Aplicaciones de la energía solar

Contenidos
Aplicaciones de la energía Solar1
Energía Solar Fotovoltaica2
Hornos o estufas solares3

Energía Solar Fotovoltaica
IMPACTO AMBIENTAL DE LA
ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA.
 El consumo de agua, necesario para la
operatividad de una instalación de
energía solar fotovoltaica, resulta ser el
más bajo en comparación con cualquier
otro tipo de instalación de producción
energética (sólo se precisa agua
durante los procesos de producción de
los componentes de los sistemas
fotovoltaicos)

 La generación de electricidad mediante
energía solar fotovoltaica requiere la
utilización de grandes superficies
colectoras, y por tanto de una cantidad
considerable de materiales para su
construcción. La extracción, producción
y transporte de estos materiales son
los procesos que suponen un mayor
impacto ambiental.

 La producción de electricidad,
mediante paneles solares de silicio,
fabricados en gran escala, disminuye
aún más la emisión de CO2, llegándose
a reducir hasta cerca de 200 veces la
cantidad de CO2 emitida respecto a una
central térmica de carbón.

 Otros impactos ambientales, de esta
fuente energética, están relacionados
con las infraestructuras necesarias
para su funcionamiento. Quizás el
factor más conocido y esgrimido, contra la
energía solar fotovoltaica, es la
ocupación de espacio, por parte de los
paneles solares no integrados en la
arquitectura.

 Espacio ocupado por diversas
tecnologías energéticas

Componentes de la instalación solar
fotovoltaica.
 Supongamos, por ejemplo, que en
condiciones de irradiación solar de 1
kW/m2, una célula solar sencilla, de silicio
monocristalino, en condiciones óptimas
de trabajo, proporciona una potencia 28
mA/cm2 a una tensión de 0,5 Voltios, esto
supone un rendimiento del 14%.

fotovoltaica.
 Con una irradiación de 1.000 W/m2 las
células fotovoltaicas proporcionan valores
de tensión de unos 0,5 voltios y una
corriente de unos dos amperios, para una
superficie unitaria por célula solar de 75
cm2
 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.

fotovoltaica.
 Para tener más tensión hay que conectar
varias células en serie, es decir en fila
como las pilas, y para obtener más
corriente hay que unir varias filas en
paralelo.

fotovoltaica.
 Un módulo solar está constituido por
varias células iguales, conectadas
eléctricamente entre sí en serie y
paralelo, de forma que la tensión y la
corriente suministrada por el módulo se
ajusten al valor deseado.

Ejemplo.
 Disponemos de células solares que con
una irradiación de 1.000 W/m2
proporcionan valores de tensión de unos
0,5 voltios y una corriente de unos 2
amperios y deseamos saber cuantas
necesitamos en serie y paralelo para
tener un módulo que nos proporcione 18
voltios y que potencia pico nos
proporcionarán estas células en serie.

Ejemplo.
Nc = TN / TC
Nc = 18 V / 0.5 V = 36
Wp = TN * CC = 18 V * 2 A = 36 W
 Nc => Número necesario de células en serie
 TN => Tensión necesaria
 TC => Tensión de la célula
 Wp => Potencia pico de las células en serie

fotovoltaica.
 Cubierta exterior de vidrio muy resistente
a los impactos, que debe proteger las
células solares de los agentes
meteorológicos y transmitir el máximo de
la irradiación solar
 Cubierta posterior, que debe ser
resistente a la intemperie, para proteger a
las células frente a los agentes
meteorológicos, y debe facilitar la
refrigeración de las células.

fotovoltaica.
 Material encapsulante, situado entre las
dos cubiertas. Su misión es envolver a
las células y formar un cuerpo rígido
entre las dos cubiertas, para dar rigidez al
conjunto, y unirlas.
 Marco soporte que debe asegurar la
rigidez, estanqueidad y posibilidad de
sujeción a la estructura exterior del
módulo, normalmente mediante
perforaciones que permiten la colocación de
tornillos de fijación.

Llamaremos módulos a los elementos
básicos formados por células, pero
indivisibles desde un punto de vista
estructural, que pueden formar parte
de un panel. Así mismo
denominaremos generador
fotovoltaico al conjunto de paneles
con sus elementos asociados
imprescindibles para producir la
energía eléctrica.

