Central Fotovoltaica

7/17/2019 Central Fotovoltaica

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UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARÍA

SEDE VIÑA DEL MAR - JOSÉ MIGUEL CARRERA

ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA

Procesos Industriales II

Profesor. Ing. Manuel Saavedra

Alumno:

Pedro Jofré M.

2014



INTRODUCCIÓN

La energ! "#$!r es una fuente de energía de origen renovable, obtenida a partir

del aprovecamiento de la radiaci!n electromagnética procedente del Sol.

La radiaci!n solar "ue alcan#a la $ierra a sido aprovecada por el ser umano

desde la Antig%edad, mediante diferentes tecnologías "ue an ido evolucionando con el

tiempo desde su concepci!n. &n la actualidad, el calor ' la lu# del Sol puede

aprovecarse por medio de captadores como células fotovoltaicas, eli!statos o

colectores térmicos, "ue pueden transformarla en energía eléctrica o térmica. &s una de

las llamadas energías renovables o energías limpias, "ue pueden a'udar a resolver

algunos de los problemas m(s urgentes "ue afronta la umanidad

Las diferentes tecnologías solares se clasifican en pasivas o activas seg)n c!mo

capturan, convierten ' distribu'en la energía solar. Las tecnologías activas inclu'en el

uso de paneles fotovoltaicos ' colectores térmicos para recolectar la energía. &ntre las

técnicas pasivas, se encuentran diferentes técnicas enmarcadas en la ar"uitectura

bioclim(tica: la orientaci!n de los edificios al Sol, la selecci!n de materiales con una

masa térmica favorable o "ue tengan propiedades para la dispersi!n de lu#, así como el

dise*o de espacios mediante ventilaci!n natural.

La fuente de energía solar m(s desarrollada en la actualidad es la energía solar

fotovoltaica. Seg)n informes de la organi#aci!n ecologista +reenpace, la energía solar

fotovoltaica podría suministrar electricidad a dos tercios de la poblaci!n mundial en

--.

Actualmente, ' gracias a los avances tecnol!gicos, la sofisticaci!n ' la economía

de escala, el coste de la energía solar fotovoltaica se a reducido de forma constantedesde "ue se fabricaron las primeras células solares comerciales, aumentando a su ve# la

eficiencia, ' su coste medio de generaci!n eléctrica 'a es competitivo con las fuentes de

energía convencionales en un creciente n)mero de regiones geogr(ficas, alcan#ando la

paridad de red.



1%- ENERGÍA SOLAR

&l Sol es una esfera gaseosa formada, fundamentalmente, por elio, idr!geno

' carbono. Su masa es -.--- veces la masa de la $ierra ' se estima "ue su edad es de

unos /.--- millones de a*os.

&l Sol se comporta como un reactor nuclear "ue transforma la energía nuclear

en energía de radiaci!n, energía "ue llega a la $ierra. Sin embargo, no toda la energía

"ue se produce en el Sol llega a la superficie terrestre. Al atravesar la atm!sfera, la

radiaci!n pierde intensidad a causa de la absorci!n, la difusi!n ' la refle0i!n por acci!n

de: gases, vapor de agua ' partículas en suspensi!n de la atm!sfera.

Así, la radiaci!n "ue la tierra recibe del Sol se puede dividir en:

Radiación directa: es la "ue atraviesa la atm!sfera sin sufrir ning)n cambio en su

direcci!n.

Radiación dispersa o difusa: es la "ue recibimos después de los fen!menos de refle0i!n

' difusi!n.

Podríamos decir "ue a la $ierra llega una gran cantidad de energía solar en

forma de radiaciones. Por eso, la energía solar es un recurso energético importante a

tener en cuenta.

2%- ENERGÍA FOTOVOTAICA

&l término fotovoltaico proviene del un termino griego "ue significa 1lu#2 '

voltaico, ' este a su ve# del campo de la electricidad, en onor al físico italiano

Ale3andro 4olta. &l término fotovoltaico se comen#! a usar en Inglaterra desde el a*o

5678.

&l efecto fotovoltaico fue reconocido por primera ve# en 568 por el físico

francés 9ec"uerel, pero la primera célula solar no se constru'! asta 566. Su autor fue

arles ;ritts, "uien recubri! una muestra de selenio semiconductor con un pan de oro

para formar el empalme. &ste primitivo dispositivo presentaba una eficiencia de s!lo un

5<. =ussell >l patent! la célula solar moderna en el a*o 587/, aun"ue Sven Ason

9erglund abía patentado, con anterioridad, un método "ue trataba de incrementar la

capacidad de las células fotosensibles.

