Solar+Fotovoltaica

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2.- Energía Solar: Fotovoltaica y Térmica.

La energía solar fotovoltaica es un tipo de electricidad renovable obtenida directamente de los rayos del sol gracias al efecto fotoeléctrico de un determinado dispositivo; normalmente una lámina metálica semiconductora llamada célula fotovoltaica, o una deposición de metales sobre un sustrato llamada capa fina. También están en fase de laboratorio métodos orgánicos. ** Se usa para alimentar innumerables aparatos autónomos, para abastecer refugios o casas aisladas y para producir electricidad para redes de distribución. **

Los módulos o paneles foto voltaicos están formados por un cristal o lámina transparente superior y un cerramiento inferior entre los que queda encapsulado el sustrato conversor y sus conexiones eléctricas. La lámina inferior puede ser transparente, pero lo más frecuente es un plástico de tedlar. Para encapsular se suele poner unas láminas finas y transparentes de EVA que se funden para crear un sellado antihumedad, aislante, transparente y robusto.

La corriente eléctrica continua que proporcionan los módulos fotovoltaicos se puede transformar en corriente alterna mediante un aparato electrónico llamado inversor e inyectar en la red eléctrica.

Producción de energía solar fotovoltaica
España es en la actualidad es uno de los primeros países con más potencia fotovoltaica del mundo, según la Agencia Internacional de la Energía, y dentro del programa de sistemas fotovoltaicos, Photovoltaic Power Systems Programme (PVPS), con una potencia acumulada instalada de 3.523 MW. Tan solo en 2008 la potencia instalada en España fue de unos 2.500 MW, debido al anuncio de cambio de regulación a la baja de las primas a la generación que finalmente se produjo en septiembre. Alemania es en la actualidad el segundo fabricante mundial de paneles solares fotovoltaicos tras Japón, con cerca de 5 millones de metros cuadrados de paneles solares, aunque sólo representan el 0,03% de su producción energética total. La venta de paneles fotovoltaicos ha crecido en el mundo al ritmo anual del 20% en la década de los noventa. En la UE el crecimiento medio anual es del 30%. El crecimiento actual de las instalaciones solares fotovoltaicas está limitado por la falta de materia prima en el mercado (silicio de calidad solar) al estar copadas las fuentes actuales, aunque a partir de la segunda mitad de 2008 el precio del silicio de grado solar ha comenzado a disminuir al aumentar su oferta debido a la entrada en escena de nuevos productores. Prueba de ello son los diversos planes se han establecido para nuevas factorías de este material en todo el mundo, incluyendo dos proyectos en España con la colaboración de los principales actores del mercado. La inyección en red de la energía solar fotovoltaica, estaba regulada por el Gobierno Español mediante el RD 661/2007 con el 575 % del valor del kilowatio-hora normal, lo que se correspondía con unos 0,44 euros por cada kWh que se inyectaba en red. A partir del 30 de septiembre de 2008 esta actividad está regulada mediante el RD 1578/2008 de retribución fotovoltaica que establece unas primas variables en función de la ubicación de la instalación (suelo: 0,32 €/kWh o tejado: 0,34 €/kWh), estando sujetas además a un cupo máximo de potencia anual instalada a partir de 2009 que se adaptará año a año en función del comportamiento del mercado.



Producción de la energía solar
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 acumulación: regulador y baterías. Y más recientemente para producir electricidad para redes de distribución, usando los famosos paneles solares. Este proceso impulsado estatalmente comenzó en Japón y Alemania y luego ocurrió en España y esta desarrollándose en países de Europa, EE.UU. y muchos otros países. Se llama //fotovoltaica conectada a red// y depende actualmente de subvenciones a la instalación, descuento de impuestos o una prima a la producción ('feed in tarif' en inglés), caso de España y Alemania.

Coste
Se refieren al coste por Kwh de energía solar fotovoltaica producida para células solares de silicio cristalino. La base de los cálculos incluye 4% por costo del capital, 1% por costo de operación y un período de depreciación de 20 años, aunque un equipo fotovoltaico normalmente está técnicamente operativo durante 30 años.


