La investigación hecha por Hathaway y Rightmire, 2010, publicación en Science: "Variations in the Sun's Meridional Flow over a Solar Cycle" por el físico solar David Hathaway, indica que el aumento de la velocidad del Cinturón Transportador ocurrió sorpresivamente en dos niveles. Primero, coincidió con el mínimo solar más profundo en casi 100 años, contradiciendo así los modelos que predecían que un cinturón rápido debería ocasionar la producción de manchas solares, acelerar este proceso, Hathaway cree que un cinturón transportador rápido puede suprimirlas, el mínimo solar de 2008-2009 fue inusualmente profundo y ahora el Sol parece estar en los comienzos de un nuevo ciclo solar débil. La segunda sorpresa tiene que ver con el fondo del cinturón transportador, mientras que la parte superior del cinturón transportador se ha estado moviendo a velocidades muy elevadas, que marcan un récord, el fondo parece estar moviéndose a velocidades muy bajas, las cuales también establecen un récord. Otra contradicción, comenta Hathaway: "Las manchas solares están supuestamente enraizadas al fondo del cinturón". De modo que el movimiento de las manchas solares nos indica cuán rápido se está moviendo el cinturón allá abajo.
Fuente: www.ciencia.nasa.gov
Fig. ?03. Velocidad del Gran Cinturón Transportador en el interior del Sol.
Definiciones
Balance de radiación: Distribución de los diferentes componentes de la radiación atmosférica que son absorbidos, reflejados, transmitidos o emitidos por la atmósfera.
Coeficiente de Extinción: Medición de la cantidad de energía radiante incidente absorbida por unidad de longitud o por unidad de masa de un medio absorbente.
Duración astronómica del día o Fotoperíodo (n): Es el periodo de iluminación solar comprendido desde la salida hasta la puesta del sol o duración máxima del día.
Helofanía (n): Es el tiempo, en horas durante el cual el sol tiene un brillo solar efectivo en el que la energía solar directa alcanza o excede un valor umbral variable entre 120 y 210 W/m² que depende de su localización geográfica, del tiempo, del clima y del tipo de banda utilizada para el registro, también se le suele denominar "brillo solar" o "insolación".
Irradiancia: Potencia solar incidente en una superficie por unidad de área. Sus unidades son W/m².
Irradiación solar circunglobal: es la irradiación solar directa y difusa más la irradiación reflejada del entorno, interceptada por una superficie esférica. Es aquella que incide sobre un cuerpo libremente expuesto, es decir, está formada por la radiación incidente procedente del sol (directa y difusa) y por aquella radiación solar que es reflejada por la superficie terrestre y otros cuerpos aledaños, sin modificar su longitud de onda.
Irradiación solar o irradiación solar global (H): Energía solar incidente en una superficie por unidad de área. Es el resultado de integrar la irradiancia en un periodo de tiempo. Sus unidades son J/m² o kwh/m². Es aquella radiación procedente (directa y difusa). Los fabricantes de paneles fotovoltaicos determinan la máxima potencia eléctrica de salida usando una fuente con una potencia luminosa de 1 kW/m², valor conocido con el nombre de SOL, se tiene que: 1SOL = 1 kW/m² =100 milliwatts/cm².
Irradiación solar directa: Es la radiación que llega a la superficie de la tierra en forma de rayos provenientes del sol sin cambios de dirección.
Irradiación solar difusa: Radiación que proviene de otras direcciones (distintas a la del disco solar) debido a la reflexión y dispersión que producen en la radiación solar, la atmósfera y las nubes. Radiación solar procedente de toda la bóveda celeste. Está originada por la dispersión de la radiación en la atmósfera.
Irradiación solar reflejada: Fracción de la irradiación solar (directa y difusa) que es reflejada por la superficie terrestre.
Irradiación solar extraterrestre (Ho): Radiación incidente sobre una superficie horizontal en el tope de la atmósfera, que viene hacer el límite superior de la exósfera (ausencia casi total de gases). La irradiación extraterrestre varía con la latitud y la fecha.
La radiación solar
Es la energía electromagnética (del sol) emitida, transmitida o recibida (RISOL 1999), podemos considerarla también como una lluvia de pequeñas partículas llamadas fotones. Los fotones viajan a la velocidad de la luz (c=3(108m/s), independientemente de su longitud de onda ?, el comportamiento de la radiación solar esta determinado por la ecuación ?=c/v, donde v es la frecuencia de la propagación de los fotones.
Características de la radiación solar
La energía radiante procedente del sol incide sobre la superficie de la tierra, de esta energía solo una parte llega de manera efectiva a la superficie de la tierra ya que constituye una superficie de captación casi insignificante, al encontrarse a 150 millones de km. Aún así la potencia que llega es unas 10.000 veces mayor que la que proporcionan todas las fuentes energéticas que el hombre emplea, siendo el motor fundamental del clima.
Variación del espectro luminoso
Las variaciones de intensidad y color de la luz solar durante la salida y puesta de sol se deben al incremento de la distancia, absorción, reflexión y dispersión de la luz solar cambiando el rango de frecuencias que integran el espectro luminoso así como su intensidad.
Esta radiación está formada aproximadamente en:
( 47% por el espectro visible.
( 46% por el espectro infrarrojo.
( 7% por el espectro ultravioleta.
Fuente: Elaboración propia 2010
Fig. ?04. Espectro electromagnético de la radicación solar extraterrestre y a nivel del mar.
Insolación
El término deriva de la palabra inglesa insolation la cuál representa un acronismo derivado de otras tres palabras inglesas: incident solar radiation (radiación solar incidente). Cantidad de energía solar recibida en un punto determinado del planeta, sobre una superficie de 1m², para un determinado ángulo de inclinación entre la superficie colectora y la horizontal del lugar. (Meteorología) Tiempo que luce el sol sin nubes.
Variación anual de la insolación
La posición aparente del sol en el espacio para cualquier localidad, está regido por las leyes de la mecánica celeste y sus relaciones geométricas se expresan en fórmulas de trigonometría esférica, en función de la latitud del lugar f, la declinación de la época del año d y el ángulo horario ? del instante del día, parámetros descritos a continuación:
1. Latitud f: es el arco que existe entre el paralelo que pasa por el lugar y el ecuador.
2. Declinación d: es el ángulo formado por el plano del ecuador, y el plano de la órbita terrestre, debido a la inclinación del eje de la tierra. La declinación es función de la fecha, siendo máxima en el solsticio de verano (d = +23.45° el 22 de junio), nula en los equinoccios (d = 0° el 22 de marzo y el 22 de setiembre) y mínima en el solsticio de invierno (d = -23.45° el 22 de diciembre). La declinación se puede estimar analíticamente para cualquier fecha del año con suficiente precisión considerando que es una función sinusoidal del día ordinal del año d (1-365) con valor nulo el 22 de marzo (81° día del año) mediante la siguiente expresión:
3. El ángulo horario ? es el formado entre la posición del sol a la hora considerada y su posición al mediodía, medido sobre el círculo de su órbita. Por definición el medio día solar local (12:00) es el instante en que el sol está en el cenit de su recorrido, no es necesario realizar correcciones debido a la hora legal o a la ecuación del tiempo. Para determinar el ángulo horario se usa la siguiente expresión en función de la hora solar local ts (0:00 a 24:00 horas):
La radiación solar terrestre, como en la atmósfera se refleja parte de la radiación que llega del sol, y otra parte se absorbe, a la superficie de la tierra llega, lógicamente una cantidad menor que la que se tiene en el exterior de la atmósfera. Viene a ser de unos 900 W/m², la cual cambia dependiendo de la hora del día, del día del mes y del mes del año; es decir, cambia cuando varían las condiciones atmosféricas (nubosidad, vapor de agua, gases, partículas, etc.).
