3/20/2009

16. Electrificación solar individual

Autor: Jorge Elías
A. Proyecto: Electrificación solar individual

B. Fundamentación: Toda la vida en la Tierra depende de la energía solar. Para su aprovechamiento se han construido los paneles solares, que transforma la energía del sol y la convierte a la energía. La instalación fotovoltaica es simple, se compone de un panel solar que convierte la luz en electricidad, una batería que almacena la energía recogidos, y una central unidad que protege la batería contra descargas profundas. Así, obtenemos energia gratuita permanente para el alumbrado, cocina, agua caliente y calefacción.

Los sistemas de electrificación solar individuales o independientes tienen las ventajas de todos sistemas solares:
- No necesitan combustibles, ni mayor mantenimiento
- Se ahorra los costos de los cables de distribución y la conexión a la red pública
- Pueden ser móviles
- Pueden funcionar en sitios remotos o inaccesibles.
- No hay producción de gases tóxicos
- No hay peligro de incendios
- Se dispone de una luz de mejor calidad
- Se garantiza la continuidad del suministro de energía
- No contamina el medio ambiente al descartar las pilas secas agotadas (son venenosas)
- En caso de usar baterías de automovil pueden ser recargadas en un pueblo
- Estan generalmente dedicados a cumplir un conjunto de fines de un solo usuario en sitios remotos, esto puede ser la electricidad para la casa de una familia, un equipo, una empresa, etc..

Sin embargo el costo de la inversión inicial para el aprovechamiento de energías renovables es alto, pero calculando el tiempo de funcionamiento, costo de distribución y mantenimiento, más el costo del combustible fosil llegamos al mismo costo a largo plazo. Si dimensionamos bién las instalaciones y aprovechando del financiamiento público, se puede tener la energía renovable más barata que la convencional, dada la duración de los paneles solares fotovoltaicos que funcionan hasta 20-30 años

En Europa, muchas casas ya están equipadas con sistemas solares de conexión "T", alimentando a la red pública durante el día, cobrando la mitad del precio de energía. Por la noche reciben la energía pública "normal" pagando. El propietario gana dos veces, produce su propia energía y cobra por ella. Además tiene un sistema completamente libre de mantenimiento, porque no tiene baterías. Estos sistemas tranquilamente tienen una vida útil mayor de 20 años. El Estado y las empresas eléctricas ganan también, no tienen que invertir en nuevas centrales de generación, en el aumento de las líneas de distribución, en las pérdidas de distribución energética. Finalmente todos ganan: no gastando energías no renovables.

C. Objetivos generales:
- Disminuir la necesidad de construcción de nuevas centrales electricas geotérmicas - Generar electricidad libre de emisión de carbono con un medio ambiente más limpio
- Proporcionar energía barata.
- Permitir la alimentación de la red pública.
- Construir generadores autorregulados.
- Completar el sistema de provisión de energía Eólico-Fotovoltaico (Ver Energía eólica)
- Proporcionar energía eléctrica a zonas no conectadas a un sistema de provisión de electricidad
- Desarrollar emprendimientos técnicos basados en el empleo de la energía solar

D. Lugar de Fabricación: Empleo de la industria privada local (Ej: Siemens, Shell Solar, etc)

E. Recursos necesarios:
- Diagnostico sobre el uso eficiente de la energía en su hogar
- Crédito financiado estatal para la adquisición e instalación de equipos fotovoltaicos
- Desarrollo y fabricación autóctona de paneles solares, placas electrovoltaicas y equipamiento eléctrico.
- Equipos de instalación técnica
- Ley sobre venta individual de energía eléctrica a la Red eléctrica Nacional interconectada

F. Características generales: Para producir electricidad solar, es necesario contar con un panel solar compuesto por una o más celdas solares. Cuando la luz del sol cae sobre una celda solar, el material de la misma absorbe algunas de las partículas de luz, denominadas fotones. Cada fotón contiene una pequeña cantidad de energía. Cuando un fotón es absorbido, se da inicio a un proceso de liberación de un electrón en el material de la celda solar. Dado que ambos lados de una celda solar están eléctricamente conectados por un cable, una corriente fluirá en el momento en que el fotón es absorbido. La celda solar genera, entonces, electricidad, que puede ser utilizada inmediatamente o almacenada en una batería.


Mientras las celdas solares permanecen expuestas a la luz, este proceso de liberación de electrones continua y, por ende, el proceso de generación de electricidad. Los materiales capaces de generar este efecto fotovoltaico son los denominados semiconductores. En un proceso de producción especial, las celdas solares son fabricadas de estos materiales semiconductores.
Un panel solar puede producir energía limpia por un periodo de 20 años o más. El desgaste se debe, principalmente, a la exposición al medio ambiente. Un panel solar montado apropiadamente constituirá una fuente de energía limpia, silenciosa y confiable por muchos años.
El sol emite constantemente enormes cantidades de energía; una fracción de ésta alcanza la tierra. La cantidad de energía solar que recibimos en un solo día resulta más que suficiente para cubrir la demanda mundial de todo un año. Sin embargo, no toda la energía proveniente del sol puede ser utilizada de manera efectiva. Parte de la luz solar es absorbida en la atmósfera terrestre o, reflejada nuevamente al espacio.

