Energía Solar Fotovoltaica: Funcionamiento, Aplicaciones, Pros y Contras

La energía fotovoltaica se obtiene como resultado de la conversión de la energía procedente del Sol en electricidad. Esta conversión se produce gracias a los paneles fotovoltaicos. Y es en los paneles fotovoltaicos, en sus células (o celdas), donde se produce el llamado efecto fotoeléctrico (o fotovoltaico). Este efecto fotovoltaico consiste en que la radiación solar excita los electrones de las células solares (dispositivo semiconductor), lo que genera una diferencia de potencial y una corriente eléctrica.

Por tanto, la energía fotovoltaica es una fuente de energía 100% renovable, limpia e inagotable que esta cambiando nuestras vidas y que forma parte de la transición energética que vive todo el planeta para dejar atrás los combustibles fósiles y reducir nuestro consumo energético con fuentes de energía contaminantes.

Hoy en día, es ya muy frecuente poner paneles solares para tener energía solar para una casa o en una empresa e industria.

¿Cómo Funciona la Energía Fotovoltaica?

La definición de energía fotovoltaica es la energía obtenida a partir de la radiación del Sol para generar electricidad mediante paneles fotovoltaicos. Es decir, la tecnología fotovoltaica convierte la luz del sol en energía eléctrica mediante paneles fotovoltaicos y esta energía puede utilizarse para consumo eléctrico directo, o almacenarse en baterías o acumuladores.

Si el ser humano pudiera aprovechar la totalidad de de luz solar que incide sobre la superficie terrestre en una hora y media, esto sería suficiente para cubrir todas las necesidades energéticas del mundo durante un año entero.

 

Un ejemplo:

Para tratar de comprenderlo mejor, podemos imaginar que una célula solar se comporta, cuando recibe la radiación del sol, de una forma similar a una pequeña pila, por lo que puede suministrar una corriente continua a los dispositivos conectados a ella mientras mantiene entre sus polos un voltaje determinado.

Por supuesto, si la energía generada por sol cesa, es decir, si deja de recibir radiación solar, la energía renovable solar producida por la célula y las placas solares fotovoltaicas que integran, también cesa.

Es decir, el fundamento de la tecnología fotovoltaica es que se necesita de la luz solar como materia prima.

¿Qué es el Efecto Fotovoltaico?

Este efecto está basado en el efecto fotoeléctrico que ocurre cuando la luz incide sobre una superficie metálica, los electrones de la superficie salen expulsados de ésta.

El efecto fotovoltaico se conoce desde finales del siglo XIX cuando Heinrich Hertz se percató que el arco voltaico que se origina entre dos electrodos conectados a alta tensión alcanza distancias mayores cuando se ilumina con luz ultravioleta que cuando se deja en la oscuridad.

 

¿Cuándo fue el Descubrimiento de la Energía Fotovoltaica?

La odisea de la energía fotovoltaica se inicia en 1839, cuando Alexandre-Edmond Becquerel, un joven físico francés, descubre el efecto fotovoltaico. Mientras experimentaba en el laboratorio de su padre, Becquerel observó cómo una celda electroquímica generaba electricidad al exponerse a la luz.

Este fenómeno, donde la luz se convierte directamente en electricidad, sentó las bases científicas de lo que, con el tiempo, se transformaría en la tecnología fotovoltaica.

Avanzando hacia 1883, Charles Fritts da un paso monumental en la historia de la fotovoltaica al construir la primera célula solar utilizando selenio recubierto con una capa delgada de oro. A pesar de que la eficiencia de conversión de esta célula solar era menos del 1%, este invento demostró la posibilidad de generar energía eléctrica de forma directa a partir de la luz solar.

¿Desde cuando se Utiliza la Energía Fotovoltaica en Misiones Espaciales?

Con la llegada de la era espacial en la década de 1950, la tecnología fotovoltaica encontró un nuevo y revolucionario campo de aplicación: la exploración espacial.

Este período marcó un punto de inflexión para la energía solar, demostrando su valor más allá de la Tierra y catalizando avances significativos en su desarrollo.

En 1958, el Satélite Vanguard I (USA) se convirtió en el primer satélite en utilizar paneles solares para generar energía, una decisión que subrayó la viabilidad y la eficacia de la fotovoltaica en las condiciones extremas del espacio.

La elección de la energía solar para alimentar satélites no fue casual; en el vacío del espacio, donde la recarga de baterías es impracticable y la fiabilidad es crucial, la energía solar ofrecía una solución elegante y sostenible para mantener operativos los sistemas de los satélites.

¿Cómo Funciona una Instalación de Energía Fotovoltaica?