Fuente: www.energias-renovables.com
Elaboración: propia 2010
Fig. ?05. Mapa mundial de Energía solar.
Para especificar la Radiación Solar Terrestre, es necesario definir los siguientes conceptos:
Radiación Solar Directa: Es la radiación que incide directamente del sol.
( Radiación Solar Difusa: Es la radiación dispersada por los agentes atmosféricos (nubes, polvo, etc.)
( Radiación Solar Reflejada (albedo): Es la radiación reflejada por el suelo o por los objetos cercanos.
Fuente: Elaboración propia 2010
Fig.Nº6. Componentes de la radiación solar terrestre total.
La radiación solar extraterrestre, es la cantidad de energía solar recibida por unidad de superficie y por unidad de tiempo (por término medio) sobre una superficie enfrentada al Sol (perpendicular a los rayos solares), situada en el límite de la atmósfera, a la distancia media entre la tierra y el Sol cuyo valor medio es 1353 W/m², la cual es prácticamente una constante durante todo el año y es conocida como la constante solar Ies. Aunque existen pequeñas variaciones periódicas de la emisión de la radiación solar, debido principalmente a ligeras modificaciones de la región ultravioleta generada por el ciclo de las manchas solares.
Debido a que la órbita de la tierra es ligeramente elíptica resulta que la intensidad de la radiación solar extraterrestre I0 es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia de la tierra al sol, I0 varía entre un máximo de 1.398 W/m² en el perihelio (3 de enero) y un mínimo de 1.310 W/m² en el afelio (6 de julio). La variación anual es de +/- 3.35% pudiéndose considerar una función sinusoidal, por lo que I0 se puede estimar para cualquier año d (1-365) mediante la siguiente expresión:
Estimación de la radiación solar
Se partirá del dato de radiación fundamental que es las "horas de sol efectivas", a partir de las cuales estimaremos otros datos más elaborados a partir de modelos matemáticos contrastados.
Radiación solar horizontal diaria extraterrestre (Ho)
La intensidad de la radiación solar extraterrestre sobre un plano horizontal Ioh en un instante determinado depende de la intensidad de la radiación solar extraterrestre Io afectada por el seno de la altura solar A, según la ley del coseno:
El factor 24×3600/2p se aplica para pasar el periodo de integración del arco ? en radianes a tiempo en segundos, ya que estamos transformando potencia (Watios) en trabajo (Julios) durante un día. Susatituyendo la ecuación de la altura solar A e integrando entre los límites obtendremos:
Radiación solar horizontal diaria (H)
Cuando se carece de datos directo de la radiación solar horizontal diaria (H), esta se puede deducir con un cierto grado de fiabilidad a partir de otros parámetros que se suelen medir en estaciones meteorológicas. Según estudios realizados por Lund en la estación Blue Hill (Massachusetts), se compararon cuales eran los mejores estimadores para deducir la insolación Kt, definida como la razón entre la radiación solar diaria terrestre y la extraterrestre:
Los estimadores comparados, sobre los que existen numerosas referencias, fueron principalmente:
Registros de Temperatura del aire (medias, máximas, mínimas,…)
Vientos (dirección y velocidad)
? de horas efectivas
Nubosidad
Presión atmosférica
Humedad o presión de vapor
? de horas de lluvia
Lund estableció entre los datos mensuales de insolación y los valores normalizados (xn=[x-x]/sx) de los estimadores potenciales, resultando que el mejor estimador era el ? de horas de sol efectivas (coeficiente de correlación c=0.95), seguido por la nubosidad (c=0.82) y el ? horas de lluvia (c=0.76) y seguidos a su vez por la diferencia de temperatura diaria en verano y la presión de vapor en invierno. En el caso de utilizarse varios estimadores simultáneamente aumenta el coeficiente de correlación, aunque ligeramente.
Los estudios de correlación entre la insolación y el número de horas de sol efectivas, según la referencias, fueron iniciados por Kimball y Ängstrom en los años 20, siendo más conocidos los estudios realizados por Page, que propuso la siguiente ecuación en función de la relación n/N del número de horas de sol efectivas y teóricas:
Page determinó las constantes a y b para numerosas regiones del planeta, llegando a la conclusión que dichos valores son característicos de las regiones consideradas y que varían bastante de una región a otra.
Tabla 3: Valores de los coeficientes del modelo Ångström-Prescott por estación, número de datos utilizado y error promedio.
Fuente: ATLAS DE ENERGÍA SOLAR DEL PERÚ
Esta ecuación nos proporciona valores adecuados en la mayoría de los casos. Cuando no se dispone de datos del número de horas de sol efectivas se considera que el mejor estimador alternativo de la insolación es la nubosidad. Se estima que si bien el número de horas efectivas de sol permite estimar la insolación con una correlación entre 0.83 y 0.92, la nubosidad rara vez permite estimar la insolación con una correlación mayor de 0.83, siendo frecuentes valore inferiores a 0.70, lo que arroja dudas sobre su fiabilidad.
A lo anterior habría que añadir que siendo la nubosidad una estimación visual, que depende fundamentalmente de la habilidad del observador, lo convierte en un estimador bastante subjetivo. Varios autores opinan que la fiabilidad de los datos de la nubosidad podría mejorarse si en vez de usar la estimación tradicional 1/10 o 1/8 de cielo cubierto se empleara una escala más descriptiva según el tipo de nubes como propone Lund, o utilizar el concepto de nubosidad opaca, según el cuál no se considere las nubes delgadas a gran altitud por afectar a la insolación, tal como propone Benett. En cualquier caso y tal como se ha comentado, la nubosidad se puede utilizar como estimador complementario, al igual que otros estimadores, para aumentar la fiabilidad de la estimación de la insolación realizada fundamentalmente en el número de horas de sol efectivas.
Radiación horizontal diaria directa (HD) y difusa (Hd)
La energía solar H que recibe la superficie de la tierra durante un día le llega como componente solar directa HD, cuando proviene de los rayos directos del sol, y como componente difusa Hd cuando procede de la energía difundida por el resto de la bóveda celeste, verificándose:
La nubosidad influye notablemente en la proporción de las componentes directa y difusa, ya que hay que considerar que para días totalmente cubiertos la única radiación que llega a la tierra será difusa. Es por ello que diversos autores han desarrollado modelos para determinar la proporción de energía difusa en función del índice de insolación Kt:
Se hace notar que el coeficiente Kt nunca tomará valores extremos (ni próximos a 0 ni a 1), salvo en el caso de grandes altitudes en que Kt puede tener valores muy altos al aumentar la transparencia de la atmósfera. Existen numerosos modelos para la estimación de la radiación difusa media mensual en relación con la total en función del Kt medio mensual, como la estimada por Page aunque dicho modelo se considera demasiado simple:
El modelo propuesto por Liu-Jordan es el más aceptado, aunque en el momento de su determinación se considera a la constante solar Ies=1394 [W/m²] en vez del valor actualmente reconocida de Ies = 1353 [W/m²].
El modelo propuesto por Collares y Rabl es interesante porque considera la duración del día, expresado por el ángulo horario del orto ?0, pero se ha demostrado que sobre estima la radiación difusa para cielos despejados:
Para días concretos sean propuesto modelos alternativos, como el desarrollado por Liu-Jordan, resultando la siguiente ecuación:
Intensidad solar horizontal total (Ih)
Ya se ha expuesto que la radiación solar horizontal terrestre diaria H es la suma de la radiación directa HD y difusa Hd y su unidad es de Julios/m² al día. La intensidad horizontal Ih en cada instante es la suma de la intensidad horizontal directa IhD y difusa Ihd y se mide en W/m². La integración de la intensidad horizontal entre el orto y el ocaso corresponde a la radiación solar diaria, y la integración durante el periodo diurno de IhD y Ihd es igual a la radiación diaria horizontal en sus componentes directa HD y difusas Hd respectivamente:
La medida instrumental de la intensidad horizontal Ih se realiza directamente con un piranómetro montado horizontalmente, y la intensidad horizontal difusa Ihd se mide con un piranómetro con un anillo de sombra, deduciéndose la radiación horizontal directa IhD por la diferencia de las anteriores. La estimación analítica de la intensidad de la radiación se puede deducir según los diversos estudios de modelos de atmósfera realizados por diferentes autores que cuantifican la fracción de la radiación extraterrestre que será dispersada por moléculas y partículas de la atmósfera y la fracción de la radiación que será absorbida en su recorrido hasta la superficie terrestre.