Características de los módulos
Los parámetros de los módulos, están
definidos para unas condiciones estándar
de medida, que son:
 Nivel de irradiación luminosa de 1 kW/m2
 Temperatura ambiente de 25 ºC.
 La intensidad de corriente de cortocircuito
(ISC).
 La tensión en circuito abierto (VOC).
 Potencia de trabajo (P).

Otras características
El tipo de material utilizado en su
construcción: monocristalino, policristalino
o amorfo. Que define el rendimiento del
módulo como ya se ha indicado, pero que
también condiciona su precio.
La tensión de salida del módulo que
puede ser de 12, 24 o 48 V. Ya que esto
condiciona algunos de los elementos de la
instalación.

La superficie del módulo que puede
variar entre 0,1 y 0,5 m2. Ya que esto
condiciona los sistemas de soporte y
el espacio necesario para su
instalación.
El número de células por módulo, que
suele oscilar entre 28 y 40 para los
módulos convencionales. El número de
células colocadas en serie afecta
principalmente al voltaje puesto que cada
una de ellas produce alrededor de 0,5 V.

Lo más frecuente es disponer de
módulos de 36 células colocadas en
serie, de manera que disponemos de una
tensión de salida de 18 voltios,
suficiente para producir la carga de las
baterías del acumulador.

La cantidad de irradiación afecta
fundamentalmente a la corriente eléctrica.
Además, la afecta de forma directamente
proporcional, es decir, a mayor
irradiación mayor corriente. La
ecuación que relaciona corriente eléctrica
e irradiación solar viene dada por la
ecuación siguiente:
ISC2 = ISC1 * E2 / E1

Donde:
ISC2 es la intensidad de corriente de
cortocircuito en la situación 2;
ISC1 es la intensidad de corriente de
cortocircuito en la situación 1;
E2 es la energía de la irradiación solar en
la situación 2; y
E1 es la energía de la irradiación solar en
la situación 1.

Ejemplo.
Con una intensidad de corriente de
cortocircuito de 0,6 A cuando la irradiancia
es de 200 W/m2, calcula la corriente de
cortocircuito cuando la irradiancia es de
600 W/m2.
ISC2 = ISC1 * E2 / E1
ISC2 = 0,6 A * 600 W/m2 / 200 W/m2 = 1,8 A

Influencia de la temperatura en los módulos
Los resultados experimentales demuestran
que la mayoría de los módulos,
realizados con células de silicio e
independientemente del tipo de material
utilizado (monocristalino, policristalino o
amorfo), pierden entre el 0,7% y 0,9%
de potencia por ºC que aumenta su
temperatura.

Influencia de la temperatura en los módulos
Normalmente esta es una información
que indican los fabricantes en las
características técnicas de sus módulos, en
caso de no disponer de ella, para los
cálculos prácticos, se puede tomar un
coeficiente de pérdida de la potencia de
salida del 0,6% / ºC, para cada grado
por encima de los 25 ºC.

Ejemplo.
 Para los cálculos prácticos, en el caso de que no podamos calcular la temperatura del
módulo, tomaremos la temperatura de trabajo como 20 ºC por encima de la
temperatura ambiente.
Disponemos en pleno verano de un
módulo solar de 20 Wp a una temperatura
ambiente de 38 ºC, y vamos a calcular sus
pérdidas de potencia.
Temp. de trabajo = 38 ºC + 20 ºC = 58 ºC

Elección del tipo de módulo a utilizar
Una idea fundamental, a tener en cuenta
en la elección del módulo
fotovoltaico, es el obtener un balance
equilibrado entre la energía
generada, el precio del generador, el
espacio disponible para situarlo y la
vida del generador.

Montaje del generador fotovoltaico
1. Montaje de los paneles
 El proceso para realizarlo dependerá, evidentemente, de las
características de la instalación y del soporte de los paneles.
2. Soporte de los paneles.
 El tipo de instalación.
 El lugar de instalación.
 El coste de la instalación.
 El tipo de módulo utilizado.
 El número de módulos por panel.
 El espacio disponible para colocar los paneles.
 La posibilidad de integración en elementos ya construidos.
 La distribución e inclinación del espacio.
 Las sombras que puedan recibir los paneles.

