Sin discusión somos la mejor alternativa para llevar electricidad a zonas remotas, y así dar acceso a servicios indispensables para la vida, con aplicación de las energís renovables. En países de economías emergentes, como los Latinoamericanos ya se han instalado miles de sistemas de este tipo en selvas, islas, montañas con excelentes resultados. Podemos llevar electricidad a cualquier parte del planeta sin ocasionar impacto y con precios bajos.
Situación Actual de la Energía
Hemos desarrollado una dependencia descontrolada y poco eficiente de la electricidad, que nos ha llevado a montar proyectos de generación sin tomar en cuenta la recuperación de los recursos que usamos para ello y el impacto al medio. En Todos los países se desarrollan políticas y se planifica la generación para el presente y los años futuros, tomando como parámetro principal, y en algunos casos como único, el lograr el menor costo de generación eléctrica.
El bienestar humano debe estar al alcance de todos, no solo en términos geográficos sino económicos, por este motivo es indispensable que la energía eléctrica tenga el menor costo posible. El problema se suscita en el método de costeo que se ha utilizado en casi el 100% del planeta, nunca tomamos en cuenta parámetros como el impacto y la posibilidad de renovación de los recursos que se utilizan para su generación.
A pesar de que los efectos son reales sobre los cambios en el medio y el costo económico de los combustibles, cuando desarrollamos planes para la provisión de electricidad en el futuro seguimos dejando de lado el daño irreparable y al costo real de utilizar fuentes no renovables. Todavía pensamos que las fuentes renovables no son competencia para proyectos como grandes hidroeléctricas, generación nuclear, generación térmica que utilizan derivados del petróleo o gas natural. Todas estas energías tienen grandes recursos involucrados en investigación, para mejorarlas, pero es imposible que lleguemos hacerlas limpias y renovables, sus recursos son escasos o tienen impactos muy grandes.
La utilización de electricidad generada de manera renovable es una alternativa que todos debemos incorporar en nuestro diario vivir, y es nuestro deber exigir a nuestros líderes una visión a largo plazo para satisfacer nuestra demanda de energía que englobe soluciones limpias y renovables. Tenemos que primero analizar si nuestros requerimientos de electricidad son adecuados o estamos siendo ineficientes en su uso, debemos aplicar equipamiento y costumbres que nos lleven a cada día consumir menos y a buscar otras alternativas para lograr los mismos efectos o servicios.
Actualmente la energía solar fotovoltaica y térmica, energía eólica, biomasa, generación geotérmica, energía mareomotriz, pequeñas hidr&aavute;ulicas, y otras, son formas de generación que a pesar de estar todavía en etapas tempranas ya son viables y su aplicación ha sido demostrada en varias partes del mundo con resultados excelentes.
Sistemas Solares Fotovoltaicos Autónomos
Análisis Básico de Viabilidad
Un sistema solar fotovoltaico autónomo está compuesto generalmente por:
- Generador fotovoltaico, que puede ser uno o varios paneles solares fotovoltaicos o placas fotovoltaicas,
- Regulador de carga, cumple las funciones del cerebro del sistema controlando el paso de energía del panel solar fotovoltaico hacia la batería, y desde la batería hasta el consumo.
- Baterías de Ciclo Profundo, pudiendo ser una o varias que conformen una bancada de baterías que operen en el mismo voltaje del arreglo de paneles solares fotovoltaicos. En el caso de ser una bancada de baterías se conectan varias baterías de voltajes menores en serie hasta alcanzar 12Vdc, 24Vdc o 48Vdc.
- Inversor de Carga, este equipo nos permite trabajar con equipos en corriente alterna en 110Vac o 220Vac en 50 o 60Hz. Este equipo no es indispensable y es preferible diseñar sistemas que operen consumos en DC.
- Cargas o Consumo, este es el principal componente del sistema, son las que determinan el tamaño y las características del sistema. En este tipo de sistemas debemos dar priorizar las cargas en DC, y evitar el uso de inversores.
Actualmente el Sistema Solar Fotovoltaico autónomo es la mejor alternativa para llevar electricidad a zonas marginadas de todo el mundo, existen millones de personas que no tienen acceso a la red pública. Estos habitantes, que generalmente son los de más bajos recursos, pagan para acceder a iluminación, refrigeración, comunicaciones, el costo más alto de generación, ellos utilizan pilas, mecheros, plantas generadoras a base de combustibles fósiles como gasolina o kerosene, llegando en algunas partes a pagar el 10 USD por Kw/h. Esta situación de marginalidad ha mantenido a estos habitantes con muy bajas esperanzas de superación. La energía solar fotovoltaica, aplicada a sistemas autónomos de generación, nos permite llevar energía limpia y segura a todas estas personas, con costos por debajo del 1USD KW/h.