La era moderna de la tecnología de potencia solar no lleg! asta el a*o 58?7

cuando los Laboratorios 9ell, descubrieron, de manera accidental, "ue los

semiconductores de silicio dopado con ciertas impure#as, eran mu' sensibles a la lu#.



&stos avances contribu'eron a la fabricaci!n de la primera célula solar

comercial con una conversi!n de la energía solar de apro0imadamente, el /< de

rendimiento.

&n 58@- la primera célula solar con eteroestructura de arseniuro de galio

altamente eficiente se desarroll! en la e0tinta ni!n Soviética por Bore Alferov ' su

e"uipo de investigaci!n.

La producci!n de e"uipos de deposici!n "uímica de metales por vapores

org(nicos, no se desarroll! asta los a*os 6- del siglo pasado, limitando la capacidad de

las compa*ías en la manufactura de células solares de arseniuro de galio.

La primera compa*ía "ue manufactur! paneles solares en cantidades

industriales, a partir de uniones simples de arseniuro de galio, con una eficiencia de Air

Mass Bero del 5@< fue la norteamericana Applied Solar &nerg' orporation.

&l dopa3e accidental de germanio con arseniuro de galio como capa

amortiguadora cre! circuitos de volta3e abiertos, demostrando el potencial del uso de los

sustratos de germanio como otras celdas. na celda de uniones simples de arseniuro de

galio lleg! al 58< de eficiencia en 588.

&stas celdas no usan el germanio como segunda celda, pero usan una celda

basada en arseniuro de galio con diferentes tipos de dopa3e. Ce manera e0cepcional, las

células de doble uni!n de arseniuro de galio pueden llegar a producir eficiencias del

<. Las uniones triples comien#an con eficiencias del orden del 7< en el ---, /<

en el --, 6< en el --?, ' an llegado, de manera corriente al -< en el --@. &n

--@, dos compa*ías norteamericanas &mcore Potovoltaics ' Spectrolab, producen el

8?< de las células solares del 6< de eficiencia.

2%1%- &RINCI&IOS ' FUNCIONAMIENTO DE UNA CÉLULA FOTOVOLTAICA

La fuente de energía "ue produce electricidad de origen renovable, obtenida

directamente a partir de la radiaci!n solar mediante un dispositivo semiconductor

denominado célula fotovoltaica, o bien mediante una deposici!n de metales sobre un

sustrato denominada célula solar de película fina.



Los fotones, "ue provienen de la radiaci!n solar, impactan sobre la primera

superficie del panel, penetrando en este ' siendo absorbidos por materiales

semiconductores, tales como el silicio o el arseniuro de galio.

Los electrones, subDpartículas at!micas "ue forman parte del e0terior de los

(tomos, ' "ue se alo3an en orbitales de energía cuanti#ada, son golpeados por los fotones

EinteraccionanF liber(ndose de los (tomos a los "ue estaban originalmente confinados.

&sto les permite, posteriormente, circular a través del material ' producir

electricidad. Las cargas positivas complementarias "ue se crean en los (tomos "ue

pierden los electrones, se denominan uecos ' flu'en en el sentido opuesto al de loselectrones, en el panel solar.

Se puede decir "ue, así como el flu3o de electrones corresponde a cargas reales,

es decir, cargas "ue est(n asociadas a despla#amiento real de masa los uecos, en

realidad, son cargas "ue se pueden considerar virtuales puesto "ue no implican

despla#amiento de masa real.

n con3unto de paneles solares transforman la energía solar en una determinada

cantidad de corriente continua, los electrones se mueven de los potenciales m(s ba3os a

los m(s altos.

ada célula fotovoltaica est( compuesta de, al menos, dos delgadas l(minas de

silicio. na dopada de elementos con menos electrones de valencia "ue el silicio,

denominada P ' otra de elementos con m(s electrones "ue los (tomos de silicio,

denominada G. Ambas est(n separadas por un semiconductor.



;igura 5D5. Acci!n del Sol en células fotovoltaicas

A"uellos fotones procedentes de la fuente luminosa, "ue presentan energía

adecuada, inciden sobre la superficie de la capa P, ' al interaccionar con el material

liberan electrones de los (tomos de silicio los cuales, en movimiento, atraviesan la capa

de semiconductor, pero no pueden volver. La capa G ad"uiere una diferencia de

potencial respecto a la P. Si se conectan unos conductores eléctricos a ambas capas '

estos, a su ve#, se unen a un dispositivo o elemento eléctrico consumidor de energía "ue,

usualmente ' de forma genérica se denomina carga, se iniciar( una corriente eléctricacontinua.

