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The origin and continuation of humankind is base on solar energy. The most basic processes supporting life on earth, such as photosynthesis and the rain cycle, are driven by solar energy. From the very beginning of its history humankind realized that a good use of solar energy is in humankind's benefit. Despite this, only recently, during the last 40 years, has solar energy been harnessed with specialized equipment and used as an alternative source of energy, mainly because it is free and does not harm the environment.

WHAT IS SOLAR ENERGY?

Solar energy is energy made from sunlight. Light from the sun may be used to make electricity, to provide heating and cooling for buildings, and to heat water. Solar energy has been used for thousands of years in other ways as well.

Most life on Earth could not exist without the sun. Most plants produce their food via a chemical process called photosynthesis that begins with sunlight. Many animals include plants as part of their diet, making solar energy an indirect source of food for them.

People can eat both plants and animals in a food chain providing one example of the importance of the sun's energy.

In direct or indirect fashion, the sun is responsible for nearly all the energy sources to be found on Earth. All the coal, oil, and natural gas were produced by decaying plants millions of years ago. In other words, the primary fossil fuels used today are really stored solar energy.

The heat from the sun also drives the wind, which is another renewable source of energy. Wind arises because Earth's atmosphere is heated unevenly by the sun. The only power sources that do not come from the sun's heat are the heat produced by radioactive decay at Earth's core; ocean tides, which are influenced by the moon's gravitational force; and nuclear fusion and fission.

Whenever the sunlight is bright enough to read by, solar energy is available for collection, no matter whether it feels warm. What you are collecting is not the perceptible heat but the 'brightness' - the visible radiant energy. The solar energy-flow on a cloudless minter day in Scandinavia, for example, should not be undervalued; it may be fully half of that on a summer day in Arizona. How you collect solar energy depends on what you want to do with it. As usual, the easiest task is to raise local temperature a few tens of degrees, for space heating or hot water. A 'solar collector', essentially a flat plate of absorbent black metal or plastic, carrying water-tubes and covered by clear glass or plastic, will absorb enough bright sunlight to heat water nearly to boiling point. The hot water can be piped by its own convection currents through radiators, or stored in a tank to be tapped for baths and washing. Travellers in Mediterranean countries like Greece and Israel now see the inclined planes of solar collectors on roof after roof, often with a water-cylinder attached, even in the most remote rural areas. In California and other sunny states, swimming pools are now routinely plumbed into solar collectors to keep them comfortable the year round.

In the mid-1800s a French engineer and math instructor named Auguste Mouchout was granted a patent for solar technology that used the sun to make steam. Mouchout used a dish to concentrate the sun’s rays. His invention was an early version of the dish system. He began working on the project in 1860 in part because he was concerned that his country was too dependent on coal as an energy source.

Mouchout’s design featured a cauldron filled with water. It was surrounded by a polished metal dish that focused the sunlight on the cauldron. This focused sunlight created steam that powered an engine. Mouchout’s original engine generated one-half horsepower.

Over the next twenty years Mouchout continued to improve on his design. He replaced the cauldron with a multi-tubed boiler. This boiler made the engine run even better. Mouchout also made his overall design bigger. However, Mouchout’s invention only found limited applications. It was used in the French protectorate of Algeria as a source of power for a time. Even this utilization was only short-lived, as coal transportation to Algeria improved and coal remained a much cheaper source of energy. Despite this situation, Mouchout was well known in France in his time, had the backing of the French government, and won a medal for his work.

Mouchout’s invention led to innovations on the dish system by other scientists. One of them was John Ericsson (1803–1889), an engineer who was a native of Sweden but who lived in the United States. In the 1870s Ericsson came up with a different version of Mouchout’s means of using the sun to make power. Ericsson attempted to improve on Mouchout’s design. He first replaced the dish with a reflector shaped like a combination of a cone and a dish.

Ericsson later replaced this conical dish shape with a parabolic trough. This trough looked like an oil drum cut in half lengthwise.

The trough reflected the sun’s radiation in a line across the open side of the reflector. What Ericsson came up with evolved into the trough system that is currently used to convert solar energy into electricity.

Ericsson’s creation was simple to make. It tracked the sun in a single direction: either north to south or east to west. The trough could not produce the same temperatures or work as efficiently as the dish-shaped reflector. However, Ericsson’s design was functional from the beginning. Until his death, he continued to try to improve his design with lighter materials for the reflector.

Another scientist worked with Mouchout’s basic design to create a new technology that became important in the late twentieth century.

In 1878 William Adams, an English scientist, came up with a solar technology design that would become the basis for power towers.

Adams set up flat, silvered mirrors in a semicircle around a cauldron.

The mirrors were erected this way so that sunlight could be continuously focused on the cauldron. The mirrors were also placed on a rack that moved along a semicircular track so they could be moved throughout the day around the boiler by an attendant. Most modern solar power towers also use mirrors placed in a semicircle that reflect sunlight onto a boiler that generates steam to run a heat engine.