1. El funcionamiento de una planta fotovoltaica comienza con los paneles solares que capturan la radiación solar y la convierten en corriente continua (CC).
2. Una vez generada, la corriente continua es dirigida hacia un inversor, cuyo trabajo es convertirla en corriente alterna (CA), compatible con la red eléctrica y los sistemas eléctricos estándar en hogares y empresas.
3. Baterías para almacenar energía para su uso cuando la radiación solar no es suficiente para generar electricidad en tiempo real.

Las plantas fotovoltaicas pueden estar conectadas a la red eléctrica (sistemas on-grid) o funcionar de manera independiente (sistemas off-grid). Los sistemas conectados a la red pueden enviar el exceso de energía producido a la red pública, lo que puede resultar en créditos de energía o compensaciones, mientras que los sistemas independientes de la red son frecuentes en áreas sin acceso a la red eléctrica.

¿Qué Tipos de Instalaciones de Energía Fotovoltaica existen?

Los tipos de plantas solares fotovoltaicas más frecuentes son:

• Grandes Huertas Solares: Son centrales fotovoltaicas diseñadas para una gran capacidad de producir electricidad, estas instalaciones, con conexión a red, pueden abastecer poblaciones enteras conectadas a la red eléctrica o aisladas de la misma.
• Instalaciones de autoconsumo fotovoltaico: En pleno desarrollo a nivel mundial, emplean la generación distribuida a partir de la energía solar.
  A tal respecto, se pueden dividir en:
  • Comunitarias: Se utiliza para abastecer a pequeñas poblaciones como sistemas fotovoltaicos para comunidades energéticas.
  • Empresas e industria: Sistemas de energía fotovoltaica en empresas e industrial.
  • Hogar y viviendas:  Sistemas fotovoltaicos para el hogar para viviendas, provocando un importante ahorro energético.
  • Agrivoltaica, sistemas energía fotovoltaica en el campo.
• Instalaciones autónomas (aisladas): Un tipo de sistema fotovoltaico donde, por motivos de no poder acceder a la red eléctrica, se utilizan baterías para poder abastecerse de energía. También existen kits de energía solar aunque no sean la opción más óptima.
• Bombeo solar: Otra de las aplicaciones más habituales. Gracias a ella, se eleva el agua desde pozos para su posterior uso a nivel de regadíos y consumo humano.
• Transporte marítimo: Muy frecuente el uso para barcos que necesitan un aporte extra de electricidad en sus travesías marítimas y con la energía solar logran ese cometido.
• Para Autocaravanas: Al igual que los barcos, el uso de paneles solares para caravanas, es algo muy frecuente y que da un aporte extra de carga de baterías cuando el vehículo está parado.

¿Qué es la Potencia Nominal y Potencia pico en una Instalación Fotovoltaica?

En este tipo de instalaciones, se suele diferenciar entre potencia nominal y potencia pico:

• La potencia pico hace referencia a la cantidad de kW que suman los paneles fotovoltaicos instalados.
• La potencia nominal alude a la potencia del inversor o del microinversor solar que siempre será igual o inferior a la pico.

Lo habitual es que la potencia instalada en paneles (potencia pico) sea entre un 10 y un 15% superior a la nominal del inversor, que es quien marca la potencia de la instalación.

¿Qué Equipos Integran una Instalación de Energía Fotovoltaica?

Todas las instalaciones fotovoltaicas que funcionan con energía solar fotovoltaica estará compuesta por:

• Paneles fotovoltaicos: También llamado campo de captación, pues es en ellas donde se capta la energía solar y se transforma en energía eléctrica.
• Inversores solares: Su misión es transformar la corriente continua que proviene de las placas solares, en corriente alterna para su posterior uso.
• Soportes de montaje: Para fijar los paneles en el tejado o en suelo.
• Baterías: Para sistemas aislados (autónomos de energía) de la red eléctrica o que necesitan acumular energía para horas que no hay sol y reducir el consumo.
• Regulador de carga: Necesario para controlar la carga y descarga de las baterías en instalaciones aisladas (sin conexión a red).

¿Qué Tipos de Paneles Solares Utilizan Energía Fotovoltaica?

Dependiendo del tipo de célula fotovoltaica que lo componen, los tipos de paneles solares pueden ser:

• Monocristalinos: cuya célula se logra a partir de un único cristal de silicio. Con eficiencias hasta el 23%. Las células monocristalinas tienen un aspecto casi negro, y una forma cuadrada con sus esquinas en chaflán.
• Policristalinos: cuya célula se logra a partir de varios cristales de silicio. Con eficiencias no más del 19%. El aspecto de las células policristalinas es azulado y su forma es cuadrada.
• Amorfos: Son células donde el silicio no ha cristalizado y con una distribución atómica muy irregular. Con baja eficiencia. Su aspecto es negro.