 * ~  ||~ 2400 kWh ||~ 2200 kWh ||~ 2000 kWh ||~ 1800 kWh ||~ 1600 kWh ||~ 1400 kWh ||~ 1200 kWh ||~ 1000 kWh ||~ 800 kWh ||
 * 200 € / kW p || 0,8 || 0,9 || 1,0 || 1,1 || 1,3 || 1,4 || 1,7 || 2,0 || 2,5 ||
 * 600 € / kW p || 2,5 || 2,7 || 3,0 || 3,3 || 3,8 || 4,3 || 5,0 || 6,0 || 7,5 ||
 * 1000 € / kW p || 4,2 || 4,5 || 5,0 || 5,6 || 6,3 || 7,1 || 8,3 || 10,0 || 12,5 ||
 * 1400 € / kW p || 5,8 || 6,4 || 7,0 || 7,8 || 8,8 || 10,0 || 11,7 || 14,0 || 17,5 ||
 * 1800 € / kW p || 7,5 || 8,2 || 9,0 || 10,0 || 11,3 || 12,9 || 15,0 || 18,0 || 22,5 ||
 * 2200 € / kW p || 9,2 || 10,0 || 11,0 || 12,2 || 13,8 || 15,7 || 18,3 || 22,0 || 27,5 ||
 * 2600 € / kW p || 10,8 || 11,8 || 13,0 || 14,4 || 16,3 || 18,6 || 21,7 || 26,0 || 32,5 ||
 * 3000 € / kW p || 12,5 || 13,6 || 15,0 || 16,7 || 18,8 || 21,4 || 25,0 || 30,0 || 37,5 ||
 * 3400 € / kW p || 14,2 || 15,5 || 17,0 || 18,9 || 21,3 || 24,3 || 28,3 || 34,0 || 42,5 ||
 * 3800 € / kW p || 15,8 || 17,3 || 19,0 || 21,1 || 23,8 || 27,1 || 31,7 || 38,0 || 47,5 ||
 * 4200 € / kW p || 17,5 || 19,1 || 21,0 || 23,3 || 26,3 || 30,0 || 35,0 || 42,0 || 52,5 ||
 * 4600 € / kW p || 19,2 || 20,9 || 23,0 || 25,6 || 28,8 || 32,9 || 38,3 || 46,0 || 57,5 ||
 * 5000 € / kW p || 20,8 || 22,7 || 25,0 || 27,8 || 31,3 || 35,7 || 41,7 || 50,0 || 62,5 ||

Ventajas de la energía solar fotovoltaica

 * La energía que procede del sol es limpia y renovable, además no cuesta dinero.
 * Los materiales empleados apenas requieren mantenimiento.
 * Las instalaciones fotovoltaicas gozan de una larga duración, son silenciosas y se caracterizan por su simplicidad
 * Es una solución inmejorable en zonas aisladas que, de otra forma, no tendrían acceso a la electricidad.
 * En el caso de las instalaciones conectadas a la red, existen subvenciones y primas por producir electricidad.
 * No requieren grandes inversiones centralizadas.

Desventajas de la energía solar fotovoltaica

 * Los costos iniciales desalientan a los compradores.
 * Los propietarios de sistemas solares activos y pasivos necesitan de reglamentaciones que impidan que otros construyan estructuras que bloqueen el acceso de un usuario a la insolación o incidencia solar.

Se entiende por energía solar térmica, a la transformación de la energía radiante solar en calor o energía térmica. La energía solar térmica se encarga de calentar el agua de forma directa alcanzando temperaturas que oscilan entre los 40º y 50º gracias a la utilización de paneles solares (siempre temperaturas inferiores a los 80ºC).
 * DEFINICION **