Adams was able to run a small engine with his invention, though it never moved beyond the experimentation stage.

The American scientist Aubrey Eneas worked with both dishes and troughs, as well as with other solar technologies, in the late nineteenth and early twentieth centuries. Eneas first began experimenting with solar-driven motors. He formed the first solar company, the Solar Motor Company, in 1900 and spent the next five years working on his idea. Eneas first made a reflector similar to Ericsson’s, but he could not make it work.

Then Eneas focused on making a reflector more like Mouchout’s. Eneas improved on Mouchout’s design to make the dish larger by increasing the sides to be more upright. The dish focused the sunlight on a boiler that was 50 percent bigger than earlier versions.

Eneas exhibited his design at a Pasadena, California, ostrich farm.

His demonstration model had a 33-foot diameter reflector with 1,788 mirrors. The boiler could hold 100 gallons (378 liters) of water and was 13 feet (3.9 meters) long. While Eneas received some attention in the press and sold a few of his systems, none could withstand bad weather. His idea failed to catch on.

Solar collectors

In the 1880s a French engineer named Charles Tellier (1828– 1913) made significant strides in the development of the solar collector. He designed the first nonreflecting (that is, nonconcentrating) solar motor. His work in this area led to research for which he was better known: refrigeration.

Tellier’s solar collector was made up of ten plates. Each plate consisted of two iron sheets that were riveted (joined) together so they had a watertight seal. The plates were connected by tubes to form a solar collector. Inside the collector, Tellier placed ammonia instead of water because ammonia has a lower boiling point than water. In 1885 he put such solar collectors on the roof of his home.

When the collector was exposed to the sun, each plate released ammonia gas.

Tellier’s solar collector worked well. The pressurized ammonia gas powered a water pump. This water pump was put in a well and was able to pump about 300 gallons per hour during daytime hours.

Tellier was able to increase the efficiency of his collectors by covering the top with glass and by putting insulation on the bottom.

Tellier believed that his solar collectors would work for anyone in the Northern Hemisphere that had a south-facing roof. He also was certain that his system could be used industrially if more plates were added to the collectors to make the system bigger. Tellier hoped his invention would be used in Africa to provide power and to manufacture ice. But while he realized that he had a good idea, Tellier decided to focus on developing refrigeration technologies.

Other inventors improved on Tellier’s design. In the first decades of the twentieth century American scientists such as Henry Willsie and Frank Shuman came up with their own solar collector designs. Their inventions failed to catch on at the time but continued to improve the technology.

 

 

El origen y la continuación de la humanidad está basada en la energía solar. Los procesos más básicos que mantienen la vida en la tierra, tales como la fotosíntesis y el ciclo de la lluvia, son mantenidos por la energía solar. Desde el principio de su historia, la humanidad se dio cuenta que un buen uso de la energía solar es en beneficio de la humanidad. A pesar de esto, solo recientemente, durante los últimos 40 años, la energía solar se ha capturado con el equipo especializado y se ha utilizado como fuente de energía alternativa, principalmente porque está libre y no daña el ambiente.

¿QUÉ ES LA ENERGÍA SOLAR?

La energía solar es energía hecha de la luz del sol. La luz del sol se puede utilizar para hacer electricidad, para proporcionar la calefacción y refrigeración a los edificios, y para calentar el agua. La energía solar se ha utilizado por miles de años también en otras maneras.

La mayoría de la vida en la tierra no podría existir sin el sol. La mayoría de las plantas producen su alimento a través un proceso químico llamado fotosíntesis que comienza con la luz del sol. Muchos animales incluyen las plantas como parte de su dieta, haciendo la energía solar una fuente indirecta de su alimento.

La gente puede alimentarse de las plantas y animales en una cadena alimentaria que proporciona un ejemplo de la importancia de la energía del sol.

En la manera directa o indirecta, el sol es responsable de casi todas las fuentes de energía que se encuentran en la tierra. Todo el carbón, petróleo, y gas natural fueron producidos por la descomposición de plantas hace millones de años. Es decir, los combustibles fósiles primarios usados hoy son realmente energía solar almacenada.

El calor del sol también produce el viento, que es otra fuente de energía renovable. El viento se produce porque la atmósfera de la Tierra es calentada irregularmente por el sol. Las únicas fuentes de energía que no provienen del calor del sol son el calor producido por la descomposición radiactiva en el núcleo de la Tierra; las mareas del océano, que son influenciadas por la fuerza gravitacional de la luna; y la fusión y fisión nuclear.