Parte de la radiación solar directa, al pasar por la atmósfera, será dispersada por el nitrógeno, oxígeno y otras moléculas relativamente pequeñas en comparación con la longitud de onda de la radiación, y por aerosoles, gotitas de agua polvo y otras partículas de tamaño comparable al de la longitud de onda. Esta radiación dispersa produce que el cielo sea azul en días claros y parte de ella incide sobre la tierra en forma de radiación difusa Ihd. También se producirá una atenuación de los rayos solares causada por la absorción, primero por el ozono de la atmósfera externa, que recorta la radiación del espectro ultravioleta, y posteriormente por el vapor de agua y el dióxido de carbono que produce una serie de bandas de absorción en ciertas longitudes de onda del espectro visible e infrarrojo. La magnitud de la absorción será proporcional al de la cantidad de masa atmosférica atravesada por la radiación en su recorrido, que depende de la secante de la altura solar y la presión atmosférica del lugar. La intensidad solar extraterrestre que no es difundida ni absorbida incide sobre la superficie de la tierra en forma de radiación directa IhD.
Intensidad solar normal directa (IND) en días claros
Según el modelo de la atmósfera expuesto, la intensidad normal de la radiación solar directa IND en la superficie será proporcional a la intensidad de radiación directa extraterrestre aparente I0D, equivalente a la radiación extraterrestre menos la radiación dispersada, y afectada por un coeficiente de extinción que depende fundamentalmente del contenido de vapor de agua y de la masa atmosférica, que se puede expresar con suficiente exactitud mediante la expresión:
Se ha desarrollado para la India (Lat. 17-27ºN) [otras investigaciones Majundar] una expresión para determinar la intensidad normal directa IND, se analizan analítica y experimentalmente la influencia de la altitud y la humedad en la intensidad de la radiación directa, proponiendo la siguiente expresión:
El primer exponente refleja la absorción debida a los gases de la masa atmosférica y el segundo la absorción por el vapor de agua, siendo p/p0 la presión relativa respecto al nivel del mar y Ap la altura de vapor de agua precipitable en cm, que se puede determinar por la altura h [m] y la densidad del vapor de agua del lugar ?h o respecto al nivel del mar ?0, según las expresiones:
Según medidas realizadas en la India, en altitudes entre 220 y 4130 metros y con alturas de vapor de agua precipitable entre 0.1 y 5.3 cm, se determinó estadísticamente que los valores estimados permiten una precisión entre +/-10% en el 95% de los casos, suponiendo que la atmósfera está razonablemente libre de polvo, humo o neblina y que no existen nubes en la proximidad del sol. La ecuación de Majundar se puede desarrollar para que las bases de las expresiones potenciales sean exponencialmente de base e, lo que permite su simplificación a la siguiente ecuación de ASHRAE, solo que cambiando los coeficientes:
Se ha establecido una comparación con el valor de radiación directa horizontal diaria HD=19.61 [MJ/m² día] propuesta por Vega para cielos claros en el equinoccio para las Palmas con la ecuación de Majundar, integrándola numéricamente para todo el día, corrigiendo la radiación normal por la horizontal mediante el seno de la altura solar, para una altitud del nivel del mar y unas condiciones ambientales típicas de 20ºC y 70% de humedad relativa, obteniendo un valor de 20.02 [MJ/m² día], tan solo un 3% superior al valor estimado por Vega. Existen otros modelos similares descritos para numerosas localidades, aunque se ha preferido aquellos que reflejan unas condiciones similares a las islas Canarias, y otros modelos orientados para el cálculo por ordenador como el propuesto por Spencer que para 300 partículas por cm³ tiene la siguiente expresión:
Intensidad solar horizontal directa (IhD) en días claros
En el caso de conocerse la intensidad normal directa IND, la intensidad horizontal directa IhD se calcula fácilmente aplicándole la ley del coseno, en este caso el seno de la altura solar:
Puede ocurrir que la radiación solar horizontal directa diaria HD sea un dato conocido, por ejemplo al haberse hallado por la ecuación de Page adaptada para las Palmas por Vega, en cuyo caso se debe verificar que la integración de la intensidad IhD en el periodo diurno debe coincidir con la radiación horizontal directa HD. En este caso se puede deducir la intensidad de radiación directa extraterrestre aparente I0D para una localidad en condiciones determinadas aplicando alguna de las ecuaciones anteriores, usando en este ejemplo la ecuación de ASHRAE:
Para desarrollar esta integral conviene expresarla en función el ángulo horario ? en radianes, considerando que la latitud f, la declinación d de la fecha considerada son conocidos, y que por consiguiente el ángulo horario del orto y ocaso ?0 también se conoce por la expresión:
Para el cambio de base de la integral, hay que considerar el coeficiente C3 de la equivalencia entre la duración del día [seg] y el círculo completo del ángulo horario [rad], pudiéndose expresar la integral como:
Resolviendo la integral se puede despejar la intensidad aparente a [W/m²] específica para cada localidad, equivalente a I0D, y a partir de la ecuación original, en este caso la propuesta por ASHRAE, se puede hallar IhD en cada instante.
Intensidad solar directa sobre planos inclinados (IßD)
Si se conoce la intensidad normal directa IND y la posición del sol dada por su altura solar A y su azimut Z, es posible determinar la intensidad directa IßD sobre cualquier superficie con inclinación ? (horizontal=0) y orientación azimutal F (sur=0), mediante la ley del coseno del ángulo ß que forma la norma a la superficie y la dirección de los rayos del sol, mediante la siguiente expresión:
Debiéndose comprobar que cosß sea un valor positivo, ya que en caso contrario sería síntoma que la superficie estaría a la sombra y la intensidad IßD sería nula. También hay que comprobar que la altura solar A supere a la altura Ah del horizonte real para cada azimut, de manera que el sol sobresalga de las obstrucciones solares.
Radiación en superficies inclinadas
El principal efecto geométrico, sobre la cantidad de radiación solar incidente sobre una superficie, se debe al ángulo de incidencia de los rayos solares con respecto a esta superficie. Como la superficie está inclinada hacia el sol, la intensidad de la radiación sobre la superficie disminuye, por que el sol "ve" una superficie menor H? que cuándo la superficie H tiene incidencia normal, tal como muestra la figura ?08, de la cual se deduce que:
Tipos de energía solar
La energía solar tiene tres formas básicas de representación, a continuación se explican las diferentes formas del aprovechamiento de la energía solar. Es importante destacar que siempre el valor en condiciones ideales es de alrededor de 1 kW/m² independientemente del aprovechamiento de la energía del sol, no interesa si será usando la totalidad de una superficie o concentrado en un punto foco.
SISTEMAS DE CAPTACIÓN DE LA ENERGÍA SOLAR
Existen cuatro procesos de aprovechamiento del sol: el proceso fotovoltaico, el proceso térmico, el proceso fotoquímico y el proceso solar pasiva, de las cuales sólo se tratará el proceso fotovoltaico.