Esta aplicación de la energía solar fotovoltaica la convierte en una herramienta para erradicar la pobreza y la marginalidad.
La aplicación de energía solar fotovoltaica para electrificación rural, no es nueva, se ha vendió aplicando desde hace más de 25 años en varias partes del mundo con resultados muy variados. Es justo mencionar que muchos de estos esfuerzos por dotar de electricidad por medio de paneles solares han fracasado en la concepción del proyecto, y esto ha costado que algunas organizaciones gubernamentales de varios países vean a esta tecnología como inapropiada o susceptible a fallas. Pero es totalmente injusto responsabilizar a la energía solar cómo tecnología o aplicación, las fallas de los sistemas se han dado por dos factores principales:
- El desconocimiento del modo de empleo del sistema por parte del usuario final.
- Fallas en la etapa de diseño de los sistemas, y especialmente en la selección de equipos, no se tomaron en cuenta condiciones del medio y del uso.
Estos dos factures son los principales causantes del fracaso de muchos programas o proyectos de electrificación con uso de paneles solares. Y son estos dos problemas los que se debe resolver para seguir llevando electricidad a todas estas personas de manera exitosa. Es importante aprender de los programas exitosos y de los que fracasaron para ir diseñando proyectos que no solo se preocupen por la dotación de equipos, sino también por el soporte técnico que permita en que todo proyecto en el tiempo resulte exitoso.
Panel Solar Fotovoltaico
El efecto Fotovoltaico
El efecto fotoeléctrico consiste en la emisión de electrones por un elemento cuando se expone a radiación electromagnética, en forma de luz.
El fotón es la partícula portadora de todas las formas de radiación electromagnética, luz visible, luz infrarroja, luz ultravioleta, rayos gamma, los rayos X , las microondas, y las ondas de radio.
La frecuencia de onda de la luz determina el tipo de energía que posee el fotón, el incremento en la intensidad de la luz no modifica la energía de los fotones, solo incrementa la cantidad de electrones que pueden escapar, por lo tanto, la energía de los electrones depende de la frecuencia.
Cuando un electrón extrae o es expuesto a la energía de un fotón con más energía que la necesaria para expulsarlo del elemento y con una velocidad orientada a la superficie, en ese instante el electrón es extraído. Cuando es menor la la energía del fotón, el electrón no puede ser extraído. Cuando el fotón es absorbido parte de su energía se utiliza para liberarlo del Átomo y el resto contribuye a dotar de energía cinética a la partícula libre. Los electrones en general pueden ser afectados y ser emitidos por el efecto fotoeléctrico, pero en la práctica las que más emergen o saltan son los que requieren menor energía.
- Aislante. – los electrones más energéticos se encuentran en la banda de valencia.
- Metal. – los electrones más energéticos están en la banda de conducción.
- Semiconductor de tipo N. – son los electrones de la banda de conducción que son los más energéticos.
- Semiconductor de tipo P. – también, pero hay muy pocos en la banda de conducción. Así que en ese tipo de semiconductor hay que ir a buscar los electrones de la banda de valencia.
Los electrones más energéticos se encuentran cerca del nivel de Fermi en condiciones ambientales normales. La función de trabajo es la energía que hay lograr en un electrón para sacarlo desde el nivel de Fermi hasta el exterior, la frecuencia máxima necesaria para que un electrón escape del metal recibe el nombre de frecuencia umbral.
El efecto fotoeléctrico es la base de la producción de energía eléctrica por radiación solar y del aprovechamiento energético de la energía solar. El efecto fotoeléctrico se utiliza en diodos fotosensibles tales como los que se utilizan en las células fotovoltaicas, que componen paneles solares fotovoltaicos o también conocidos como placas solares En la actualidad el material fotosensible más utilizado es el silicio, que produce corrientes eléctricas mayores.
Panel Solar Fotovoltaico o Placa Solar Fotovoltaica
Los paneles solares fotovoltaicos o módulos fotovoltaicos o colectores solares fotovoltaicos (llamados a veces placas solares) son el conjunto de celdas o células fotovoltaicas que generan electricidad a partir de la luz que incide sobre estas.
La medida de la potencia de estos paneles solares fotovoltaicos se ha estandarizado en potencia pico, que es la potencia máxima que el panel solar fotovoltaico puede generar en condiciones similares y estandarizadas:
- Radiación de 1000 W/m2
- Temperatura de célula de 25ºC (no temperatura ambiente).
Las placas fotovoltaicas se dividen en:
Cristalinas
Monocristalinas: provienen de un único cristal de silicio (reconocibles por su forma circular u octogonal, donde los 4 lados cortos, si se observa, se aprecia que son curvos, debido a que es una célula circular recortada).
Policristalinas: cuando están formadas por pequeñas partículas cristalizadas.
Amorfas: cuando el silicio no se ha cristalizado.