&ste tipo de paneles producen electricidad en corriente continua ' aun"ue su

efectividad depende tanto de su orientaci!n acia el sol como de su inclinaci!n con

respecto a la ori#ontal, se suelen montar instalaciones de paneles con orientaci!n e

inclinaci!n fi3a, por aorros en mantenimiento. $anto la inclinaci!n como la orientaci!n,

se fi3a dependiendo de la latitud ' tratando de optimi#arla al m(0imo.

2%2% SISTEMA FOTOVOLTAICO

n sistema fotovoltaico es el con3unto de dispositivos cu'a funci!n es

transformar la energía solar directamente en energía eléctrica, acondicionando esta

)ltima a los re"uerimientos de una aplicaci!n determinada. onsta principalmente de los

siguientes elementos:

• Subsistema de captaci!n, transforma la radiaci!n solar en electricidad.

• Subsistema de almacenamiento, almacena la energía.

• Subsistema de regulaci!n, regula la entrada de energía procedente del

campo de captaci!n.

• Subsistema de adaptaci!n de corriente, adecua las características de la

energía a las demandas por aplicaciones.



;igura 5D. Sistema fotovoltaico

2%(%- A&LICACIONES DE LA ENERGIA SOLAR

&ste tipo de energía se usa para alimentar innumerables aplicaciones ' aparatos

aut!nomos, para abastecer refugios o viviendas aisladas de la red eléctrica ' para

producir electricidad a gran escala a través de redes de distribuci!n. Cebido a la

creciente demanda de energías renovables, la fabricaci!n de células solares e

instalaciones fotovoltaicas a avan#ado considerablemente en los )ltimos a*os. &ntre los

a*os --5 ' -57 se a producido un crecimiento e0ponencial de la producci!n de

energía fotovoltaica, dobl(ndose apro0imadamente cada dos a*os. La potencia total

fotovoltaica instalada en el mundo Econectada a redF ascendía a @,/ +H en --@, 5/ +H

en --6, +H en --8, 7- +H en -5-, @- +H en -55 ' 5-- +H en -5. A finales

de -5, se abían instalado en todo el mundo cerca de 57- +H de potencia

fotovoltaica.

+racias a ello la energía solar fotovoltaica se a convertido en la tercera fuente

de energía renovable m(s importante en términos de capacidad instalada a nivel global,

después de las energías idroeléctrica ' e!lica, ' supone 'a una fracci!n significativa del

mi0 eléctrico en la ni!n &uropea, cubriendo de media el < de la demanda de

electricidad ' alcan#ando el /< en los períodos de ma'or producci!n.

&n algunos países, como Alemania, Italia o &spa*a, alcan#a m(0imos

superiores al 5-<, al igual "ue en algunos estados soleados de &stados nidos,

como alifornia. La producci!n anual de energía eléctrica generada por la fotovoltaica a

nivel mundial e"uivalía en -57 a cerca de 5/- teravatiosDora E$HF, suficiente para



abastecer las necesidades energéticas de m(s de - millones de ogares, cubriendo un

-,6?< de la demanda mundial de electricidad.

2%(%1%- A)$*+!+*#ne" !+,!$e" .e $! energ! "#$!r

Las Aplicaciones de la &nergía Solar son )tiles ' confiables. Las posibles

aplicaciones de la energía fotovoltaica son numerosas, a"uí mencionaremos s!lo algunas

de las m(s importantes:

• entrales conectadas a red con subvenci!n a la producci!n en algunos

países.• &staciones repetidoras de microondas ' de radio.

• &lectrificaci!n rural.

• Instalaciones médicas en (reas rurales.

• Sistemas de comunicaciones de emergencia.

• Sistemas de vigilancia de datos ambientales ' de calidad del agua.

• ;aros, bo'as ' bali#as de navegaci!n marítima.

• 9ombeo para sistemas de riego, agua potable en (reas rurales '

abrevaderos para el ganado.

• 9ali#amiento para protecci!n aeron(utica.

• Sistemas de protecci!n cat!dica.

• Sistemas de desalini#aci!n.

• 4eículos de recreo.

• Se*ali#aci!n ferroviaria.

• Sistemas para cargar los acumuladores de barcos.

• ;uente de energía para naves espaciales.

• Postes S>S E$eléfonos de emergencia de carreteraF.

• Par"uímetros.