Siempre que la luz del sol sea bastante brillante para leer, la energía solar está disponible para ser recolectada, no interesa si se siente calor o no. Lo qué usted está recogiendo no es el calor perceptible sino el "brillo" o sea la energía radiante visible. La energía que fluye en un día despejado en promedio en Escandinavia, por ejemplo, no debe ser subvalorada; puede ser la mitad de eso en un día de verano en Arizona. Cómo usted recoge la energía solar depende de lo que usted quiere hacer con ella. Como de costumbre, la tarea más fácil es elevar la temperatura local algunas décimas de grados, para la calefacción de espacios o del agua caliente. Un "colector solar", esencialmente una placa plana de metal o de plástico negro absorbente, que dispone de haces de tubos que llevan agua y cubierta por vidrio o plástico claro, absorberá bastante luz del sol brillante para calentar el agua, casi al punto de ebullición. El agua caliente se puede canalizar por sus propias corrientes de convección a través de radiadores, o puede ser almacenada en un tanque, el que será provisto de grifos para los baños y limpieza. Los viajeros por los países mediterráneos como Grecia e Israel ahora ven los planos inclinados de colectores solares en cada azotea, a menudo con un cilindro de agua adjunto, incluso en las zonas rurales más alejadas. En California y otros estados soleados, las piscinas ahora se canalizan en forma rutinaria a colectores solares para mantenerlas confortables todo el año.

Al mediados del 1800 un ingeniero e instructor la matemáticas francés llamado Auguste Mouchout obtuvo una patente por la tecnología solar que utilizaba el sol para producir vapor. Mouchout utilizó un plato para concentrar los rayos del sol. Su invención era una versión inicial del sistema de plato. Él comenzó a trabajar en el proyecto en 1860, en parte porque estaba preocupado de que su país era demasiado dependiente  del carbón como fuente de energía.

El diseño de Mouchout contenía una olla a presión llena de agua. Estaba rodeada por un plato pulido de metal que concentraba la luz del sol en la olla. Esta luz de sol enfocada creaba el vapor que accionaba un motor. El motor original de Mouchout generó medio caballo de fuerza.

Durante los siguientes veinte años Mouchout continuó mejorando su diseño. Él substituyó la olla por una caldera de múltiples tubos. Esta caldera hizo el funcionamiento de motor incluso mejor. Mouchout también hizo su diseño total más grande. Sin embargo, la invención de Mouchout encontró solamente usos limitados. Fue utilizada en el protectorado francés de Argelia como fuente de energía por un tiempo. Incluso esta utilización era solamente de breve duración, pues el transporte de carbón a Argelia mejoró y el carbón seguía siendo una fuente de energía mucho más barata. A pesar de esta situación, Mouchout era bien conocido en Francia en su tiempo, tenía el respaldo del gobierno francés, y ganó una medalla por su trabajo. La invención de Mouchout lideró las innovaciones en el sistema de plato de otros científicos. Uno de ellos era John Ericsson (1803-1889), un ingeniero que era natural de Suecia pero quién vivió en los Estados Unidos. En los 1870s Ericsson apareció con una versión diferente del diseño de Mouchout de usar el sol para hacer energía. Ericsson intentó mejorar el diseño de Mouchout. Él primero substituyó el plato por un reflector formado por una combinación de un cono y de un plato. Ericsson substituyó posteriormente esta forma cónica del plato por un colector parabólico. Este colector parabólico parecía un tambor de aceite cortado adentro al medio longitudinalmente.

El colector parabólico reflejaba la radiación del sol en una línea a través del lado abierto del reflector. El diseño de Ericsson evolucionó en el sistema de colector parabólico que se utiliza actualmente para convertir energía solar en electricidad.

La creación de Ericsson era simple de construir. Seguía el sol en una sola dirección: del Norte a Sur o de Este a Oeste. El colector parabólico no podía producir las mismas temperaturas o trabajo tan eficientemente como el reflector en forma de plato. Sin embargo, el diseño de Ericsson era funcional de desde el principio. Hasta su muerte, él continuó intentando mejorar su diseño con materiales más ligeros para el reflector. Otro científico trabajó con el diseño básico de Mouchout para crear una nueva tecnología que llegó a ser importante en siglo XX.

En 1878 William Adams, científico inglés, apareció con un diseño de tecnología solar que se convertiría en la base de las torres de energía.

 Adams fijó espejos plateados planos en un semicírculo alrededor de una olla a presión o caldera. Los espejos fueron erigidos de tal modo que la luz del sol se pudiera centrar continuamente en la olla a presión. Los espejos también fueron colocados en un soporte que se movía a lo largo de una pista semicircular, así que podrían ser movidos a lo largo del día alrededor de la caldera por un asistente. La mayoría de las torres modernas de  energía solar también utilizan espejos colocados en un semicírculo que reflejan luz del sol sobre una caldera para que genere el vapor para hacer funcionar un motor de calor.

Adams pudo hacer funcionar un pequeño motor con su invención, aunque nunca se movió más allá de la etapa de la experimentación.

