tan beneficiados por el sol como pueda ser España, pero que sin embargo, pueden mantener temperaturas ambiente inferiores, con lo que se consigue un mejor aprovechamiento de la energía incidente. Problemas que reducen la eficiencia de los paneles solares Otras consideraciones a la hora de conseguir la mayor potencia posible de las instalaciones solares, aparte de la de realizar unos buenos cálculos iniciales, son las de evitar las sombras sobre los paneles y efectuar un buen mantenimiento de los mismos.
Los paneles se colocan con un ángulo de inclinación a constante, determinado a partir de la latitud del lugar en el que se va a realizar la instalación y la época del año en al que se va a utilizar, por lo que la irradiancia solar no es siempre perpendicular a la superficie del panel y no se aprovecha al 100%.
También hay que considerar la limpieza de la atmósfera, no recibirá la misma irradiancia una instalación situada en alta montaña que en la ciudad. Esto puede corregirlo el instalador aplicando un parámetro según la limpieza de la atmósfera.
Es muy difícil que la temperatura de la célula se mantenga en 25 ºC. Cómo aproximación puede decirse que la potencia del panel disminuye un 0,5% por cada grado de aumento de la temperatura de la célula por encima de 25 ºC.
Además, hay que considerar que la temperatura de la célula no es la temperatura ambiente, pues esta se calienta al incidir la luz solar sobre ella, alcanzando valores de temperatura hasta 20º por encima de la temperatura ambiente. Este hecho explica porque las instalaciones fotovoltaicas tienen tanto éxito en países no tan beneficiados por el sol como pueda ser España, pero que sin embargo, pueden mantener temperaturas ambiente inferiores, con lo que se consigue un mejor aprovechamiento de la energía incidente. Problemas que reducen la eficiencia de los paneles solares Otras consideraciones a la hora de conseguir la mayor potencia posible de las instalaciones solares, aparte de la de realizar unos buenos cálculos iniciales, son las de evitar las sombras sobre los paneles y efectuar un buen mantenimiento de los mismos.
Sombras parciales: las sombras sobre el panel pueden deberse a elementos adyacentes no considerados al realizar la instalación, como pueden ser árboles, estructuras u otros paneles. Conviene pues realizar bien los cálculos de que longitud de sombra van proyectar las filas de paneles, ya que las consecuencias variarán desde una disminución drástica de la potencia entregada por el panel, hasta una avería de la célula por calentamientos parciales, y que afectará al rendimiento del módulo en diferente medida según existan o no diodos de by-pass y el número de los mismos. Hay que decir, sin embargo, que esta avería es poco probable, pero el efecto de la sombra sobre el rendimiento total del panel es instantáneo y muy evidente. Suciedad: Una elevada suciedad de los paneles puede producir una disminución de la corriente entregada por los paneles, y por tanto de la potencia de la instalación.
Revisión de los contactos: Conviene revisar los contactos, la interconexión de módulos y que los diodos by-pass no estén averiados. En general, basta conocer las limitaciones que pueden presentar los paneles y aplicar los coeficientes correctores adecuados en función de la localización y otros condicionantes propios del tipo de instalación que se vaya a realizar, y considerar que los paneles solares son un producto que se somete a ensayos muy exigentes y que con cuidado y un buen mantenimiento pueden llegar en óptimas condiciones al final de su vida útil.
Fuente: http://www.voltimum.es/news/253/s/El-Sol-como-fuente-de-energ-a-el-ctrica.html
Fuente: http://www.voltimum.es/news/253/s/El-Sol-como-fuente-de-energ-a-el-ctrica.html
Publicado por: Geraldine F. Linares Moreno
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Bloq http://dika-organicsemiconductors.blogspot.com/2010/03/semiconductores-organicos.html
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