2%4% VENTAJAS ' DESVENTAJAS DEL USO DE LA ENERGÍA SOLAR



2%4%1%- Ven,!/!"

na energía garanti#ada para los pr!0imos /.--- millones de a*os, el Sol,

fuente de vida ' origen de las dem(s formas de energía "ue el ombre a utili#ado desde

los albores de la istoria, puede satisfacer todas nuestras necesidades, si se aprende a

c!mo aprovecar de forma racional la lu# "ue continuamente derrama sobre el planeta.

a brillado en el cielo desde ace unos cinco mil millones de a*os, ' se calcula "ue

todavía no a llegado ni a la mitad de su e0istencia.

• Curante el presente a*o, el Sol arro3ar( sobre la $ierra cuatro mil veces

m(s energía "ue la "ue vamos a consumir en todo el planeta.• ile ' todo América central ' América del sur por cada metro

cuadrado de superficie el sol aporta 5.?-- H Dora de energía, cifra

similar a las de mucas regiones de &uropa. &sta energía puede

aprovecarse directamente, o bien ser convertida en otras formas )tiles

como, por e3emplo, en electricidad.

• Sería irracional no intentar aprovecar, por todos los medios

técnicamente posibles, esta fuente energética gratuita, limpia e

inagotable, "ue puede liberarnos definitivamente de la dependencia del

petr!leo o de otras alternativas poco seguras, contaminantes o,

simplemente, agotables.

• &s preciso, no obstante, se*alar "ue e0isten algunos problemas "ue se

deben afrontar ' superar. Aparte de las dificultades "ue una política

energética solar avan#ada conllevaría por sí misma, a' "ue tener en

cuenta "ue esta energía est( sometida a continuas fluctuaciones ' a

variaciones m(s o menos bruscas. Así, por e3emplo, la radiaci!n solar es

menor en invierno, precisamente cuando m(s se suele necesitar.

• &s de vital importancia proseguir con el desarrollo de la incipiente

tecnología de captaci!n, acumulaci!n ' distribuci!n de la energía solar,

para conseguir las condiciones "ue la agan definitivamente

competitiva, a escala planetaria.

2%4%2%- ene*+*#" e+#n3*+#"



&l beneficio econ!mico es a largo pla#o. n e3emplo, la puesta en marca de

este sistema fotovoltaico con luminarias L&C, "ue posee costos elevados pero, al ser

alimentado por energía solar la inversi!n se recupera en alrededor de a*os, sumado

"ue la durabilidad de un panel solar es de apro0imadamente ? a*os mínimo con una

pe"ue*a mantenci!n.

• Aorro econ!mico en la factura de electricidad ' agua.

• ;le0ibilidad en el suministro.

• Aumento de las inversiones econ!micas ', por e0tensi!n, del empleo.

• ;omenta el desarrollo de la Investigaci!n, el Cesarrollo ' la Innovaci!n

mediante me3oras en los sistemas actuales, desarrollo de nuevos

modelos.

• Su implantaci!n ofrece importantes deducciones fiscales.

• Menor dependencia energética de otras fuentes de energía.

• on las a'udas de algunas entidades ' administraciones p)blicas se

puede conseguir asta el ?-< de la inversi!n.

• 9eneficios medioambientales

• Cisminuci!n de las emisiones de >. Por cada - K. de electricidad

producidos a partir de energía solar se de3an de emitir unos 5- g. de

> al a*o, en ? a*os se evitan ?- g. de >.

• =educci!n de la contaminaci!n atmosférica, del efecto invernadero

producido por las emisiones de > ' del cambio clim(tico provocado

por el efecto invernadero.

• Go disminu'e la calidad de aire ' suelos, contribu'e desarrollo

sostenible, no contamina ac)sticamente: las placas solares son

silenciosas ' de amplia vida )til Eentre - ' - a*osF.

2%4%(%- De"en,!/!"

• &l costo econ!mico elevado de los paneles solares ' los sistemas de

control para el funcionamiento.

• Poca motivaci!n de las autoridades para entregar subsidios para

promover el uso de paneles solares.



(%- IM&ACTO MEDIO AMIENTAL

La relaci!n entre energía ' medio ambiente es innegable. Para reducir el da*o al

medio ambiental debemos reconocer "ue el cuidado esta directamente relacionado ' es

responsable la umanidad por completo. Por ello se deben encontrar alternativas viables,

opciones energéticas "ue permitan minimi#ar el impacto sobre el medio ambiente, '

precisamente una de las energías renovables m(s sustentables es la energía solar o

fotovoltaica.

4%- &RO'ECTOS DE &LANTAS FOTOVOLTAICAS EN C5ILE

4%1%- C#)*!) $! 3!6#r )$!n,! .e energ! "#$!r #,##$,!*+! .e A37r*+! L!,*n!