Protecciones del generador
El generador debe incorporar una serie
de protecciones que garanticen su
correcto Funcionamiento. Para ello es
común utilizar los siguientes elementos:
Diodos de paso.
Diodos de bloqueo.
Protecciones contra sobretensiones

Los diodos de paso se colocan en los
módulos fotovoltaicos en paralelo con
grupos de células en serie, para
impedir que todos los elementos de
la serie se descarguen sobre una
célula que no funciona como las
demás, como consecuencia de una
iluminación no uniforme, la presencia
de sombras, defectos de fabricación
de la célula o averías.

Diodos de bloqueo
Cuando un sistema fotovoltaico utiliza un
acumulador de baterías se deben colocar
los diodos de bloqueo para:
Impedir las corrientes inversas desde el
acumulador hacia el generador durante la
noche o durante periodos de baja insolación.
Impedir las corrientes inversas desde las
series de módulos que funcionan
correctamente hacia las series sombreadas
o deterioradas.

Protecciones contra sobretensiones
Las sobretensiones suelen ser producidas
por la caída de un rayo sobre nuestro
generador fotovoltaico. Los efectos de un rayo
pueden alcanzar hasta un km. De distancia y
pueden inducir corrientes parásitas en los
elementos metálicos altamente destructivas,
debido a su elevado potencial.

Baterías y acumuladores.
En las instalaciones solares fotovoltaicas,
aisladas de la red, en las que tenemos que
acumular de alguna forma la energía,
el uso baterías permite dotar al sistema
de una fuente eléctrica:
 Independiente de las condiciones de irradiación solar existente.
 Con una autonomía más o menos prolongada.
 Con cierta capacidad de suministrar intensidades superiores a la
nominal de los módulos fotovoltaicos.
 Con una tensión estable, necesaria para el correcto funcionamiento
de lámparas, motores y electrodomésticos.
 Con una tensión de referencia, que fije el punto de trabajo óptimo
de los módulos.

Baterías y acumuladores.
Parámetros característicos de las baterías
• El tipo de batería. El más utilizado en la práctica es el de plomo-ácido con electrolito
líquido, seguido del acumulador de plomo-ácido con electrolito de gel y el de
níquel-cadmio.
• La energía que puede almacenar, que se denomina capacidad nominal (Cn) y que
viene dada en vatios.hora (Wh). Técnicamente la capacidad nominal se define como la
cantidad de carga que es posible extraer de una batería en 20 horas, medida a una
temperatura de 20 ºC, hasta que la tensión entre sus terminales llegue a 1,8 Voltios/vaso.
• La corriente que puede entregar en la descarga, que viene dada en amperios (A).
• La profundidad de descarga máxima (PDmax) a la que se la puede someter la batería,
que viene dada en % de energía que se la puede extraer sobre el total de su capacidad,
sin dañar la batería.
• El voltaje nominal, que es la diferencia de potencial entre sus bornes, que viene dado
en voltios (V).
• La vida del acumulador (hasta que su capacidad residual caiga por debajo del 80% de
su capacidad nominal).
• La densidad de carga, que indica la capacidad de la batería por unidad de peso (Wh/kg)
o por unidad de volumen (Wh/cm3).
• El número de ciclos de carga y descarga que puede soportar.

Ejemplo
Vamos a calcular cuantos vasos
individuales de 2 V y 40 Ah necesitamos
en serie y paralelo para montar un
acumulador de 48 V se salida y una
capacidad nominal de 1120 Ah.
 Vasos en serie = 48 V / 2 V = 14
 Capacidad de la línea de vasos en serie = 14 * 40 Ah
= 560 Ah
 Líneas en paralelo de vasos = 1120 Ah / 560 Ah = 2

Pérdidas en el generador
Pérdidas totales en el generador
• Ptotales = Pso * Psu * Pt * Pn * Pv

Determinación del tamaño del generador
Una vez que conocemos:
 La demanda energética sobre el generador (ED) en kWh/día.
 Las pérdidas que se producen en el generador (Ptotales) en
tantos por uno.
 El valor medio mensual de la irradiación solar media diaria
captable (Ec) en kWh/m2.día, que incide sobre el plano del
generador, teniendo en cuenta sus variaciones con respecto a al
variación óptima.
 El rendimiento de los paneles que componen el generador
(P) en tantos por uno, habiendo descontado un 10% del factor de
corrección medio (FCr) factor seducido experimentalmente. A este
rendimiento lo llamaremos rendimiento de los paneles corregido y lo
representaremos por PC. En muchos catálogos el rendimiento
aparecerá como eficiencia.

