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Otras Tecnologías Fotovoltaicas

Definición e Historia

La Energía Solar Fotovoltaica es una tecnología que permite generar corriente eléctrica continua (CC) por medio del uso de elementos semiconductores cuando éstos son iluminados por un haz de fotones provenientes del sol.

En las aplicaciones fotovoltaicas las células solares, que son los elementos semiconductores, se interconectan y encapsulan en los llamados módulos fotovoltaicos con el objetivo de dotar a las células de mayor durabilidad, resistencia y aislamiento. De esta manera su funcionalidad queda garantizada durante largo tiempo, normalmente entre 20 y 25 años, con producciones superiores al 85% de la potencia nominal inicial. La corriente generada suele, por lo general, transformarse en corriente alterna (CA), más útil, mediante un dispositivo electrónico llamado inversor u ondulador.

El inversor, las baterías, en caso de que se necesite almacenamiento, las estructuras sobre las que se montan y orientan los módulos al sol (fijas, conseguimiento de un eje, con doble eje de seguimiento) así como otros elementos necesarios para construir el sistema completo en la planta (cableado, protecciones, transformadores, etc.) se denominan por lo general “Balance of System” (BOS), que significa, sencillamente, “resto de sistema”.

Planta Fotovoltaica de paneles de Si Policristalino instalados sobre sobre estructuras soporte sin seguimiento. Fuente: Instituto de Energía Solar.

Planta Fotovoltaica de paneles de Si Policristalino instalados sobre sobre estructuras soporte sin seguimiento. Fuente: Instituto de Energía Solar.

A nivel histórico, cabe mencionar que el efecto fotovoltaico fue ya descubierto en el año 1839 por Becqueler, aunque no fue hasta el año 1954 cuando se desarrolló la primera célula de silicio en USA (concretamente en los laboratorios Bell, USA). No obstante, es a partir de los años 60 cuando se empieza a desarrollar la teoría fundamental de la célula solar en todos los aspectos más relevantes conocidos hasta ahora y que caracterizan cada una de las tecnologías solares existentes hoy en día, como son: materiales, espectro de radiación, termodinámica y eficiencia.

Tecnologías Solares Fotovoltaicas: tipologías

Dependiendo principalmente de la tipología de célula seleccionada podemos clasificar las tecnologías fotovoltaicas en distintos subgrupos, cuyas características también inferirán en mayor o menor medida tanto en la configuración del BOS.
Sin entrar en profundidad de detalles, las tecnologías comercialmente disponibles en la actualidad y nombradas en orden decreciente por el número de MW instalados a nivel mundial hoy, son:

Sicilio – monocristalino y policristalino

Barra de Silicio Monocristalino previo corte

SI Monocristalino previo corte

Representan prácticamente el 90% de las instalaciones fotovoltaicas existentes a nivel mundial en la actualidad. Se caracterizan por ser de fácil instalación aunque los ratios la eficiencia de los paneles no superan niveles del 20%. A nivel de BOS pueden ser instalados tanto en estructuras fijas como de seguimiento. En la actualidad su uso es muy extendido pero la gran superficie de células necesaria por metro cuadrado de instalación junto con la necesidad de utilizar muchos otros materiales auxiliares para la producción del módulo hace que su potencial reducción de costes sea limitada.

Thin Film

Se basan principalmente en el uso de células de Si amorfo, teluro de cadmio, CIGS (células flexibles) y otros similares. Normalmente se caracterizan alcanzar eficiencias bajas, entorno al 10%, lo que penaliza mucho su uso en zonas de media y alta irradiación pero lo favorece en zonas con niveles de irradiancia bajas. Por lo general el área necesaria para su la instalaciones alta. Aunque su coste de fabricación es bajo, uno de los mayores inconvenientes que presentan la inversión inicial necesaria en las plantas de producción sea la más elevada de todas.

Concentración fotovoltaica (CPV)

Normalmente basada en el uso de células multiunión, es la tecnología fotovoltaica más novedosa y de más reciente aplicación comercial a nivel terrestre (ya venía siendo utilizada por la industria aeroespacial). Por lo general se ayuda de dispositivos ópticos para concentrar la luz y reducir por tanto el alto coste de las células multiunión; lo que a nivel BOS obliga a su vez al uso de sistemas de seguimiento de doble eje.  Sus elevados rendimientos (los paneles alcanzan eficiencias superiores al 30% hoy en día pero se cree que puedan llegar a niveles próximos al 40-50%) la hacen ideal para la generación de electricidad en grandes plantas situadas en zonas de gran radiación solar presentando a su vez la tecnología con mayor potencialidad de reducción de costes.

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Instalación de planta fotovoltaica con módulos CPV y seguidores de doble eje tipo monoposte. Fuente: ISFOC.

Instalación de planta fotovoltaica con módulos CPV y seguidores de doble eje tipo monoposte.
Fuente: ISFOC.

Desde los orígenes, todos los esfuerzos se han ido enfocando en conseguir células de mayores eficiencias de conversión (diferencia entre energía incidente del sol y energía generada por el dispositivo) de manera que los módulos alcanzasen las mayores potencias con los menores costes de fabricación posibles. Así pues, desde un punto de vista más comercial, los módulos se califican por lo general no sólo por la eficiencia de conversión sino también por la relación €/Wp, siendo el vatio pico (Wp) la potencia que proporciona un módulo a una carga perfectamente adaptada cuando una luz incidente de 1 kW/m² y un espectro determinado caen sobre él mientras las células se mantienen a 25ºC.

Una vez instalados los paneles, el parámetro más importante a nivel planta es la producción de energía en términos de Kw/h/m², que no indica otra cosa que el nivel de electricidad producido por hora y que con independencia de la tecnología y configuración del BOS del sistema, dependerá también de la cantidad de recurso solar disponible en cada localización.