El científico americano Aubrey Eneas trabajó con los platos y los colectores parabólicos, así como con otras tecnologías solares, a fines del siglo XIX y comienzos del siglo XX. Eneas primero comenzó a experimentar con motores de impulsión solar. Él creó la primera compañía solar,  la Solar Motor Company, en 1900 y pasó los cinco años siguientes trabajando en su idea. Eneas primero hizo un reflector similar al de Ericsson, pero no lo pudo hacer trabajar.

Luego Eneas se centró en la fabricación de un reflector más parecido al de Mouchout. Eneas mejoró el diseño de Mouchout para hacer el plato más grande aumentando los lados para hacerlos más verticales. El plato centraba la luz del sol en una caldera que era 50 por ciento más grande que las versiones anteriores. Eneas exhibió su diseño en una granja de  avestruces de Pasadena, California.

El modelo de la demostración tenía un reflector de 33 pies de diámetro con 1.788 espejos. La caldera podría sostener 100 galones (378 litros) de agua y era de 13 pies (3.9 metros) de largo. Mientras que Eneas recibió una cierta atención de parte de la prensa y vendió algunos de sus sistemas, ninguno podría soportar el mal tiempo. Su idea no pudo alcanzar gran popularidad.

Colectores solares

En los 1880s un ingeniero francés llamado Charles Tellier (1828 - 1913) alcanzó pasos significativos en el desarrollo del colector solar. Él diseñó el primer motor solar sin reflexión (es decir, sin concentrador). Su trabajo en esta área lo llevó a investigaciones por las cuales él era más conocido: refrigeración.

El colector solar de Tellier estaba compuesto de hasta diez placas. Cada placa consistía en dos planchas de hierro que eran remachadas (ensambladas) juntas así que tenían un sello hermético al agua. Las placas eran conectadas por tubos para formar un colector solar. Dentro del colector, Tellier colocó amoníaco en vez de agua porque el amoníaco tiene un punto de ebullición más bajo que el agua. En 1885 él puso tales colectores solares en la azotea de su hogar.

Cuando el colector fue expuesto al sol, cada placa lanzaba gas  amoníaco.

El colector solar de Tellier funcionó bien. El gas amoníaco a presión impulsaba una bomba de agua. Esta bomba de agua fue puesta en un pozo y podía bombear cerca de 300 galones por hora durante horas diurnas.

Tellier pudo aumentar la eficacia de sus colectores cubriendo la tapa con  vidrio y poniendo una aislación en la parte inferior.

Tellier creyó que sus colectores solares funcionarían para cualquier persona en el hemisferio norte que tuviera una azotea orientada hacia el Sur. Él también estaba seguro de que su sistema podría ser utilizado en forma industrial si más placas fueran agregadas a los colectores para hacer al sistema más grande. Tellier esperaba que su invención fuera utilizada en África para proporcionar energía y para fabricar el hielo. Pero mientras que él se dio cuenta de tener una buena idea, Tellier decidió  centrarse en el desarrollo de tecnologías de refrigeración.

Otros inventores mejoraron el  diseño de Tellier. En las primeras décadas del siglo XX, científicos americanos tales como Henry Willsie y Frank Shuman se destacaron con sus propios diseños del colector solar. Sus invenciones no pudieron alcanzar gran popularidad en ese entonces pero continuaron mejorando la tecnología.

 

 

Alternative + Renewable Energy - Solar Solutions :

 

What is a Solar Dish-Engine System?

A Solar Dish-Engine System is an electric generator that “burns” sunlight instead of gas or coal to produce electricity. The major parts of a system are the solar concentrator and the power conversion unit.

Solar dish-engine systems convert sunlight into electricity at very high efficiencies higher than any other solar technology.

NorthernTool.com

The dish , which is more specifically referred to as a concentrator, is the primary solar component of the system. It collects the solar energy coming directly from the sun (the solar energy that causes you to cast a shadow) and concentrates or focuses it on a small area. The resultant solar beam has all of the power of the sunlight hitting the dish but is concentrated in a small area so that it can be more efficiently used. Glass mirrors reflect ~ 92% of the sunlight that hits them, are relatively inexpensive, can be cleaned, and last a long time in the outdoor environment, making them an excellent choice for the reflective surface of a solar concentrator. The dish structure must track the sun continuously to reflect the beam into the thermal receiver.

The power conversion unit includes the thermal receiver and the engine/ generator. The thermal receiver is the interface between the dish and the engine/generator. It absorbs the concentrated beam of solar energy, converts it to heat, and transfers the heat to the engine/generator. A thermal receiver can be a bank of tubes with a cooling fluid, usually hydrogen or helium, which are the heat transfer medium and also the working fluid for an engine. Alternate thermal receivers are heat pipes wherein the boiling and condensing of an intermediate fluid is used to transfer the heat to the engine

¿Qué es un sistema de motor de plato solar?

