Instalaiciones Electricas e Iluminacion (Ensayo Celdas Fotovoltaicas)
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Espinoza Damián , Eliud Eliacim Instalaciones eléctricas e iluminación MONTERREY N.L A 12 DE OCTUBRE DEL 2012 UNIVERSIDAD AUTONOMA DE NUEVO LEON FACULTAD DE ARQUITECTURA ELIUD ELIACIM ESPINOZA DAMIAN Mat: 1379629 Gpo: 007 INSTALACIONES ELEVTRICAS E ILUMINACION ENSAYO CELDAS FOTOVOLTAICAS
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Espinoza Damián , Eliud Eliacim Instalaciones eléctricas e iluminación
MONTERREY N.L A 12 DE OCTUBRE DEL 2012
UNIVERSIDAD AUTONOMA DE NUEVO LEON
FACULTAD DE ARQUITECTURA
ELIUD ELIACIM ESPINOZA DAMIAN
Mat: 1379629 Gpo: 007
INSTALACIONES ELEVTRICAS E ILUMINACION
ENSAYO CELDAS FOTOVOLTAICAS
Espinoza Damián , Eliud Eliacim Instalaciones eléctricas e iluminación
MONTERREY N.L A 12 DE OCTUBRE DEL 2012
LA CELDA FOTOVOLTAICA
INTRODUCCIÓN
La energía solar fotovoltaica se basa en la captación de energía solar y su
transformación en energía eléctrica por medio de celdas fotovoltaicas.
Los materiales semiconductores, para su utilización en celdas fotovoltaicas,
han de ser producidos en purezas muy altas, normalmente con estructura
cristalina.
La conversión de la energía solar a eléctrica se realiza de manera limpia,
directa y elegante. Existen dos elementos que sustentan la utilización de la
energía fotovoltaica: "La necesidad de proteger el medio ambiente y la
necesidad de crecer económicamente"
FOTOVOLTAICO: La palabra fotovoltaico(a) está formada por la combinación
de dos palabras de origen griego: foto, que significa luz, y voltaico que significa
eléctrico. El nombre resume la acción de estas celdas: transformar,
directamente, la energía luminosa en energía eléctrica
La energía solar fotovoltaica es un tipo de electricidad renovable (energía
eléctrica, -voltaica) obtenida directamente de los rayos del sol gracias al efecto
fotoeléctrico de un determinado dispositivo; normalmente una lámina metálica
semiconductora llamada celda fotovoltaica, o una disposición de metales sobre
un sustrato llamado “capa fina”. También están en fase de laboratorio métodos
orgánicos.
Celdas fotovoltaicas
Las celdas fotovoltaicas son el motor de cualquier sistema solar, es que sin
ellas no podríamos contar actualmente con paneles solares o cualquier otro
dispositivo que funcione a base de esta energía. Una celda fotovoltaica tiene
como función primordial convertir la energía captada por el sol en electricidad a
un nivel atómico; muchas de ellas cuentan con una propiedad conocida como
efecto fotoeléctrico lo cual hace que los fotones de luz sean absorbidos para
luego irradiar electrones; cuando dichos electrones libres son capturados el
resultado que obtenemos es una corriente eléctrica que luego, mediante su
conversión, es empleada como electricidad. Las celdas fotovoltaicas tuvieron
su nacimiento gracias a un físico francés llamado Edmundo Bequerel, fue éste
quien notó que ciertos materiales producían pequeñas cantidades de corriente
eléctrica cuando los mismos eran expuestos hacia la luz, es así como el
principio del aprovechamiento de la energía solar surgiría.
Luego, Albert Einstein describió lo que era el efecto fotoeléctrico, en el cual se
basa hoy la tecnología fotovoltaica, por dicho trabajó consiguió el premio Nobel
de física. Con toda esta información, conocimientos y avances, los Laboratorios
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Bell crearon el primer módulo fotovoltaico en 1954 apareciendo allí las
primeras celdas fotovoltaicas; como su fabricación era bastante costosa y en
aquella época el precio resultaba algo injustificado, la producción de celdas
fotovoltaicas decayó hasta 1960. Fue en este año en donde la industrial
espacial comenzó a hacer uso de esta tecnología para conseguir energía
eléctrica y distribuirlas luego a bordo de sus naves; fue a través de los
programas espaciales que los científicos y técnicos pusieron énfasis en la
energía solar y sus beneficios; cuando su uso alcanzó un alto grado de
confiabilidad, se pudo lograr una reducción en los costos.