¿Qué Ventajas y Desventajas Tiene la Energía Fotovoltaica?

Ventajas:

• Se trata de una fuente de energía limpia y renovable, por lo tanto, no contaminante.
• Aporta la ventaja de poder ser tu propio productor y consumidor de energía (prosumidor).
• Ahorro en la factura de la luz.
• Reduce significativamente la dependencia de combustibles fósiles de terceros países.
• La fotovoltaica crea puestos de trabajo cualificados.
• Inversión inicial muy asequible gracias a la existencia de ayudas y subvenciones.
• Fácil implantación, casi cualquier tejado o terreno son válidos.
• Posibilidad, con algunas comercializadoras, de verter los excedentes a la red y poder consumirlos durante todo el año (batería virtual).
• La durabilidad de una instalación fotovoltaica, si es de buena calidad, es de más de 25 años.

Desventajas:

• Disponibilidad solo durante horas de sol. A no ser que se utilicen baterías (física o virtual) para almacenar la energía no consumida durante el día.
• Si no hay sol (noche, nubes, lluvia...), no se genera electricidad.
• Necesidad de disponer una superficie relativamente amplia (1 metro cuadrado para cada 250W aproximadamente)  para su instalación.
• Necesitan mantenimiento y limpieza periódica.
• El proceso de fabricación es contaminante. Los fabricantes comprometidos con el medioambiente sostienen que la energía empleada para fabricar un panel solar, se retorna a los 2 años de funcionamiento, por lo que el balance es positivo en realidad.

Más información: Todas las ventajas y desventajas de la energía fotovoltaica

¿Se Puede Utilizar Energía Fotovoltaica en el Hogar?

Si, el autoconsumo fotovoltaico es una de las formas de uso de la energía solar que más ventajas puede aportar a quien lo incorpore a su vivienda o empresa.

Debes tener en cuenta que el uso de la energía solar, en su formato de autoconsumo, implica que reducirás el consumo eléctrico de la red, ahorrarás en la factura eléctrica a final de mes e incluso puedes acogerte al balance neto.

Además de ahorrar al haberse superado el umbral de la paridad de red, el gobierno español y las comunidades autónomas están siendo muy proactivas para fomento de este tipo de aplicación de la energía solar. Para ello, existen multitud de ayudas y subvenciones para la implantación de energía solar para autoconsumo en todo tipo de viviendas, edificios, comunidades energéticas, empresas .... etc.

¿Que Evolución ha Tenido la Energía Fotovoltaica los últimos Años?

En la última década, la tecnología fotovoltaica ha experimentado avances sin precedentes, marcando el inicio de una era dorada para la energía solar.

Innovaciones:

Una de las innovaciones más destacadas en el campo fotovoltaico es el desarrollo de paneles solares bifaciales. Estos paneles capturan la luz solar tanto por el frente como por la parte trasera, aprovechando la radiación reflejada desde el suelo (radiación de albedo) y otras superficies para generar electricidad adicional.

Esta tecnología ha demostrado aumentar significativamente la producción de energía de los sistemas solares, ofreciendo una solución más eficiente y rentable para la generación de energía renovable.

Sistemas inteligentes de optimización (Optimizadores, micro inversores...):

La integración de la tecnología fotovoltaica con sistemas inteligentes también está marcando una tendencia. Los sistemas de energía solar ahora pueden optimizarse en tiempo real, adaptándose a las condiciones climáticas y a las demandas de energía para maximizar la eficiencia. Un buen ejemplo son los microinversores del fabricante Enphase, que son los más vendidos en USA.

Acumulación de la energía fotovoltaica con baterías de litio:

Además, el avance en el almacenamiento de energía está transformando la forma en que se utiliza la energía solar. Las soluciones de y los tipos de baterías de litio de alta capacidad y bajo costo permiten almacenar el exceso de energía generada durante el día para su uso nocturno o durante períodos de baja irradiación solar.

Eficiencia rozando el 27%:

Otra tendencia importante es la mejora continua en la eficiencia de los paneles solares. Investigadores de todo el mundo están alcanzando récords de eficiencia, con prototipos de laboratorio que superan el 27% de eficiencia y prometen acercarnos a los límites teóricos de conversión de energía.

Sobre Nosotros:

SunFields Europe es una empresa de distribución y venta de componentes fotovoltaicos desde el año 2007 y está formada por profesionales con una dilatada experiencia técnica en el sector de la energía solar.

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