Celdas Fotovoltaicas

Introducción

México ha iniciado un camino para diversificar los combustibles que se utilizan en la generación de electricidad. El uso intensivo de combustibles fósiles (carbón o gas natural) en las plantas de generación, como ocurre hoy en día en México, originan problemas que se pueden agravar en el mediano y largo plazo, tales como el agotamiento de las reservas de estos recursos no renovables (y por ende, una mayor importación de combustibles que están sujetos a incrementos repentinos /volatilidad de precios), así como daños a la salud y una mayor incidencia de desastres naturales (ocasionados por el aumento de emisiones contaminantes, que provocan daños a las vías respiratorias, así como el incremento en la temperatura promedio del planeta). Es por esta razón que en México, recientemente, se han desarrollado diversas políticas, leyes, reglamentos y normatividad para fomentar un uso racional de recursos no renovables e incrementar la implementación de fuentes de energía que causan un menor impacto al medio ambiente, como las energías renovables. En el contexto de estas últimas, el uso de la energía solar podría jugar un papel importante.

Descripción de la tecnología

Este fenómeno, denominado “efecto fotovoltaico”, es bastante simple y, de manera general, se puede explicar de la siguiente forma:

•Cuando la luz solar incide sobre dos capas de un material semiconductor (es decir, aquellos que solo conducen la electricidad bajo ciertas condiciones), esta provoca la liberación de electrones, los cuales fluyen desde la capa inferior hacia la superior del semiconductor;

•si hacemos pasar estos electrones (electricidad) a través de una o varias cargas eléctricas (por ejemplo, una lámpara) cederán entonces su energía;

•finalmente, el proceso se repite al recombinarse los electrones con el material semiconductor de la capa superior.

Hoy este fenómeno se aprovecha mediante la fabricación de pequeñas placas, denominadas celdas fotovoltaicas, las cuales están hechas, principalmente, de silicio (uno de los elementos más abundantes en la tierra). Un arreglo formado por varias de estas celdas, las cuales se conectan unas con otras de forma secuencial y en paralelo, son encapsuladas para formar un dispositivo denominado módulo o panel fotovoltaico. Un conjunto de estos paneles se montan generalmente en soportes o estructuras, aunque hoy pueden quedar integrados como elementos de sombra, o incluso, como parte de las fachadas de algunos edificios.

En la siguiente figura se puede observar un arreglo de ensamble de un módulo fotovoltaico:

Una particularidad de la energía fotovoltaica es que la electricidad es entregada como corriente directa (o continua), por lo que en conexión a la red eléctrica todavía es necesario transformarla en corriente alterna (la forma como la CFE entrega la electricidad en nuestros hogares). Es por esta razón que para poder aprovechar la energía solar, en la mayoría de los casos, se requiere de un inversor de corriente, el cual junto con los demás componentes eléctricos forman lo que se denomina un sistema fotovoltaico.

Ventajas

Una de las principales ventajas de los sistemas fotovoltaicos es que prácticamente no requieren mantenimiento a lo largo de su vida útil (aproximadamente 20 años); por el contrario, sus costos de inversión inicial todavía son altos comparado con otras tecnologías; sin embargo, los costos de operación y mantenimiento son prácticamente nulos dado que no se requiere emplear ningún combustible para la generación de electricidad. Se espera que tanto sus costos de inversión como de generación sigan disminuyendo significativamente en el transcurso de los próximos años.

Existen dos mercados en los cuales se puede aprovechar la energía solar para la generación de electricidad: los sistemas interconectados a la red eléctrica y los sistemas aislados (o autónomos).

Sistemas interconectados a la red eléctrica

Se encuentran principalmente en zonas urbanas o rurales, las cuales están interconectadas al Sistema Eléctrico Nacional (SEN). Estos sistemas están formados por los siguientes componentes:

Panel o conjunto fotovoltaico

•Inversor de corriente

•Dispositivos de interconexión, protección y medición (interruptores, sistema de protección y medidor bidireccional)

Ejemplo de sistema FV interconectado a la red eléctrica en una vivienda

Sistemas aislados

Son característicos de comunidades rurales o zonas aisladas, en las cuales no es

económicamente viable construir una red eléctrica para su interconexión con el SEN. Estos sistemas están formados por los siguientes componentes:

•Panel o conjunto fotovoltaico

•Banco y cargador de baterías

•Dispositivos de interconexión y protección

•Inversor de corriente (opcional, para cargas en corriente alterna)

Ejemplo de Sistema FV aislado

A diferencia de los sistemas interconectados al SEN, estos no requieren de un dispositivo de medición; sin embargo, adicionalmente requieren de un banco de

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