LA ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA
La palabra fotovoltaico(a) está formada por la combinación de las palabras de origen griego: foto, que significa luz, y voltaico que significa eléctrico. El nombre sintetiza la acción de estas celdas: transfomar directamente la energía luminosa en energía eléctrica. La electricidad es una de las formas de energía más versátil y que mejor se adapta a cada necesidad. Su utilización está tan extendida que hoy difícilmente podría concebirse una sociedad tecnológicamente avanzada que no hiciese uso de ella. Los diferentes aparatos funcionan alimentados con energía eléctrica, bien con corriente continua de pequeña tensión o de corriente alterna a tensiones mayores.
La luz está formada por un gran número de entidades físicas llamadas fotones, los cuales participan tanto de las propiedades de los corpúsculos materiales como de las de las ondas. Los fotones son capaces de interactuar con los electrones de los cuerpos sobre los que inciden. Mencionaremos dos tipos de interacción: el efecto fotoeléctrico externo y el efecto fotovoltaico. El efecto fotoeléctrico externo, descubierto por Hertz en 1887, consiste en un desprendimiento de electrones de la superficie de los metales al chocar con dicha superficie fotones de suficiente energía, dando lugar a una corriente eléctrica denominada fotoeléctrica. Las cédulas fotoeléctricas se basan en este efecto.
Fuente: Elaboración propia 2010
Figura ?09. Célula fotoeléctrica
El Efecto fotovoltaico, el cual se conoce en bases teóricas desde principios de siglo. Pero no fue sino hasta 1954 que se logró producir la primera celda fotovoltaica en New Jersey, EEUU. El fundamento físico teórico del fenómeno del efecto fotovoltaico, trata acerca del comportamiento de ciertos materiales llamados semiconductores, los cuales bajo ciertas circunstancias, son capaces de crear una fuerza electromotriz. El proceso llamado difusión: existen dos tipos de semiconductores: los denominados de tipo N y los de tipo P. A los primeros se les puede forzar, mediante la adición de pequeñas cantidades de impurezas apropiadas, a tener un exceso de electrones en determinadas posiciones y a los segundos un defecto de ellos, o lo que es equivalente, un exceso de "huecos" (lugares vacíos dejados por los electrones al emigrar éstos a otras posiciones).
Fuente: Elaboración propia 2010
Figura ?10. Esquema del efecto fotovoltaico
Tipo N, Cuando la substancia difusa cede fácilmente electrones, se crea una zona dentro del semiconductor que tiene un exceso de cargas negativas (electrones). Esto es lo que se conoce como semiconductor del tipo N (negativo).
Tipo P, Cuando la substancia difusa atrapa electrones libres, los átomos que los pierden quedan cargados positivamente. En esta zona predominan las cargas positivas ("holes", en inglés) obteniéndose un semiconductor del tipo P (positivo).
Juntura N-P, El proceso de difusión es continuo, permitiendo la formación, en el mismo material, de dos zonas semiconductoras adyacentes, una del tipo N; la otra del tipo P. El espacio que separa ambas zonas es la juntura de transición (junction, en inglés).
Estado de equilibrio, La teoría muestra que las cargas mayoritarias en una zona se desplazan hacia la de baja densidad en la zona opuesta. El desplazamiento de las cargas negativas y positivas deja a la zona de la juntura totalmente libre de cargas. Las zonas adyacentes a la misma tienen concentraciones de carga minoritarias (cargas negativas en el lado P y cargas positivas en el lado N). La acumulación de estas cargas a ambos lados de la juntura crea una diferencia de voltaje que impide la continuación del desplazamiento inicial. La corriente de desplazamiento se anula. Se dice entonces que la juntura N-P ha alcanzado el estado de equilibrio, el que es ilustrado en la figura 11.
Fuente: Elaboración propia 2010
Figura ?11. Juntura N-P en Equilibrio
Voltaje de salida, el voltaje de una celda fotovoltaica es de corriente continua (CC). Por consiguiente un lado es positivo y el otro negativo; para celdas de selenio, este voltaje es de alrededor de 0,5 V.
Potencia eléctrica de salida, para un instante, la potencia eléctrica proporcionada por la celda fotovoltaica está dada por el producto de los valores instantáneos del voltaje y la corriente de salida; este valor es afectado por el comportamiento intrínseco de un material semiconductor, por el nivel de irradiación luminosa, y el método de fabricación de la celda. La intensidad luminosa depende, de la insolación, de los factores meteorológicos, locación, inclinación de la celda respecto a la horizontal, y las variaciones estacionales en el lugar de utilización.
La tecnología fotovoltaica fue desarrollada a finales de los años 50 como parte de los programas espaciales, con el fin de desarrollar una fuente de energía económica e inagotable. Con el descenso de los costes y la mejora del rendimiento, los sistemas fotovoltaicos han extendido su utilización a numerosas aplicaciones. La transformación directa de la energía solar en electricidad mediante la conversión fotovoltaica presenta ventajas claras: sencillez, modularidad, fiabilidad y operatividad, haciendo que su campo de aplicación sea muy amplio: desde la utilización en productos de consumo (por ejemplo calculadoras, etc.), hasta la electrificación de viviendas aisladas o pequeñas comunidades de vecinos, pasando por las señalizaciones terrestres y marítimas, las comunicaciones o el alumbrado público.
Material cristalino y policristalino
Las celdas fotovoltaicas que se ofrecen en el mercado actual utilizan dos tipos de materiales semiconductores. Uno tiene una estructura cristalina uniforme, el otro una estructura policristalina. El tipo cristalino requiere un elaborado proceso de manufactura, que insume enormes cantidades de energía eléctrica, incrementando substancialmente el costo del material semiconductor. La versión policristalina se obtiene fundiendo el material semiconductor, el que es vertido en moldes rectangulares. Su estructura cristalina no es uniforme, de ahí el nombre de poli (muchos) y cristalino (cristales). Los dos tipos pueden ser identificados a simple vista, ya que la estructura cristalina provee una superficie de brillo uniforme, mientras que la policristalina muestra zonas de brillo diferente. Las foto 01 muestran esta diferencia.
Fuente: Elaboración propia 2010
Foto ?01. Material cristalino, lingote monocristalino y Material policristalino
Material orgánico-Celdas solares de plástico
Estos nuevos materiales son hechos de polímeros conductores y nano-ingeniería de los materiales. Puede ser cubierto o imprimido en una superficie, es hecho en un proceso similar a la película fotográfica. La flexibilidad, la confortabilidad, el rendimiento, el precio y el peso, son algunas de las características de esta versátil celda solar de plástico; aumentan la vida de la batería sin aumentar o impedir el factor de forma de diseños de producto por los demás.
Foto ?02. Material polímero
Material HIT (Heterojuntura con capa fina intrínseca)
La célula solar hit de Sanyo es un modelo híbrido que se combina un substrato de silicio cristalino y una película fina silicio amorfo, es una tecnología original. Brinda el mejor nivel de generación de potencia del mundo por unidad de área de instalación, basada en la conversión eficiente de energía alta superior y resistencia de temperatura. La mejora más reciente de progreso de la celda HIT de Sanyo fue recientemente usando un grosor de celda de 98 micrómetros, el cual es menos del medio grosor de la celda previa, viene con una eficiencia de conversión de energía de celda de 22.8%, el cuál ha sido verificado independientemente por el National Institute of Advanced Industrial Science and Technology.
Foto?03. Cortesía de Sanyo Energy (USA) Corporation
Eficiencia de conversión
La eficiencia de conversión es la relación entre la energía eléctrica generada y la energía luminosa utilizada para obtenerla. Esta relación es dada en forma porcentual:
El símbolo ? usualmente se utiliza para expresar eficiencias, actualmente, las celdas fotovoltaicas producidas en escala industrial tienen una eficiencia de conversión que oscila entre un 9 y un 12%. El valor teórico máximo para la eficiencia de una celda fotovoltaica que responde solamente a un rango reducido del espectro luminoso, es de alrededor del 25 al 28%, dependiendo del material semiconductor. Las celdas fotovoltaicas que utilizan semiconductores cristalinos tienen una eficiencia mayor a las que utilizan el semiconductor policristalino, debido a que las imperfecciones en la estructura de este último disminuyen el número de pares de carga que quedan libres para conducir la corriente. Las celdas fotovoltaicas usadas en los satélites espaciales utilizan, exclusivamente, semiconductores cristalinos, ya que el costo no es un factor en consideración.