Tamaño del generador fotovoltaico
Podemos determinar su tamaño del
generador solar fotovoltaico aplicando la
siguiente ecuación:
ST = ED / (Ec * Ptotales * PC)
El resultado nos dará una superficie
total útil de generador en m2.
Evidentemente, en función del modelo de
panel obtendremos la cantidad de paneles
necesarios para cubrir nuestras
necesidades.

Como hacer un panel solar en casa

¿Qué es una estufa solar?
Una estufa solar es un aparato que nos
permite cocinar usando elsol como
combustible. Usando el sol para cocinar,
nos ahorramos cientos de dólares anuales
en combustibles convencionales que se
usan para cocinar estos alimentos,
además de ayudar a combatir el
calentamiento global.

¿Québeneficios tiene usar una
estufa solar?
•Ahorramos dinero y tiempo
•El sol (energía solar) es gratis, la estufa
solar ahorra grandes cantidades de
combustible.
•La comida se cocina sin tener que estar
al pendiente, sin el riesgo de que se
queme, lo que nos permite realizar otras
actividades mientras cocinamos.
•Es fácil de construir, ya que puede ser de
muchos materiales diferentes.

Son seguras y saludables
•No hay fuego que pueda ocasionar un
incendio
•No hay humo que pueda lastimar los ojos
o ocasionar enfermedadesen los pulmones
•La mayoría de las estufas solares cocinan
entre 82-121ºC, ideal para retener
nutrientes y el sabor, además de que no
queman la comida.

Ayudan a mejorar la calidad del air
Quemar combustibles tradicionales como
madera o gas contamina elaire y
contribuye al calentamiento global. Las
cocinas solares proveen de un combustible
limpio y renovable.

El combustible: La luz solar
La luz solar es el combustible. Una estufa
solar necesita un espacio al aire libre, en donde
en donde haya muchas horas de sol al día.
Necesita estar protegida de vientos fuertes y en
un lugar en donde la comida no este en peligro.
Las estufas solares no funcionan en la noche o
en días nublados. Es importante señalar que
para que una estufa solar funcione no es
necesario que haga calor, con que haya mucho
sol (radiación solar), es suficiente para que la
estufa solar cocine.

Convertir la luz solar en energía
calorífica (calor)
Lo que buscamos es atrapar la energía calorífica que
contienen los rayos solares (la energía solar), por lo
que los materiales obscuros son los más
convenientes. La comida se cocina mejor en ollas
delgadas, negras y opacas, las cuales tengan una
tapa que ajuste muy bien para retener el calor
creado dentro.

Que factores influyen en la velocidad de
cocción de los alimentos

La estufa solar consta de 4 partes:
1.El panel reflector
2.La olla
3.La bolsa de plástico transparente
4.El método para cocinar la comida (ver
instrucciones)

Materiales de construcción
•Un cartón de 110 x 80 cm. mínimo.
•Un rollo de papel aluminio
•Pegamento Blanco diluido en agua 1:1/2
•Una brocha chica
•Un exacto, tijeras o algo para cortar el cartón
•Una pluma o lápiz
•Una regla larga, o algo largo y recto para medir.
•Una olla con tapa, de preferencia negra
•Una bolsa de plástico transparente (en donde quepa
la olla)
•Cinta adhesiva

Horno Solar, trabajo de investigación

Derritiendo acero con energía solar

1. Realice un estudio de caso donde queden
identificados y fundamentados los
principales principios analizados en este
tema.
Extensión: no menos de 10 cuartillas para
entregar.
Exposición del trabajo: en Power Point.

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