&n el sector Llano de Llampos, en opiap!, se inaugura E3unio ?, -57F la

planta 1Amanecer Solar ap2, la ma'or central "#$!r #,##$,!*+! de Latinoamérica '

una de las m(s grandes del mundo.

&ste pro'ecto responde a la estrategia del +obierno de diversificaci!n de la

matri# energética, donde tendr( un lugar central la incorporaci!n de &nergías

=enovables Go onvencionales en el sistema energético nacional.

&l pro'ecto fue desarrollado por un acuerdo de compra de energía EPPAF con la

compa*ía minera ' de acero +rupo AP. &l comple3o cuenta con m(s de 5-.---

m!dulos solares fotovoltaicos ' su capacidad total instalada es de 5--MH, e"uivalente

al consumo anual de 5?.--- ogares en ile. =epresenta el 5-< de la meta de 5.---

MH de capacidad instalada adicional de generaci!n &=G fi3ada por el +obierno de

ile para -57.



4%2%- &!r8e" F#,##$,!*+#"

&!r8e F#,##$,!*+# M!r! E$en!, de la empresa +eneraci!n Solar S.p.A., se

instalar( en María &lena ' producir( @5, MHp Ede potencia nominalF "ue ser(n

in'ectados al Sistema Interconectado del Gorte +rande ESIG+F. La inversi!n

alcan#ar( los SC5@5 millones

&$!n,! F#,##$,!*+! C!$!3! Sr, de la empresa &lement PoKer ile, se

instalar( en la ciudad de alama ' generar( - MH "ue se in'ectaran en el

SIG+. La inversi!n es de SC 5-? millones.

&r#6e+,# F#,##$,!*+# &!+**+, de la empresa Inti Pacific Spa, se construir( en

María &lena ' su generaci!n alcan#ar( los ?7 MHn. La inversi!n es de

SC5-6 mil.

&r#6e+,# F#,##$,!*+# V!$$e .e$ S#$, de la empresa &nel Latin América EileF,

se instalar( en María &lena ' tendr( una potencia de 57 MH ' unos - +H.

La inversi!n total ser( de SC - millones.

&r#6e+,# F#,##$,!*+# S#$ L*$!, de la empresa &nel Latin América EileF, se

instalar( en Antofagasta ' tendr( una potencia de 5MH ' generar( al a*o

88+H. La inversi!n alcan#ar( los SC6? millones.



CONCLUSIONES

na profunda in"uietud "ue nos de3a el mirar el futuro sobre la suerte del

mundo desde la perspectiva energética, es por una parte, el alto consumo de

combustibles f!siles, los "ue permiten da*os para el medio ambiente a través de

emisiones de > en la producci!n de energía eléctrica, representando el 6- < "ue se

genera en el mundo entero. &n un mundo donde todo funciona gracias a la energía

eléctrica, es inevitable suponer "ue pasaría si el combustible f!sil se agotara, o si por el

uso indiscriminado de éste, el planeta donde vivimos sufre da*os irreversibles para la

vida de todos los seres umanos. Ante todo esto la necesidad de prescindir de esta

energía eléctrica tradicional, disminu'! la breca al uso de energías "ue sean naturales 'adem(s "ue su obtenci!n sea totalmente independiente de los combustibles f!siles.

L*3*,!+*#ne" .e $#" )!r8e" #,##$,!*+#"

Las tecnologías disponibles se an de optimi#ar para "ue la eficiencia de las

células fotovoltaicas pueda me3orar asta llegar a cifras del orden del 19-20:%

&spa*a es un país pionero en desarrollo de esta tecnología ' se facilitan a'udas

econ!micas a este tipo de producci!n eléctrica.

I3)!+,# "#;re e$ 3e.*# !3;*en,e .e $!" +en,r!$e" "#$!re"

Cesde el punto de vista medio ambiental, la producci!n de electricidad a partir

de este tipo de sistemas tiene grandes venta3as:

D Go genera ning)n tipo de emisiones atmosféricas.

D Go produce fluentes lí"uidos.

D &vita el uso de combustibles f!siles.

abe mencionar también "ue una ve# an terminado su vida )til, las placas

fotovoltaicas de3an residuos "ue deben ser tratados específicamente.

+racias a los avances tecnol!gicos, la sofisticaci!n ' la economía de escala, el

coste de la energía solar fotovoltaica se a reducido de forma constante desde "ue se

fabricaron las primeras células solares comerciales, aumentando a su ve# la eficiencia, '

logrando "ue su coste medio de generaci!n eléctrica sea 'a competitivo con las fuentes



de energía convencionales en un creciente n)mero de regiones geogr(ficas, alcan#ando

la paridad de red.

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