Foto?04. Satélite espacial, cortesía de NASA
Aplicaciones
En una primera gran división las instalaciones fotovoltaicas se pueden clasificar en dos grandes grupos:
Instalaciones aisladas de la red eléctrica
Instalaciones conectadas a la red eléctrica
En el primer tipo, 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. El segundo tipo se tienen dos casos, a) centrales fotovoltaicas que la energía eléctrica generada es entregada directamente a la red eléctrica y b) sistemas fotovoltaicos que una parte de la energía generada se invierte en el mismo autoconsumo de edificios o industrias, conectados a la red eléctrica. La diferencia fundamental entre los dos tipos radica en que las instalaciones conectadas a red no incluyen baterías ni reguladores.
El panel fotovoltaico
Una célula suelta solamente es capaz de proporcionar una tensión de algunas décimas de voltio (típicamente alrededor de medio voltio para las células de silicio) y una potencia máxima de uno o dos vatios. Es preciso conectar entre sí en serie un determinado número de células para producir las tensiones de 6, 12 ó 24 V aceptadas en la mayor parte de las aplicaciones. Al conjunto así formado, convenientemente ensamblado y protegido contra los agentes externos (las células son muy delicadas), se le denomina panel o módulo fotovoltaico.
A veces, la palabra panel se utiliza para designar un conjunto de dos o más módulos ensamblados entre sí. El proceso de conexión de las células es automático, efectuándose mediante soldaduras especiales que unen el dorso de una célula con la cara frontal de la adyacente. Para producir un panel de 12 voltios nominales usualmente se necesita un número de células entre 30 y 40, según las características de las mismas.
Fuente: Elaboración propia 2010
Figura ?12. Fabricación del módulo fotovoltaico
Una vez terminadas las interconexiones eléctricas, las células son encapsuladas en una estructura tipo "sandwich", consistente en una lámina de vidrio templado, otra de un material orgánico adecuado, por ejemplo acetato de etilen – vinilo (EVA), las propias células, otra carga de sustrato orgánico y, por último, una cubierta posterior formada por varias láminas de polímeros u otro vidrio. La estructura concreta de cada modelo de panel varía de un fabricante a otro.
Se procede posteriormente a un sellado al vacío, introduciéndolo en un horno especial para su laminación, haciéndose estanco el conjunto. Por último, se rodea el perímetro del papel con neopreno o algún otro material que lo proteja de las partes metálicas que forman el marco-soporte, en el caso de que lo lleve. Una vez montadas las conexiones positivas y negativas se efectúan los controles de calidad necesarios.
Fuente: Elaboración propia 2010
Figura ?13. Fabricación del módulo fotovoltaico
Elementos que constituyen un sistema fotovoltaico
Para que una instalación solar fotovoltaica funcione correctamente y tenga una elevada fiabilidad de suministro y durabilidad tiene que estar constituida por un conjunto de componentes básicos: placas fotovoltaicas, regulador, baterías eléctricas e inversor Además de estos subsistemas, las instalaciones fotovoltaicas incluyen otros equipamientos como pueden ser el cableado o los sistemas de protección y, por supuesto, los elementos de consumo de la energía obtenida, denominados también cargas.
Fuente: Elaboración propia 2010
Figura Nº14. Esquema del Sistema Fotovoltaico
CURVAS I-V
Si los valores de potencia luminosa y la orientación del panel permanecen constantes, la corriente de salida de un panel fotovoltaico varía con el valor del voltaje en la carga y su temperatura de trabajo. Esto se debe a las características intrínsecas de los materiales semiconductores, es necesario especificar ciertos parámetros de la curva característica con el fin de evaluar el tipo de módulo mejor adaptado a la aplicación de que se trate. Estas características del panel están definidas para unas condiciones estándar de medida, las cuales vienen determinadas por el nivel de irradiación (1 kW/m²), la temperatura (25ºC) y la distribución espectral de la radiación incidente (A.M. 1.5, que es la cantidad de masa de aire que tiene que atravesar un rayo de sol).
Fuente: Elaboración propia 2010
Figura ?15. Curva característica de corriente-voltaje
La Figura 16 muestra, en forma gráfica, la relación entre la corriente y el voltaje de salida para un panel FV (curva I-V), para cuatro temperaturas de trabajo, cuando el nivel de radiación permanece constante.
Figura ?16. Relación I-V para un panel FV MSX-60
Efecto de la temperatura de trabajo
Tanto la corriente de cortocircuito como el voltaje a circuito abierto, se ven afectados por la temperatura de trabajo, pero el tipo de variación, así como su magnitud porcentual, son distintos para estos dos parámetros. Si tomamos como referencia los valores a 25°C, la corriente de cortocircuito aumenta moderadamente (+ 1,6% a 50°C; + 3,3% a 75°C), mientras que el voltaje a circuito abierto disminuye sensiblemente (- 9,5% a 50°C; – 16,7% a 75°C).
La corriente de cortocircuito aumenta con la radiación, permaneciendo más o menos constante el voltaje, haciendo que los valores de la radiación cambien a lo largo de todo el día en función del ángulo del Sol con el horizonte, siendo importante colocar adecuadamente los paneles, con posibilidad de cambiar su posición a lo largo del tiempo, según la hora del día o la estación del año (captación con seguimiento solar). Un mediodía a pleno sol es equivalente a una radiación de 1000W/m²; cuando el cielo está cubierto, la radiación apenas alcanza los 100 W/m².
Figura ?16. Curva I-V para tres radiaciones
La temperatura de trabajo que alcanza un panel fotovoltaico obedece una relación lineal dada por la expresión:
Dependiendo de la velocidad promedio del viento. Cuando ésta es muy baja, o inexistente, el enfriamiento del panel es pobre o nulo, y k toma valores cercanos o iguales al máximo (0,4). Si la velocidad promedio del viento produce un enfriamiento efectivo del panel, el valor de k será el mínimo (0,2). El valor de R varía entre 80 y 100mW/cm². Para locaciones con alto valor de insolación diaria se usa el valor máximo. Si existen nubes pasajeras que reducen el valor de irradiación, el valor de R se reduce a 80mW/cm². El producto kR representa el incremento de temperatura que sufre el panel sobre la máxima temperatura ambiente.
Uno de los elementos auxiliares importantes de un sistema fotovoltaico es la estructura que soporta los paneles. Esta habrá de proporcionar tanto un buen anclaje de los mismos, haciéndolos resistentes a la acción de los elementos atmosféricos –los agentes atmosféricos (viento, nevadas) afectan a las cargas mecánicas que han de soportar las estructuras y a los materiales que las componen, como una orientación y un ángulo de inclinación idóneos para el mejor aprovechamiento de la radiación.
Fuente: Elaboración propia 2010
Foto ?05. Soportes de paneles fotovoltaicos
La posición de los paneles está basada en dos ángulos distintos: la orientación y la inclinación.
La orientación de los paneles será siempre al Sur (en el hemisferio norte), al ser la única posición donde aprovecharemos de un modo más completo a lo largo del año la radiación emitida por el Sol. Tan sólo en circunstancias especiales o por el efecto de sombras creadas por otros objetos se podrá variar dicha orientación hacia el Este.