Un sistema de motor de plato solar es un generador eléctrico que “quema” luz del sol en vez de gas o de carbón para producir electricidad. Las partes principales del sistema son el concentrador solar y la unidad de conversión de energía.

Los sistemas de motor de plato solar convierten luz del sol en electricidad con eficiencia muy alta, mayor que cualquier otra tecnología solar.

El plato, al que se refiere más específicamente como concentrador, es el componente solar primario del sistema. Recoge la energía solar que viene directamente del sol (la energía solar que hace que usted produzca una sombra) y la concentra o enfoca en un área pequeña. El haz de luz solar resultante tiene toda la energía de la luz del sol que incide sobre el plato, pero se encuentra concentrada en un área pequeña para poder utilizarla más eficientemente. Los espejos de cristal reflejan el ~ 92% de la luz del sol que les incide, son relativamente baratos, se pueden limpiar, y durar un largo tiempo en el ambiente al aire libre, convirtiéndolos en una excelente elección para la superficie reflectora de un concentrador solar. La estructura del plato debe seguir el sol continuamente para reflejar el haz en el receptor térmico.

La unidad de conversión de energía incluye el receptor térmico y el motor/generador. El receptor térmico es la interfaz entre el plato y el motor/generador. Absorbe el haz de luz concentrada de energía solar, lo convierte al calor, y transfiere el calor al motor/generador. Un receptor térmico puede ser un banco de tubos con un líquido de enfriamiento, generalmente hidrógeno o helio, que son el medio de trasporte térmico y también el fluido de trabajo para el motor. Receptores térmicos alternativos son tubos de calor en donde la ebullición y la condensación de un líquido intermedio son usadas para transferir el calor al motor.

¿Que es un sistema de generación eléctrica solar ?

Es una fuente de energía que a través de la utilización de celdas fotovoltaicas convierte en forma directa la energía lumínica en electricidad.

La producción de electricidad mediante paneles solares es especialmente interesante en aquellos puntos de consumo aislados en los que resulta costoso instalar una línea eléctrica. Son también interesantes las instalaciones solares eléctricas conectadas a la red, en las que el propietario vierte toda la electricidad generada a dicha red, vendiéndola con un precio sensiblemente mayor que el coste.

Uso y Principales aplicaciones:

Hay dos formas de utilizar la energía eléctrica generada a partir del efecto fotovoltaico:

• En instalaciones aisladas de la red eléctrica.
• En instalaciones conectadas a la red eléctrica convencional.

Mientras que en las primeras la energía generada se almacena en baterías para así disponer de su uso cuando sea preciso, en las segundas toda la energía generada se envía a la red eléctrica convencional para su distribución donde sea demandada.

Sistemas aislados de la red eléctrica

Estos sistemas se emplean sobre todo en aquellos lugares en los que no se tiene acceso la red eléctrica y resulta más económico instalar un sistema fotovoltaico que tender una línea entre la red y el punto de consumo. Como los paneles sólo producen energía en las horas de sol y la energía se necesita durante las 24 horas del día, es necesario un sistema de acumulación. Durante las horas de luz solar hay que producir más energía de la que se consume, para acumularla y posteriormente poder utilizarla cuando no se esté generando.

La cantidad de energía que se necesita acumular se calcula en función de las condiciones climáticas de la zona y el consumo de electricidad. De tal manera que en una zona donde haya muchos días soleados al año habrá que acumular poca energía. Si el periodo sin luz no es suficientemente largo, hay que acumular más energía.

El número de paneles a instalar debe calcularse teniendo en cuenta:

* la demanda energética en los meses más desfavorables.
* las condiciones técnicas óptimas de orientación e inclinación, dependiendo del lugar de la instalación.

Para optimizar el sistema es necesario calcular correctamente la demanda con el fin de no sobredimensionar la instalación. Conviene utilizar electrodomésticos e iluminación de bajo consumo, para que de esta manera el sistema sea más económico. Actualmente existe una gran variedad de estos productos de bajo consumo.

Las principales aplicaciones de los sistemas aislados de la red eléctrica son:

•Aplicaciones espaciales: Desde los orígenes de la aventura espacial los satélites y naves espaciales han utilizado paneles solares fotovoltaicos para alimentar sus equipos electrónicos.
•Sector de gran consumo: Calculadoras, relojes , etc.
•Telecomunicaciones: Existen multitud de equipos de telecomunicaciones situados en zonas de difícil acceso, alejados de la red eléctrica, alimentados por energía solar fotovoltaica. En estos casos, normalmente, la solución solar es la más económica y fiable. Son ejemplos característicos: repetidores de televisión, equipos de radio, antenas de telefonía móvil, etc..
•Señalización: La señalización marítima y terrestre es una de las grandes aplicaciones de los sistemas fotovoltaicos. Así son numerosos los ejemplos en balizamiento de aeropuertos, señalización de carreteras y puertos, etc...
•Bombeo: Al estar los pozos alejados de la red eléctrica, el bombeo con energía fotovoltaica es una solución muy adecuada. Estas instalaciones se adaptan muy bien a las necesidades ya que en los meses más soleados, que es normalmente cuando más agua se necesita, es cuando más energía se produce. En estos sistemas el almacenamiento de energía suele ser en forma de energía potencial, bombeando el agua a depósitos elevados.
•Zonas protegidas: En parajes naturales, donde por motivos de protección ambiental se recomienda no instalar tendidos eléctricos aéreos, en ocasiones, resulta más rentable utilizar sistemas fotovoltaicos en lugar de tendidos subterráneos o grupos electrógenos que utilizan combustibles fósiles.
•Electrificación de viviendas aisladas: La distancia del punto de consumo a la red eléctrica puede hacer, en muchos casos, más rentable esta aplicación debido no solo al coste de instalar el tendido eléctrico sino también a la calidad del suministro eléctrico al evitarse cortes de electricidad, muy frecuentes en lugares aislados.
•Alumbrado de calles y carreteras :La posibilidad de utilizar sistemas de iluminación autónomos de fácil instalación y mínima obra civil hace que sea una solución adecuada en muchas ocasiones.

Sistemas conectados a la red eléctrica

En los lugares que disponen de electricidad, la conexión a red de los sistemas fotovoltaicos contribuyen a la reducción de emisiones de dióxido de carbono (CO2 ) a la atmósfera. Esta aplicación se ajusta muy bien a la curva de demanda de la electricidad. El momento en que más energía generan los paneles, cuando hay luz solar, es cuando más electricidad se demanda. En España, la electricidad generada con sistemas fotovoltaicos goza de una prima que mejora su rentabilidad económica. Al instalar un sistema fotovoltaico conectado a la red, se dispone de una minicentral eléctrica que inyecta kWh verdes a la red para que se consuman allí donde sean demandados, lo que elimina las pérdidas en transporte de electricidad.

Para que estas instalaciones sean técnicamente viables es necesario:

– La existencia de una línea de distribución eléctrica cercana con capacidad para admitir la energía producida por la instalación fotovoltaica.
– La determinación, con la compañía distribuidora, del punto de conexión
– Proyectar un sistema que incluya equipos de generación y transformación de primera calidad, con las protecciones establecidas y debidamente verificados y garantizados por los fabricantes, de acuerdo a la legislación vigente.
– Una instalación realizada por un instalador especializado.

En las instalaciones conectadas a red, el tamaño de la instalación no depende del consumo de electricidad de la vivienda o edificio, lo que simplifica enormemente su diseño. Para dimensionar la instalación es necesario conocer la inversión inicial, el espacio disponible y la rentabilidad que se quiere obtener ya que el consumo de electricidad es independiente de la energía generada por los paneles fotovoltaicos. El usuario sigue comprando la electricidad que consume a la distribuidora al precio establecido y además es propietario de una instalación generadora de electricidad que puede facturar los kWh producidos a un precio superior.

Las principales aplicaciones de los sistemas conectados a la red eléctrica son:

  • Tejados de viviendas: Son sistemas modulares de fácil instalación donde se aprovecha la superficie de tejado existente para sobreponer los módulos fotovoltaicos. El peso de los paneles sobre el tejado no supone una sobrecarga para la mayoría de los tejados existentes.
  • Una instalación de unos 3 kWp que ocupa cerca de 30 m de tejado, inyectaría a la red tanta energía como la consumida por la vivienda a lo largo del año.

Para ofrecer una solución más económica se están utilizando sistemas prefabricados ue reducen notablemente el tiempo de realización de la instalación y aumentan su fiabilidad. Una vez terminada la instalación, el sistema fotovoltaico es un elemento más de la vivienda, aportando una fuente adicionable producción de electricidad y un gran valor ecológico añadido.

Por sus características y la actual reglamentación en España, se prevé que sea la aplicación más extendida en los próximos años.

Integración en edificios: En esta aplicación es prioritario el nivel de integración del elemento fotovoltaico en la estructura del edificio. Por integración fotovoltaica debemos entender la sustitución de elementos arquitectónicos convencionales por nuevos elementos arquitectónicos que incluyen el elemento fotovoltaico, y que por lo tanto son generadores de energía.

Tanto para aplicaciones aisladas de la red eléctrica, como para las conectadas a ella es necesario cuidar la incorporación de los sistemas fotovoltaicos al entorno, rural o urbano. Pero es en las aplicaciones urbanas conectadas red, en las que se unen exigencias urbanísticas a las motivaciones medioambientales, donde la integración tiene más relevancia. La demanda de energía del sector terciario en la Unión Europea esta creciendo de forma significativa, por lo que la integración de sistemas fotovoltaicos en edificios, con aportaciones energéticas en las horas punta, contribuye reducir la producción diurna de energía convencional.