La intensidad de la luz solar que alcanza nuestro planeta varía según el momento del día y del año, el lugar y las condiciones climáticas. La energía total registrada sobre una base diaria o anual se denomina 'radiación' e indica la intensidad de dicha luz. La radiación se expresa en Wh/m² por día o, también, en kWh/m² por día. Con el fin de simplificar los cálculos realizados en base a la información sobre radiación, la energía solar se expresa en equivalentes a horas de luz solar plena. La luz solar plena registra una potencia de unos 1,000 W/m²; por lo tanto, una hora de luz solar plena equivale a 1 kWh/m² de energía. Ésta es, aproximadamente, la cantidad de energía solar registrada durante un día soleado de verano, con cielo despejado, en una superficie de un metro cuadrado, colocada en perpendicular al sol. La radiación varía según el momento del día.

Sin embargo, también puede variar considerablemente de un lugar a otro, especialmente en regiones montañosas. La radiación fluctúa entre un promedio de 1,000 kWh/m² al año, en los países del norte de Europa (tales como Alemania), y 2,000 a 2,500 kWh/m² al año, en las zonas desérticas. Estas variaciones se deben a las condiciones climáticas y a la diferencia con respecto a la posición relativa del sol en el cielo (elevación solar), la cual depende de la latitud de cada lugar (orientación y ángulo de inclinación).

La luz solar viaja en línea recta desde el sol hasta la tierra. Al penetrar la atmósfera terrestre, una parte se dispersa y otra cae sobre la superficie en línea recta. Finalmente, una última parte es absorbida por la atmósfera. La luz solar dispersa se denomina radiación difusa o luz difusa. La luz del sol que cae sobre la superficie sin dispersarse ni ser absorbida, es, por supuesto, radiación directa. Como todos habrán constatado gracias a los baños de sol y al trabajo al aire libre, la radiación directa es la más intensa.

Un panel solar genera electricidad incluso en ausencia de luz solar directa. Por ende, un sistema solar generará energía aun con cielo nublado. Sin embargo, las condiciones óptimas de operación implican: la presencia de luz solar plena y un panel orientado lo mejor posible hacia el sol, con el fin de aprovechar al máximo la luz solar directa. En el Hemisferio Norte, el panel deberá orientarse hacia el sur y en el Hemisferio Sur, hacia el norte. Por lo tanto, en la práctica, los paneles solares deberán ser colocados en ángulo con el plano horizontal (inclinados). Cerca del ecuador, el panel solar deberá colocarse ligeramente inclinado (casi horizontal) para permitir que la lluvia limpie el polvo. Una pequeña desviación en la orientación no influye significativamente en la generación de electricidad, ya que durante el día el sol se translada en el cielo de este a oeste
Son de suma importancia lograr la construcción nacional de generadores autorregulados. El empleo de este tipo de generadores es aconsejable cuando el consumo de energía es diario o con interrupciones no mayores de dos días. Su principal ventaja es su extraordinaria sencillez y su bajo costo ya que el módulo fotovoltaico va conectado directamente a la batería. En estos equipos se utilizan módulos formados por 32, 33 ó 34 celdas fotovoltaicas Kyocera de silicio policristalino de alto rendimiento, conectadas en serie.

Con este número de celdas se limita el voltaje operativo del generado a valores del orden de 15.0 voltios con lo que se autorregula la generación de corriente, dependiendo del estado de carga de las baterías. Al aproximarse el voltaje de la batería a su estado de carga máxima disminuye la intensidad de corriente que entrega el generador y de esta forma se evita la sobrecarga de las mismas.
Hay dos sistemas de electrificación:
- el sistema de Corriente Continua DC: Funciona directamente con la tensión de las baterías hay diferentes tensiones estandares: 6, 12, 24, 36 y 48 Voltios DC.
- el sistema de Corriente Alterna AC: Funciona con un inversor DC -AC que genera la corriente alterna (a base de las baterías) hay diferentes tensiones estandares: 110 y 220 Voltios AC.

Estos requieren el siguiente equipo básico:
-1 panel solar fotovoltaico de 110/220 W
-1 batería estacionaria de 12 V 100 Ah
-1 regulador (protector de la batería) de 12 V 10 A
-1 inversor APS de 300 W 110/220 V AC (El APS transforma la corriente continua en alterna, se puede conectar los equipos normales de 110/220 V AC)
-Conexión en "T" (intercambiador direccional de energia)
-Instalación técnica


Datos utiles: http://www.torresolar.com/

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