La energía captada por el panel depende fundamentalmente del ángulo de inclinación que forma con la horizontal (el condicionante es el ángulo de incidencia de los rayos del Sol sobre los paneles, siendo máximo para una incidencia perpendicular, y reduciéndose a medida que nos alejamos de este ángulo). En una instalación real, este ángulo puede adoptar una o varias posiciones a lo largo del año. Si bien esta última posibilidad aumenta la energía recibida en todo el período, en la práctica lo más eficaz es dejarlo en una o dos posiciones, dependiendo de la utilización y según los dos tipos de consumo más extendidos.
Dimensionamiento de la instalación
Un adecuado dimensionado de las instalaciones supone, además, asegurar la fiabilidad de las mismas y su utilización a lo largo del tiempo, evitando que queden inservibles al cabo de pocos años al utilizarse con fines para los cuales no habían sido concebidas. Reiterando lo fundamental que es conocer la radiación incidente sobre el sistema y determinar con precisión el consumo. Estos datos son difíciles de conocer con exactitud, surgen distintos métodos aproximados que permiten determinar cuál es el tamaño necesario de paneles, en Wp, y de batería, en Ah, con los que satisfacer un consumo dado en una situación concreta (temporal y espacialmente).
El método del mes peor
Se realiza un balance de energía seleccionando un período de tiempo, normalmente un mes, en el que se dan las condiciones más desfavorables del sistema. La idea es que si el sistema funciona en este mes, funcionará también los demás meses del año. Se cuenta además con la capacidad de acumulación necesaria para cubrir un cierto número de días de bajo nivel de radiación (días de autonomía). Para ello se necesita realizar los siguientes cálculos:
Evaluación de la energía necesaria
Consumo de los equipos en corriente continua (T1)
Consumo de los equipos en corriente alterna (T2)
Evaluación del consumo total (Gt)
Evaluación de la radiación solar disponible (Rd)
Tamaño del campo de captación
Dimensionado del sistema de acumulación
Evaluación de la energía necesaria (consumo de los equipos)
Para la estimación de la energía consumida por la instalación se habrán de evaluar, por separado, la aportación al consumo total de los equipos de corriente alterna y continua. A la hora de realizar esta estimación deben tenerse en cuenta las variaciones estacionales, ya que la incidencia de determinadas aplicaciones (especialmente los bombeos de agua) es muy importante frente a los consumos en otros usos, por lo que deben calcularse los consumos para varios meses diferentes. En el caso de que se trate de sistemas de electrificación con consumos idénticos a lo largo de todo el año, bastará con realizar una única estimación.
Consumo de los equipos en corriente continua (T1)
La energía que la aplicación considerada necesita consumir cada mes va a depender, exclusivamente, del tipo de equipos que componen la carga, así como el tiempo de utilización de los mismos.
Los datos necesarios que habrán de conocerse de cada equipo serán:
La potencia, tomada como la nominal de los equipos, y que aparece en las características de los mismos.
El número de horas de funcionamiento diario.
Como orientación, se incluyen en el cuadro datos sobre el número de horas de funcionamiento típicos en instalaciones fotovoltaicas y la potencia de cada equipo.
Cuadro ?01. Equipos con horas de funcionamiento típicos
La energía necesaria para el consumo del equipo en cuestión será el producto del número de equipos iguales por la potencia y por el número de horas diarias de funcionamiento.
Evaluación del consumo mensual en corriente alterna (T2)
Lo consignado como elementos generales en los párrafos anteriores es también de aplicación en el caso del consumo de los equipos de corriente alterna.
Evaluación del consumo total (Gt)
Para la evaluación del consumo total se tienen en cuenta dos factores:
Margen de seguridad de captación (Eb): Corresponde a las pérdidas en el cableado, pérdidas en conexiones, variaciones en los consumos previstos inicialmente, etc. En principio puede estimarse en un 15% para la mayoría de los casos.
Eficiencia del inversor (Ei): Es la relación entre la energía que se aporta al inversor y la realmente disponible para el consumo. Como ya se mencionó en el capítulo dedicado a los elementos que componen la instalación, el inversor tiene un consumo propio constante y un rendimiento variable en función de la carga a la que suministre. En principio, y salvo disponer de informaciones más precisas, puede tomarse como valor medio el 85%.
Los consumos en continua (Gc) son el producto de (100 + Eb)/100 para el conjunto de los equipos de consumo (T1):
Los consumos en corriente alterna (Ga) serán el resultado de la operación siguiente:
El consumo diario total (Gt) de los equipos será:
Evaluación de la radiación solar disponible (Rd)
La energía que capta un panel solar fotovoltaico va a depender tanto de la climatología del lugar como del ángulo de inclinación que el panel posea respecto a los rayos solares.
A continuación se calcula para cada mes la relación de consumos/radiación disponible (P) según:
De las distintas estimaciones de consumos comparadas con la radiación disponible, se tomará el valor mayor, que denominaremos Pmax. El mes de peor radiación, (que nos dará un valor de relación consumos/radiación mayor) es el mes con menor energía (kWh/m²/día).
Tamaño del campo de captación
La potencia de captación (C) del panel elegido, en watios-pico (Wp), es necesaria para calcular el tamaño del campo de captación. A partir de la potencia del panel elegido y del mayor valor de P (Pmax) se calcula el número de paneles (Np) necesario:
El factor 1.1 se aplica para compensar posibles pérdidas debidas a errores en la orientación, la limpieza de los paneles, conexiones, etc. El número de paneles será, entonces, el primer número entero mayor que el Np calculado según la fórmula anterior.
Dimensionado del sistema de acumulación
Para evaluar el tamaño del sistema de acumulación es necesario definir previamente los siguientes factores:
Días de autonomía (D): Corresponden al tiempo que podrá funcionar la instalación sin recibir radiación solar en condiciones adecuadas. Habitualmente, para instalaciones de electrificación rural este factor puede ser de 4 ó 6 días, mientras que para aplicaciones profesionales puede superar los 10.
Profundidad de descarga máxima (M): Corresponde al límite de descarga que puede alcanzar la batería. Para los casos más habituales de electrificación rural, puede tomarse este valor como de un 70 %. Las baterías empleadas en otro tipo de sistemas pueden permitir profundidades de descarga superiores al 90 %.
Tensión de trabajo de la instalación (V): Elegida en función de las características de la instalación, lo más usual son tensiones de 12 ó 24 V en el caso de instalaciones de electrificación rural.
La capacidad de acumulación (Q), en amperios-hora (Ah), se calcula con la siguiente fórmula:
Paneles fotovoltaicos
PANEL FOTOVOLTAICO ORGÁNICO: CELDAS SOLARES DE PLÁSTICO
Estos nuevos materiales son hechos de polímeros conductores y nano-ingeniería de los materiales. Puede ser cubierto o imprimido en una superficie, es hecho en un proceso similar a la película fotográfica.
Un mundo sin cables
En cualquier lugar donde hay luz y una batería, el poder del plástico hace posible para los dispositivos, sistemas y estructuras tener sus propias fuentes arraigadas, baratas del poder renovable. Combinando la generación de energía y el consumo de energía dentro del mismo dispositivo, con las aplicaciones realmente inalámbricas. La flexibilidad la confortabilidad, el rendimiento, el precio y el peso, son algunas de estas características de esta versátil celda solar de plástico; aumentan la vida de la batería sin aumentar o impedir el factor de forma de diseño del producto por los demás. Las fibras fotovoltaicas y los plásticos durables proporcionando capacidad de poder y generación de estructuras que incluyen carpas, toldos, techos, ventanas y capas de ventana.