Funcionamiento de la celda
Las celdas fotovoltaicas conocidas
también como celdas solares están
hechas de de materiales
semiconductores, en especial de silicio,
el mismo que se emplea en la industria
de la microelectrónica. Se emplea una
delgada rejilla semiconductora para
poder originar un campo eléctrico,
positivo en un lado y negativo en el otro,
claro está; cuando la energía
proveniente de los rayos solares llega a
la celda fotovoltaica, los electrones son
golpeados y sacados de los átomos del
material semiconductor.
La electricidad se obtiene se ponen a
los semiconductores tanto positivos
como negativos formando un circuito
eléctrico, es entonces cuando los
electrones son capturados en forma
de corriente eléctrica. Las celdas son
aquellas que, juntas, forman un panel
fotovoltaico, pero un arreglo de varias
celdas conectadas eléctricamente
unas con otras en una estructura
generan un módulo fotovoltaico.
Los módulos son construidos con el
objetivo de brindar un determinado
nivel de voltaje, un ejemplo es un
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sistema de 12 voltios; la corriente que se produzca dependerá siempre de
cuanta luz el módulo capte. Los sistemas de este estilo puede funcionar
aisladamente o conectados en red; con respecto a estos último, los mismos
interaccionan a través de una interfaz electrónica, es decir, un inversor, que
transforma la corriente directa en alterna para poder ser utilizada luego.
La construcción de celdas fotovoltaicas se ha generalizado debido a la
falta de sistemas de redes eléctricas y a las grandes áreas rurales y
despobladas que el mundo posee actualmente; desde la década del 90’ la
tecnología fotovoltaica se emplea para suministrar electricidad a diferentes
aplicaciones como sistemas de telefonía satelital, educación vía satélite,
seguridad y control de plataformas marinas no tripuladas, entre otras
aplicaciones. Las celdas fotovoltaicas son de bajo costo y aplicables en
electrificación y telefonía rural como bombeo de agua y protección catódica.
Los costos de generación e inversión se encuentran en el rango de 3,500 a
7,000 US$/KW instalado y de 0,25 a 0,5 dólares por KWh generado; esto nos
permite apreciar que la expansión de la industria de energía solar se expandirá
en muy poco tiempo y que los módulos o paneles solares parecen ser los
precursores. En conclusión, las celdas son el motor de cualquier sistema solar,
mientras que los rayos solares, el combustible para que las celdas funcionen
correctamente; su garantía es no menor a 25 años lo que implica un grana
ahorro en mantenimiento o arreglos.
Proceso
El proceso, simplificado, de cómo funciona este sistema, sería el siguiente: Se
genera la energía a bajas tensiones (380-800 V) y en corriente directa (como la
de las pilas comúnes). Se transforma con un inversor en corriente alterna.
Mediante un centro de transformación se eleva a Media tensión (15 ó 25 kV) y
se inyecta en las redes de transporte de la compañía.
En entornos aislados, donde se requiere poca potencia eléctrica y el acceso a
la red es difícil, como estaciones meteorológicas o repetidores de
comunicaciones, ranchos apartados de las comunidades, se emplean sistemas
fotovoltaicos como una alternativa económicamente viable. Para comprender la
importancia de esta posibilidad, conviene tener en cuenta que
aproximadamente una cuarta parte de la población mundial no tiene acceso a
la energía eléctrica.
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Aplicaciones de la Energía Solar Fotovoltaica
Se viene usando profusamente para alimentar innumerables aparatos
autónomos o semiautónomos como calculadoras, sensores, transmisores,
satélites, aviones tripulados y sin tripular, señales viales.
También para abastecer refugios o casas aisladas ayudándose de equipos de
almacenamiento de energía como son las baterías.
PANEL SOLAR
Están formados por varias celdas fotovoltaicas
Las células se
montan en serie
sobre paneles o
módulos solares
para conseguir un
voltaje adecuado a
las aplicaciones
eléctricas; los
paneles captan la
energía
solar transformándol
a directamente en
eléctrica en forma
de corriente
continua, que se
almacena en
acumuladores, para que pueda ser utilizada fuera de las horas de luz.
Los módulos fotovoltaicos admiten tanto radiación directa como difusa,
pudiendo generar energía eléctrica incluso en días nublados.
En general las células tienen potencias nominales próximas a 1Wp, lo que
quiere decir que con una radiación de 1000W/m2 proporcionan valores de
tensión de unos 0,5 V y una corriente de unos dos amperios.