Por tanto, la energía solar térmica utiliza directamente la energía que recibimos del Sol para calentar un fluido. La diferencia con la energía solar fotovoltaica es que ésta aprovechado las propiedades físicas de ciertos materiales semiconductores para generar electricidad a partir de la radiación solar. En su almacenamiento tenemos que distinguir dos tipos de sistemas: Existen dos métodos para producir electricidad mediante energía solar térmica: En ambos casos, el sistema consiste en calentar un fluido que al evaporarse hace mover una turbina. **Dispositivos de alta concentración.** Son los llamados sistemas de "receptor central" La radiación solar se capta por medio de un conjunto de espejos curvos (heliostatos), que reflejan la luz del sol concentrándola en un único punto o foco. Los espejos siguen el movimiento del sol durante el día controlándolo mediante programas informáticos, ya que el movimiento del sol varia con la latitud, la época del año y el día. El foco funciona como receptor del calor que lo transfiere al fluido de trabajo (agua, aceite, aire, sales, etc.) que es el encargado de transmitir el calor a otra parte de la central termosolar. Generalmente, el calor es transmitido a un depósito de agua, que a altas temperaturas se evapora, hecho éste que es aprovechado para hacer mover una turbina. Existen dos configuraciones: Otra variedad de centrales solares térmicas de alta concentración son los "discos parabólicos". Estos discos son colectores que rastrean el sol en 2 ejes, concentrando la radiación solar en un receptor ubicado en el foco de la parábola. El receptor absorbe la energía convirtiéndola en energía térmica. Inmediatamente se puede transformar la energía térmica en energía eléctrica mediante un generador o también puede ser conducida mediante turbinas a una central de conversión. Los colectores parabólicos tienen, entre otras, las siguientes características: están orientados directamente al sol; son los colectores que presentan la mayor eficiencia; tienen radios de concentración de alrededor de 600 a 2000; pueden alcanzar temperaturas superiores a los 1500ºC. Este tipo de sistema utiliza como fluido aceite o vapor de agua. **Dispositivos de baja concentración.** Conjunto de colectores cilindro parabólicos que se mueven con el sol concentrando la radiación en una tubería ubicada a lo largo del foco, la cual concentra el fluido de trabajo que transporta el calor adquirido. El fluido que se mueve por el tubo es calentado y transportado a una red de tuberías diseñada para minimizar las pérdidas de calor. Los sistemas parabólicos generalmente constan de una línea focal horizontal simple permitiéndoles rastrear el sol a lo largo de un solo eje N-S o E-O. Una orientación N-S provee un poco más de energía anual que una E-O, pero el potencial en invierno es menor en latitudes medias. Por contra, una orientación E-O provee un producto más constante a través del año. Los sistemas parabólicos operan a temperaturas entre 100 y 400ºC, bastantes más bajas que el sistema de foco central. Sin embargo, este tipo de sistemas son los que están más desarrollados tecnológicamente ya que son centrales que ocupan un espacio más pequeño y presentan más ventajas frente a los discos parabólicos.
 * Sistemas de almacenamiento en medio único. El medio utilizado para almacenar la energía térmica es el mismo fluido que circula por los colectores solares. La eficacia de este tipo de sistemas es superior al 90%.
 * Sistemas de almacenamiento en medio dual. El almacenamiento de calor tiene lugar en un medio diferente al fluido de trabajo que se calienta en los colectores solares. La eficacia que demuestran sistemas es aproximadamente un 70%.
 * MÉTODOS DE PRODUCCION DE ENERGÍA**
 * Alta concentración
 * Baja concentración
 * los heliostatos rodean completamente la torre central (cilíndrica y de superficie con alta conductividad térmica)
 * los heliostatos están colocados en el norte de la torre receptora.

**VENTAJAS**
 * Los sistemas solares pueden suponer ahorros en el coste de preparación del agua caliente de aproximadamente entre un 70 y un 80% respecto a los sistemas convencionales.
 * Los equipos para aprovechamiento térmico de la energía solar constituyen un desarrollo tecnológico fiable y rentable para la producción de agua caliente sanitaria en las viviendas. La inversión en paneles solares, además, pueden amortizarse con el ahorro que se obtiene.
 * Las placas solares pueden ser un complemento interesante de apoyo a la calefacción, sobre todo en sistemas que utilicen agua a temperatura inferior a 60ºC, tal y como sucede con los sistemas por suelo radiante o en los de "fan-coil".
 * En la mayoría de los casos, tanto en viviendas unifamiliares, como en edificios, las instalaciones de energía solar térmica proporcionan entre un 50 y un 70% del agua caliente demandada, por lo que siempre necesitan un apoyo de sistemas convencionales de producción de agua caliente (caldera de gas, caldera de gasóleo, etc.).

**INCONVENIENTES** Para solventar estos problemas se disponen de 2 sistemas de almacenamiento térmico:
 * Su discontinuidad en el tiempo
 * Sólo aprovechan la radiación directa, por lo que necesitan que no haya nubes.
 * Sistemas de almacenamiento en medio único: son aquellos en los que el medio utilizado para almacenar energía térmica es el mismo fluido que circula por los colectores solares. Los más comunes utilizan aceite sintético como fluido de trabajo y como medio de almacenamiento. Este sistema presenta una eficiencia superior al 90%.
 * Sistemas de almacenamiento en medio dual: son aquellos en los que el almacenamiento de calor se efectúa en un medio diferente al fluido de trabajo que se calienta en los colectores solares. Los medios de almacenamiento más comunes son las placas de hierro, materiales cerámicos o el hormigón. La eficiencia de estos sistemas ronda el 70%.

La energía solar es renovable, inagotable, limpia y respetuosa con el medio ambiente. Contribuye a la reducción de las emisiones de de CO2 y otros gases de efecto invernadero, ayudando a cumplir con los acuerdos adoptados en el Protocolo de Kioto.
 * IMPACTO MEDIOAMBIENTAL**