Está en vías de desarrollo portátil, para la generación de electricidad en edificios para los ejércitos. Los consumos electrónicos como teléfonos celulares y reproductores de música portátiles pueden estar cargados por la luz interna (iluminación) o al aire libre. Productos de la empresa como equipos electrónicos conectado a la red, computadoras portátiles y los asistentes personales digitales pueden ser operados más tiempo sin la necesidad de conectarlos a una pared de salida usual. Las aplicaciones militares incluyen la carga de la batería sobre el campo de batalla, la potencia remota para vehículos sin tripulante y soldados, y sensores de redes de trabajo conectados al poder solar. Esta corriente continua (CC) la energía eléctrica puede ser usada inmediatamente, guardada para su uso posterior o convertida en otra forma de energía. Esta tecnología utiliza el más amplio rango de espectro de luz que las celdas solares convencionales, todas las fuentes de luz visible, no sólo la luz del sol puede ser usado para generar energía.
PANEL FOTOVOLTAICO BP SOLAR SX SERIES
BP Solar's SX su extensión es fundada sobre uno de sus mejores productos establecidos usados mundialmente en miles sobre miles de lugares para un solo y múltiple uso. Las células multi-cristalinas son diseñadas para cargar baterías de 12v en prácticamente cualquier clima para cargas de baja potencia en CC. Suministran una solución redituable para mantener la carga en baterías en lugares remotos para telemetría de baja potencia, telecomunicaciones, señales, las ayudas de navegación, los sensores de seguridad, los instrumentos y también ser ideal como un pequeño cargador de baterías de corriente baja, baterías de ocio en casas rodantes y casas de campo de fiesta.
Paneles SUNWARE Marine
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Paneles SUNWARE Marine 24W, 36W y 70W Los módulos marinos SUNWARE es 24W & 36W son ideales para los botes con bajo y mediano requerimiento de carga de batería, mantienen eficazmente llena la batería mientras ausente y típicamente reemplazar un poco de la energía consumida del bote. El módulo marino 70W es adecuado para la vida abordo y para pasar días feriados abordo, ayudando a mantener el refrigerador y los otros aparatos funcionando. | Compact 69W & 48W Módulos marinos compactos la gama compacta es realmente ahorra espacio y con módulos disponibles con un alto rango de poder son módulos preferidos para la vida abordo. Usan 39 celdas asegurando la mejor proporción posible del poder generado en una superficie. |
PANEL FOTOVOLTAICO SIEMENS 50W
Fuente: Siemens
El arreglo fotovoltaico o módulo es el corazón del sistema fotovoltaico. Durante el ajuste del tamaño de sistema fotovoltaico, se debe conocer la curva característica corriente-voltaje(I-V) para varias irradiancias y temperaturas. Desde las células solares idénticas que son la unidad elemental del arreglo fotovoltaico o del módulo fotovoltaico, la curva característica I-V de una celda solar es suficiente para determinar el rendimiento eléctrico total del arreglo fotovoltaico.
Determinación de partes activas de un módulo
Un Siemmens SM50 PV contiene 36 células solares de silicio conectados en serie, la figura 4.7, muestra la estructura del módulo de SM50 de Siemmens.
Fuente: Elaboración Propia 2010
Figura ?17. Modelo geométrico del módulo Siemmens SM50
Fuente: Elaboración propia 2010
Figura ? 18. a) Curva de I-V de una celda solar para varias iluminaciones (izquierda) y b) Curva de I-V del módulo Siemmens SM50 para varias iluminaciones (derecha).
Tabla ?02. Características físicas del panel fotovoltaico SM50
Características Físicas
PANELES SOLARES DE SILICIO AMORFOS DE 4ta GENERACIÓN A-SI
Después de la estabilización inicial Durante los primeros dos mes del uso al aire libre, el Célula de silicio amorfo será estable por décadas.
Presentación general de 12V y 24V
PANEL FOTOVOLTAICO MULTICRISTALINO DE ALTA EFICIENCIA KC50T
La eficiencia de conversión de la célula solar está en 16%. Estas celdas están encapsuladas entre una pantalla de vidrio moderada y una fuerte hoja trasera que provee protección eficiente de los severas condiciones ambientales. La lámina entera está instalada en un marco de aluminio anodizado para suministrar la fuerza estructural y facilidad en la instalación.
Características eléctricas
Características de corriente y voltaje del módulo fotovoltaico KC50T en varias temperaturas de celda | Características de corriente y voltaje del módulo fotovoltaico KC50T en varios niveles de irradiancia |
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Especificaciones
Especificaciones físicas Unidad: mm(in.)
Avances tecnológicos de los paneles fotovoltaicos
Células Solares de Bajo Costo Imprimibles Como Periódicos o Pintables en Tejados
Pronto será posible producir células solares baratas usando tintas de nanopartículas que permitan su impresión de modo no muy diferente a como se imprimen los periódicos, o que permitan pintarlas en algunos muros de los edificios o en sus tejados. Brian Korgel, ingeniero químico de la Universidad de Texas en Austin, espera bajar el costo a una décima parte del actual, gracias al reemplazo de un proceso estándar de la fabricación de células solares que requiere de altas temperaturas y es relativamente caro. Las tintas podrían imprimirse en un proceso de rollo a rollo sobre un substrato de plástico, o de acero inoxidable. Y la perspectiva de poder pintar con las tintas el tejado o algún muro de un edificio también parece viable. Gracias a sus nanoestructuras, estos "nanomateriales" para la absorción de la luz permiten fabricar con ellos láminas funcionales 10.000 veces más delgadas que un pelo.
Durante los últimos dos años, Korgel y su equipo han estado trabajando en esta estrategia de usar nanomateriales especiales para la fabricación barata de células solares. Korgel está colaborando con los profesores Al Bard y Paul Barbara, ambos del Departamento de Química y Bioquímica, y el profesor Ananth Dodabalapur, del Departamento de Ingeniería Electrónica y Computación.
Usar Energía Solar Para Convertir CO2 en Combustible
Unos químicos han demostrado la viabilidad de aprovechar la luz del Sol para transformar un gas de efecto invernadero en un producto útil. Ya han desarrollado un prototipo del dispositivo que captura energía solar, la convierte en energía eléctrica, y "divide" el dióxido de carbono en monóxido de carbono (CO) y oxígeno. El trabajo ha sido realizado por Clifford Kubiak y Aaron Sathrum, de la Universidad de California en San Diego. Como su dispositivo no está optimizado aún, todavía necesitan suministrarle energía adicional para que el proceso funcione. Sin embargo, esperan que sus resultados atraigan la atención sobre el prometedor método. La tecnología de conversión del monóxido de carbono en combustible líquido ha estado disponible desde mucho tiempo atrás. Fue inventada en Alemania en la década de 1920. Los EE.UU. estuvieron muy interesados en esa tecnología durante la crisis energética de los años 70, pero al terminar la crisis se perdió el interés. Ahora se ha cerrado el círculo porque los crecientes precios del petróleo hacen económicamente competitivo convertir el CO en combustible. Aunque el monóxido de carbono es venenoso, tiene muchos usos. Se emplean muchísimas toneladas de él cada año para fabricar productos químicos de diverso tipo, incluyendo detergentes y plásticos. También puede convertirse en combustible líquido. Al separar el CO2, se genera CO, un importante producto químico industrial que normalmente se produce a partir del gas natural. De manera que separando el CO2 se puede, además de ahorrar combustible, producir un producto químico útil y reducir la presencia de un gas con efecto invernadero.
1. El primer paso es la captura de fotones de energía solar por el semiconductor.
2. El segundo paso es la conversión de energía luminosa en energía eléctrica por el semiconductor.
3. El tercer paso es la aplicación de la energía eléctrica a los catalizadores. Los catalizadores convierten el dióxido de carbono en monóxido de carbono en un lado del dispositivo y en oxígeno en el otro lado.
El ITER construirá un avión solar para labores de investigación y vigilancia
El Instituto Tecnológico y de Energías Renovables de Tenerife (ITER), en colaboración con la Escuela Técnica Superior de Ingenieros aeronáuticos de la Universidad Politécnica de Madrid, realiza el estudio de viabilidad para la construcción de un avión solar de 20 metros de envergadura que volará con células solares fotovoltaicas de concentración.