Para obtener potencias utilizables para aparatos de mediana potencia, hay que
unir un cierto número de células con la finalidad de obtener la tensión y la
corriente requeridas.
Para tener más tensión hay que conectar varias células en serie. Conectando
36 (dimensiones normales, 7.6 cm de diámetro) se obtienen 18 V, tensión
suficiente para hacer funcionar equipos a 12V, incluso con iluminaciones
mucho menores de 1kW/m2.
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La unidad básica de las instalaciones fotovoltaicas es, pues, la placa
fotovoltaica, que contiene entre 20 y 40 células solares; estas placas se
conectan entre sí en serie y/o paralelo para obtener el voltaje deseado (12V,
14V, etc.).
Estas células interconectadas y montadas entre dos láminas de vidrio que las
protegen de la intemperie constituyen lo que se denomina un módulo
fotovoltaico.
ELEMENTOS
GENERADOR SOLAR: conjunto de paneles fotovoltaicos que captan energía
luminosa y la transforman en corriente continúa a baja tensión.
ACUMULADOR: Almacena la energía producida por el generador. Una vez
almacenada existen dos opciones:
Sacar una línea de éste para la instalación (utilizar lámpara y elementos
de consumo eléctrico).
Transformar a través de un inversor la corriente continua en corriente alterna.
REGULADOR DE CARGA: Su función es evitar sobrecargas o descargas
excesivas al acumulador, puesto que los daños podrían ser irreversibles. Debe
asegurar que el sistema trabaje siempre en el punto de máxima eficacia.
INVERSOR (opcional): Se encarga de transformar la corriente continua
producida por el campo fotovoltaico en corriente alterna, la cual alimentará
directamente a los usuarios.
Un sistema fotovoltaico no tiene porque constar siempre de estos elementos,
pudiendo prescindir de uno o más de éstos, teniendo en cuenta el tipo y
tamaño de las cargas a alimentar, además de la naturaleza de
los recursos energéticos en el lugar de instalación.
Tipos de Sistemas Fotovoltaicos
Sistemas autónomos o Remotos
Los sistemas autónomos son
el mercado que estimuló
la producción industrial de módulos
Fotovoltaicos y dio credibilidad a la
energía, al demostrar que pese a
su costo, son la opción más
económica en algunas aplicaciones
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terrestres.
La energía generada a partir de la conversión fotovoltaica se utiliza para
cubrir pequeños consumos eléctricos en el mismo lugar donde se produce la
demanda.
Es el caso de aplicaciones como la electrificación de:
viviendas alejadas de la red eléctrica convencional, básicamente electrificación
rural;
servicios y alumbrado público: iluminación pública mediante farolas autónomas
de parques, calles, monumentos, paradas de autobuses, refugios de montaña,
alumbrado de vallas publicitarias, etc.
Con la alimentación fotovoltaica de luminarias se evita la realización de zanjas,
canalizaciones, necesidad de adquirir derechos de paso, conexión a red
eléctrica, etc.
Aplicaciones agrícolas y de ganado: bombeo de agua, sistemas de riego,
iluminación de invernaderos y granjas, suministro a sistemas de ordeño,
refrigeración, depuración de aguas, etc.;
Señalización y comunicaciones: navegación aérea (señales de altura,
señalización de pistas) y marítima (faros, boyas), señalización de carreteras,
vías de ferrocarril, repetidores y reemisores de radio y televisión y telefonía,
cabinas telefónicas aisladas con recepción a través de satélite o de repetidores,
sistemas remotos de control y medida, estaciones de tomas de datos, equipos
sismológicos, estaciones meteorológicas, dispositivos de señalización y alarma,
etc. El balizamiento es una de las aplicaciones más extendida, lo que
demuestra la alta fiabilidad de estos equipos.
Por su parte, en las instalaciones repetidoras, su ubicación generalmente en
zonas de difícil acceso obligaban a frecuentes visitas para hacer el cambio de
acumuladores y la vida media de éstos se veía limitada al trabajar con ciclos de
descarga muy acentuados.
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BIBLIOGRAFIA
http://www.mexicosolar.com/efotovoltaica.html
http://www.instalacionenergiasolar.com/energia/celdas-fotovoltaicas.html
http://www.enalmex.com/docpdf/libro/ch03.pdf.pdf
http://www.monografias.com/trabajos61/energia-fotovoltaica/energia-
fotovoltaica.shtml
