Paneles Solares

Los módulos fotovoltaicos o colectores solares fotovoltaicos (llamados a veces paneles solares, aunque esta denominación abarca otros dispositivos) están formados por un conjunto de celdas (células fotovoltaicas) que producen electricidad a partir de la luz que incide sobre ellos. La potencia máxima que puede suministrar un módulo se denomina potencia pico.

Clasificación
Las placas fotovoltaicas se dividen en:
Monocristalinas: se componen de secciones de un único cristal de silicio (reconocibles por su forma circular o hexagonal).
Policristalinas: cuando están formadas por pequeñas partículas cristalizadas.
Amorfas: cuando el silicio no se ha cristalizado.
Su efectividad es mayor cuanto mayor son los cristales, pero también su peso, grosor y coste. El rendimiento de las primeras puede alcanzar el 20% mientras que el de las últimas puede no llegar al 1%, sin embargo su coste y peso es muy inferior.
Principio de funcionamiento

Esquema eléctrico.
Los módulos fotovoltaicos funcionan por el efecto fotoeléctrico. Cada célula fotovoltaica está compuesta de dos delgadas láminas de silicio (u obleas), P y N, separadas por un semiconductor. Los fotones procedentes de la fuente luminosa inciden sobre la superficie de la capa P, y al interaccionar con el material liberan electrones de los átomos de silicio los cuales, en movimiento, atraviesan la capa de semiconductor, pero no pueden volver. La capa N adquiere una diferencia de potencial respecto a la P. Si se conectan unos conductores eléctricos a ambas capas y estos, a su vez, se unen a un dispositivo o elemento eléctrico consumidor de energía, se iniciará una corriente eléctrica continua (los electrones se mueven siempre en el mismo sentido y de los potenciales más bajos a los más altos.

Las celdas se producen tanto de forma circular como rectangular, de un tamaño aproximado de entre 5 a 10 cm de diagonal. En un módulo policristalino típico, la mayor parte del material es silicio dopado con boro para darle una polaridad positiva (material P). Una capa delgada en el frente del módulo es dopada con fósforo para darle una polaridad negativa (material N). A la interfase entre las dos capas se le llama unión.

Como ya se ha comentado, este tipo de paneles producen electricidad en corriente continua y aunque su efectividad depende tanto de su orientación hacia el sol como de su inclinación con respecto a la horizontal, se tiende a las instalaciones fijas, por ahorros en mantenimiento y con una inclinación al sur fija que depende de la latitud. Por su potencia, la luz solar es la más efectiva, pero las células solares funcionan con cualquier tipo, como puede observarse en las calculadoras de bolsillo, que también funcionan en interiores con luz artificial.

Potencia y costos
Grupos mayores pueden generar electricidad a poblaciones en áreas aisladas si tienen buena iluminación.
En un día soleado, el Sol irradia alrededor de 1 kW/m2 en la superficie de la Tierra. Los paneles fotovoltaicos actuales tienen una eficiencia promedio del 12%. Esto resultaría en la producción de aproximadamente 120 W/m2. Sin embargo, no todos los días son soleados, por lo que el aprovechamiento efectivo es menor.
Por otra parte, se están produciendo grandes avances en la tecnología fotovoltaica, y ya existen paneles experimentales con rendimientos superiores al 40%[1].

A latitudes medias y septentrionales, tomando en cuenta el ciclo diurno y las condiciones atmosféricas, en promedio, llegan a la superficie terrestre 100 W/m2 en invierno y 250 W/m2 en verano. Con una eficiencia de conversión de aproximadamente 12%, se puede esperar obtener entre 12 y 30 vatios por metro cuadrado de celda fotovoltaica.

Respectivamente, con los actuales 0,08 $/kWh (USD), un metro cuadrado generará hasta 0,06 $/día, y un km² generará hasta 30 MW, o 50.000 $/km2/día. Para comparar, el Sahara despoblado se extiende por 9 millones de km2, con menos nubes y un mejor ángulo solar, pudiendo generar hasta 50 MW/km2, o 450 TW (Teravatio) en total. El consumo de energía actual de la población terrestre está cercano a 12-13 TW en cualquier momento dado (incluyendo derivados del petróleo, carbón, energía nuclear e hidroeléctrica).
El verdadero problema con los paneles fotovoltaicos es el coste de la inversión, como se puede ver en el artículo sobre la ganancia neta de energía, requiriendo hasta más de 7 años para recuperar el coste inicial y generar ganancias, de una vida útil de 40 años o más.

Fabricación
Generalmente se elaboran de silicio, el elemento que es el principal componente de la sílice, el material de la arena.
Actualmente, la producción mundial de células fotovoltaicas se concentra en Japón (48%), Europa (27%) y EEUU (11%). El consumo de silicio en 2004 destinado a aplicaciones fotovoltaicas ascendió a 13.000 toneladas.

Usos de las celdas fotovoltaicas solares
Deben su aparición a la industria aeroespacial, y se han convertido en el medio más fiable, de suministrar energía eléctrica a un satélite o a una sonda en las órbitas interiores del Sistema Solar. Esto es gracias a la mayor irradiación solar, sin el impedimento de la atmósfera, y a su bajo peso.
En tierra, son la fuente solar más popular en instalaciones pequeñas o en edificios, frente al método de campos de espejos helioestatos empleados en las grandes centrales solares.
Junto con una pila auxiliar, se usa habitualmente en ciertas aplicaciones de poco consumo como boyas o aparatos en territorios remotos, o simplemente cuando la conexión a una central de energía sería impracticable. Su utilización a gran escala se ve restringida por su alto coste, tanto de compra como de instalación. Hasta ahora, los paneles fotovoltaicos ocupan una pequeña porción de la producción mundial de energía.

Experimentalmente han sido usados para dar energía a automóviles, por ejemplo en el World solar challenge a través de Australia. Muchos yates y vehículos terrestres los usan para cargar sus baterías lejos de la red eléctrica. Programas de incentivo a gran escala, ofreciendo recompensas financieras como la posibilidad de vender el exceso de electricidad a la red pública, han acelerado en gran medida el avance de las instalaciones de celdas fotovoltaicas solares en España, Alemania, Japón, Estados Unidos y otros países.

No obstante estos incentivos, los costos iniciales asociados a los paneles solares actualmente retrasan el tiempo de recuperación de capital inicial hasta a dos décadas en lugar de años en aplicaciones donde está fácilmente disponible la red eléctrica convencional. A medida que suben los precios de los combustibles fósiles, la experiencia en producción y las economías de escala hacen bajar los precios, y los avances tecnológicos aumentan la eficiencia de las celdas solares, aunque esto podría no pasar en un futuro relativamente cercano. Muchas instalaciones de hoy están motivadas por incentivos de impuestos y conciencia ambiental lo que ha generado críticas desde grupos favorables a un mercado libre de generación eléctrica

Manejo de residuos
La separación residuos facilita su tratamiento posterior y es usual separar vidrio, metal, plástico y orgánico.
La arquitectura sustentable se centra en el uso y tratamiento de los residuos en el sitio, incorporando cosas tales como sistemas de tratamiento de aguas grises mediante filtros y estabilización biológica con juncos y otras variedades vegetales acuáticas. Estos métodos, cuando están combinados con la producción de compost a partir de basura orgánica, la separación de la basura, pueden ayudar a reducir al mínimo la producción de desechos en una casa.

Por iiarquitectos