Las aplicaciones de integración en edificios más frecuentes :

–Recubrimiento de fachadas
–Muros cortina
–Parasoles en fachada
–Pérgolas
–Cubiertas planas acristaladas
–Lucernarios en cubiertas
–Lamas en ventanas
–Tejas

Para conseguir una mejor integración del elemento fotovoltaico en los edificios es necesario tenerlo en cuenta desde el inicio del diseño del edificio. De esta manera se podrá conseguir mejorar el aspecto exterior y el coste del edificio al poderse sustituir elementos convencionales por los elementos fotovoltaicos .A veces es necesario sacrificar parte del rendimiento energético por mantener la estética del edificio.

Ventajas fundamentales:

‐ No consume combustible
‐ No produce polución ni contaminación ambiental
‐ Es silencioso
‐ Tiene una vida útil superior a 20 años
‐ Es resistente a condiciones climáticas extremas: (granizo, viento, temperatura y humedad)
‐ No posee partes mecánicas, por lo tanto no requiere mantenimiento, excepto limpieza del panel
‐ Permite aumentar la potencia instalada mediante la incorporación de nuevos módulos.

Componentes del sistema:

- Corriente continua 12V:
‐ Paneles o módulos de celdas fotovoltaicas
‐ El soporte para los mismos
‐ Regulador de carga de baterías y el Banco de baterías
-Corriente alterna 110/220V:
Es necesario instalar además entre las baterías y el consumo un Inversor de corriente de capacidad adecuada (el Inversor convierte la corriente continua o DC del modulo o generador solar en corriente alterna o AC. Dicha corriente alterna es utilizada típicamente por la mayoría de los equipos eléctricos domésticos).

Composición Física y Fabricación de Dispositivos Fotovoltaicos

Efecto fotovoltaico

Los módulos se componen de celdas solares de silicio (o fotovoltaicas). Estas son semiconductoras eléctricas debido a que el silicio es un material de características intermedias entre un conductor y un aislante.

Presentado normalmente como arena, mediante métodos adecuados, se obtiene el silicio en su forma pura. El cristal de silicio puro no posee electrones libres y por lo tanto resulta un mal conductor eléctrico. Para cambiar esto se le agregan porcentajes de otros elementos. Este proceso se denomina dopado. Mediante el dopado de silicio con fósforo se obtiene un material con electrones libres o material con portadores de carga negativa (silicio tipo N). Realizando el mismo proceso, pero agregando boro en lugar de fósforo, se obtiene un material de características inversas; esto es déficit de electrones o material con cargas positivas libres o huecos (silicio tipo P). Cada celda solar se compone de una delgada capa de material tipo N y otra de mayor espesor de material tipo P ( Ver gráfico siguiente ).

Ambas capas separadas son eléctricamente neutras, pero al ser unidas, justamente en la unión (P‐N), se genera un campo eléctrico debido a los electrones libres del silicio tipo N que ocupan los huecos de la estructura del silicio tipo P.

Al incidir la luz sobre la celda fotovoltaica, los fotones que la integran chocan con los electrones de la estructura del silicio dándoles energía y transformándolos en conductores. Debido al campo eléctrico generado en la unión (P‐N), los electrones son orientados, fluyendo de la capa "P" a la capa "N". Mediante un conductor externo, se conecta la capa negativa a la positiva, generándose así un flujo de electrones (corriente eléctrica) en la conexión. Mientras la luz siga incidiendo en la celda, el flujo de electrones se mantendrá. La intensidad de la corriente generada, variará proporcionalmente según la intensidad de luz incidente. Cada módulo fotovoltaico se conforma de una determinada cantidad de celdas conectadas en serie. Como vimos anteriormente, al unirse la capa negativa de una celda a la positiva de la siguiente, los electrones fluyen a través de los conductores de una celda a la otra. Este flujo se repite hasta llegar a la última celda del módulo, de la cual fluyen hacia el acumulador o batería. Cada electrón que abandona el módulo es reemplazado por otro que regresa del acumulador o batería. El cable de la interconexión entre módulo y batería contiene el flujo, de manera tal que cuando un electrón abandona la última celda del módulo y se dirige hacia la batería, otro electrón ingresa a la primera celda desde la batería. Es por esto que se considera inagotable a un dispositivo fotovoltaico. Produce energía eléctrica como respuesta a la energía lumínica que ingresa en el mismo. Cabe aclarar que una celda fotovoltaica no puede almacenar energía eléctrica.

Tipos de Celdas:

Existen tres tipos de celdas; dependiendo su diferenciación según el método de fabricación.