Solar Impulse, el avión de las 12.000 células FV
El equipo de ingenieros del Solar Impulse HB-SIA han entregado el avión a los encargados de realizar los ensayos y los vuelos de prueba. Bertrand Piccard, André Borschberg y su equipo sacarán por primera vez el prototipo del hangar de construcción y realizarán pruebas en tierra seguidas de los primeros ensayos de vuelo a pocos metros del suelo en el aeródromo de Dübendorf. En el primer vuelo de Solar Impulse ha comenzado a volar. Aún está lejos de su objetivo de dar la vuelta al mundo en un vuelo diurno y nocturno propulsado únicamente con energía solar, pero ya ha conseguido elevarse. A partir de ahora los vuelos cada vez serán más altos y prolongados.
Ikea y Unicef iluminarán con lámparas solares las vidas de los niños y niñas en Pakistán
Desde el pasado uno de junio, por cada lámpara solar Sunnan vendida en cualquiera de las tiendas que Ikea tiene en el mundo, la compañía dona otra igual a un programa de Unicef. El objetivo de este proyecto es que niños y niñas de Pakistán, que viven en campos de refugiados y aldeas sin electricidad, puedan tener luz.
E.On y Schüco construirán una planta de películas delgadas ultra-grandes en Alemania
E.On ha empezado la construcción de una fábrica de paneles solares de 40 MW de películas delgadas ultra-grandes en Alemania. E.On ha adquirido una acción en Malibu, desarrollo y operación de la nueva planta. El equipo estará proporcionado por Applied Materials. La planta, la cual estará localizada en Osterweddingen, producirá paneles ultra-grandes, con 5.7m² (2.2m x 2.6m), con una potencia pico de 460 Wp. Completamene paneles grandes, el costo de fabricación será reducido y la producción nominal duplicada, de acuerdo con Applied Materials.Neo Solar Power y LDK Solar trato cerrado
Neo Solar Power y China-based LDK Solar han coincido en la liquidación de un contrato con duración de 10 años de suministro de la óblea de silicio.Durante la próxima década, Neo Solar recibirá 500 MW de capacidad de óbleas, finalizando en el año 2018. Este es otro gran contratao para LDK Solar, el cual ha estado teniendo noticias excelentes en los últimos meses. Neosolar Power, Que se especializar en investigación, desarrollo y fabricación de alta-eficiencia la celdas solares son capaces por lo tanto de incrementar su capacidad a 210 MWp.
Colectores Electromagnéticos solares "nanoantena" y sus vistas en la corriente del clima para Investigación y desarrollo; Steven Novack, Científico Consultivo en la Idaho National Laboratory: "Yo estimo un periodo de tiempo de 5-10 años ver esta tecnología comercialmente disponible en alguna forma"
Investigadores norteamericanos en el departamento de energía Idaho National Laboratory (INL), también en sociedad con Microcontinuum Inc. y Patrick Pinhero de la Universidad de Missouri, han ideado el camino económico para producir láminas de plástico conteniendo billones de "nanoantennas" que acumula energía calorífica generada por el sol y otros recursos. Esta tecnología es el primer paso hacia un colector de energía infrarroja que se podría producir en masa en materiales flexibles y tiene ya logrado un número de premios nanotech. El nuevo enfoque usa un especial proceso de fabricación de estampillas diminutos bucles de metal dirigido tan amplio como 1/25 del diámetro del cabello humano en una sábana de plástico. Porque de su muy pequeño tamaño, esas "nanoantennae" absorben energía en la parte infrarroja del espectro, justo fuera del alcance de la visibilidad del ojo. El sol irradia mucho de energía infrarroja, algunos de los cuales son reflejados por la tierra y and después emitidos como radiación por horas después de la puesta del sol, por medio del cual la nanoantena puede recibir la energía de ambas luz del sol y la del calor de la tierra, con una más alta eficiencia que las celdas solares convencionales. En contraste, las celdas solares tradicionales sólo usan luz visible, da sus ociosos después del anochecer. La radiación infrarroja es especialmente una fuente rica en energía porque también es generada por los procesos industriales como el carbón-plantas de quema. Las nanoantenas proveen valores más lejanos como tienen el potencial para actuar como dispositivos de enfriamiento esa admisión de calor desperdiciado para construcciones o equipos electrónicos sin usar electricidad. Steven Novack es Científico consultivo en INL y llevó al equipo de investigación incluída INL ingeniero Dale Kotter, W. Dennis Slafer de MicroContinuum, y Patrick Pinhero, responsable de esta exitosa nueva tecnología.
Retorno del sistema voluntario para módulos PV solar introducidos en Europa
Green energy está consiguiendo más verde. Completamente la reciente creada 'Asociación Europea para la recuperación de módulo fotovoltaicos AISBL', Módulos solares defectuosos o usados serán recuperados y reciclados, por lo tanto reducen el impacto de PV solar en todo su ciclo vital. La asociación, pone por Avancis, Conergy, Isofoton, SCHOTT Solar, Solarworld, Sulfurcell Solartechnik, BSW y EPIA, y en pocas palabras PV CYCLE, diseñará una vista panorámica de la colección Europea, recuperación y sistema de reciclaje. Los primeros voluntarios del plan estarán en su lugar el próximo año. Adicionalmente, PV CYCLE trabajará en la creación de una política de control de desechos para asegurar la eficiencia y eficacia en el proceso. Investigar el tema también será ascendido. Esta es una buena noticia para la industria, que ha sido criticada mucho no siendo tan verde como se jacta de serlo, debido al hecho que mucha de la energía es usada en la fabricación de equipo solar. Ahora lifecycle equipo solar empezará definitivamente a ser más respetuoso con el medio ambiente. Por supuesto, y para conseguir un impacto más grande, todas las compañías solares están invitadas a asociarse.
Clorotron: Llega a España el primer filtro para limpiar piscinas con energía solar
Clorotron (que así se llama este filtro solar) se define como "purificador de agua portátil, que combina la generación de fuerza eléctrica solar con un proceso llamado ionización para eliminar algas, hongos y bacterias de la piscina". El proceso que ejecuta este purificador fue desarrollado por primera vez por la NASA, que lo utilizó a bordo de la nave espacial Apollo en su viaje a la Luna, con el fin de mantener pura el agua potable. Desarrollado por la NASA, Clorotron produce la "ionización del agua, evitando la formación de algas, hongos y bacterias" y ahorra así "la utilización de cloro y de alguicidas". Con este purificador ecológico"se introducen en el agua entidades atómicas de minerales específicos, lo que provoca que los microorganismos no puedan sobrevivir", mientras que "estos iones son completamente seguros y no resultan tóxicos para el bañista". Mientras Clorotron está flotando en el agua, la placa solar convierte la luz del sol en electricidad. Esta corriente eléctrica de baja tensión, que es completamente inofensiva para el usuario, suministra energía a un electrodo metálico de una aleación especial que se encuentra por debajo de la línea de flotación. Esto provoca la descarga de iones minerales en el agua circundante. El agua ionizada controla de forma eficaz el crecimiento de microorganismos en una piscina. Además de no existir ningún riesgo de que produzca un choque eléctrico: nadar en una piscina mientras la unidad se encuentra activa en el agua es completamente inocuo". Según sus desarrolladores, "a diferencia del cloro, las condiciones en veranos muy calurosos no degradan la acción de los iones: al contrario, cuanto más calor hace, mejor funciona". Este sistema (cuyo precio es 385 euros) puede ser empleado tanto para piletas domésticas, como para piscinas comunitarias o grandes instalaciones acuáticas.
Por primera vez en la historia dos coches solares circulan en el circuito de Montmeló
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