‐ Silicio Monocristalino:

Estas celdas se obtienen a partir de barras cilíndricas de silicio Monocristalino producidas en hornos especiales.

Las celdas se obtienen por cortado de las barras en forma de obleas cuadradas delgadas (0,4‐0,5 mm de espesor). Su eficiencia en conversión de luz solar en electricidad es superior al 12%.

En este caso el silicio que compone las células de los módulos es un único cristal. La red cristalina es la misma en todo el mate‐rial y tiene muy pocas imperfecciones. El proceso de cristalización es complicado y costoso, pero, sin embargo, es el que proporciona la mayor eficiencia de conversión de luz en energía eléctrica.

‐ Silicio Policristalino:

Estas celdas se obtienen a partir de bloques de silicio obtenidos por fusión de trozos de silicio puro en moldes especiales. En los moldes, el silicio se enfría lentamente, solidificándose. En este proceso, los átomos no se organizan en un único cristal. Se forma una estructura policristalina con superficies de separación entre los cristales, por tanto, el proceso de cristalización no es tan cuidadoso y la red cristalina no es la misma en todo el material. Este proceso es más barato que el anterior pero se obtienen rendimientos ligeramente inferiores.

Su eficiencia en conversión de luz solar en electricidad es algo menor a las de silicio Monocristalino.

‐ Silicio Amorfo:

Estas celdas se obtienen mediante la deposición de capas muy delgadas de silicio sobre superficies de vidrio o metal.

Su eficiencia en conversión de luz solar en electricidad varía entre un 5 y un 7%.

Aspectos tecnicos de fabricación

En primer lugar, para generar electricidad solar fotovoltaica se necesita un generador fotovoltaico, es decir un conjunto de módulos conectados entre ellos junto con el cableado, y (en su caso) los soportes de la instalación.

En segundo lugar, para transformar la electricidad (corriente continua) producida por un generador solar fotovoltaico en electricidad con las mismas características que la de la red convencional (corriente alterna a 220 voltios y frecuencia de 50 hz) se necesita un inversor. Existen diferentes tipos de inversores, pero se considera recomendable escogerlo en función del tamaño de la instalación que se ha realizado o se pretende realizar. El inversor se instala entre el generador fotovoltaico y el punto de conexión a la red. En el mercado también se encuentran inversores incorporados a los módulos fotovoltaicos, formando un único sistema compacto que se puede conectar directamente a las cargas (es decir, conectándolos a cualquier enchufe inyectan corriente en él). Hoy por hoy pueden no resultar todavía recomendables toda vez que es necesario garantizar la calidad de la corriente alterna producida para conectarla a la red general y por los posible inconvenientes que te pueden plantear en los trámites legales y administrativos para conseguir facturar la energía limpia vertida a la red eléctrica. La prima que se reciba vendrá determinada por el valor del inversor y no por la potencia instalada en paneles solares fotovoltaicos.

Una vez la electricidad solar ha sido transformada por el inversor, TODA LA ENERGÍA PRODUCIDA SE INYECTA A LA RED, CON LAS VENTAJAS ECONÓMICAS Y MEDIOAMBIENTALES QUE ESTO SUPONE. El generador fotovoltaico necesita dos contadores ubicados entre el inversor y la red; uno para cuantificar la energía que se genera e inyecta en la Red para su posterior remuneración, y el otro para cuantificar también el pequeño consumo (Ø 2kW) del inversor fotovoltaico en ausencia de radiación solar así como garantía para la compañía eléctrica de posibles consumos que el titular de la instalación pudiera hacer. El suministro de electricidad al edificio se realizaría desde la red, con su propio contador, siendo una instalación totalmente independiente y en paralelo con la instalación fotovoltaica. Si el sistema fotovoltaico está instalado tal como requieren las normativas vigentes en cuanto a conexión a red, es decir en paralelo al contador de consumo eléctrico del edificio, toda la electricidad producida por el sistema fotovoltaico se vende a la red, mientras que se sigue consumiendo electricidad de la red con normalidad, como antes. Hay que tener en cuenta que los sistemas fotovoltaicos conectados a la red no requieren ningún sistema de acumulación de energía (baterías), a diferencia de los sistemas aislados, con lo cual son más baratos, y fiables, puesto que toda la energía producida se inyecta en la Red se evita que se pierda la energía generada cuando los acumuladores estén completamente llenos, y principalmente, nos ahorramos su mantenimiento, además de evitar los problemas derivados del uso de baterías (conservación, descargas limitadas, eliminación posterior...) Con un sistema conectado a red, el usuario no percibe ningún cambio en el servicio eléctrico que recibe, manteniendo las mismas ventajas (seguridad de suministro) e inconvenientes (riesgo de eventuales cortes de luz), pero sabiendo que cada kW que produzca el generador fotovoltaica es uno menos que generaran las centrales contaminantes.

 

 

 

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