La energía solar tal vez sea la más conocida de todos los tipos de energías renovables, y una de las que primero viene a nuestra mente cuando oímos el término de “energías renovables” o “energía limpia”, esto se debe principalmente a que su fuente o recurso principal es el Sol.

La energía emitida por el Sol nos llega del espacio, a través de una forma de propagación similar a la de la luz. Esta energía establece los ciclos naturales como el del agua y el carbono, dando a lugar de manera indirecta al resto de formas de energías renovables que conocemos, y esto es de esperarse, debido que toda la actividad atmosférica tiene como fuente energética al Sol.

Al llegar a la superficie terrestre la radiación solar debe atravesar la atmósfera, donde experimenta diversos fenómenos de reflexión, absorción y difusión que disminuyen el valor de la irradiación en un 25%. Aun así, un área de aproximadamente el tamaño del desierto del Sahara, sería suficiente para producir a través de paneles fotovoltaicos la cantidad de energía que todo el planeta necesita.

Su principal elemento es el ampliamente conocido panel fotovoltaico o panel solar, el cual basa su funcionamiento en la interacción física entre los fotones de la radiación solar incidente y las propiedades del material semiconductor con el cual se fabrican los paneles.

No obstante, a pesar que la radiación solar es una sola, existen dos conjuntos de procedimientos para convertir la energía solar en eléctrica, uno de ellos es la energía solar fotovoltaica y el otro la energía termosolar o solar térmica, la cual explica a detalle en el siguiente artículo.

 

TIPOS DE APLICACIONES

La energía solar fotovoltaica, puede ser aprovechada dentro de un amplio abanico de aplicaciones, existiendo 02 tipos principales de instalaciones: por un lado, aquellos sistemas que buscan satisfacer las necesidades de un usuario aislado de la red eléctrica convencional (sistemas Off-grid) y por otro lado aquellos sistemas conectados con la red eléctrica (sistemas On-grid).

 

 

Sistemas fotovoltaicos autónomos (Off-grid)

Este tipo de sistemas contribuye al desarrollo de zonas rurales aisladas (electrificación rural) pero también se utiliza en aplicaciones tecnológicamente más complejas como:

  • Suministro energético a antenas repetidoras de telefonía móvil.
  • istemas de bombeo fotovoltaico.
  • Iluminación distribuida o iluminación LED-solar.
  • Suministro energético de sistemas de protección catódica para oleoductos, gaseoductos, pozos petroleros off-shore, puentes, entre otros sistemas que se encuentren aislados de una red eléctrica en baja tensión.

 Estos sistemas se encuentran conformados por:

  • Paneles fotovoltaicos.
  • Controlador de carga.
  • Baterías de ciclo profundo.
  • Inversor**
  • Generador auxiliar**
  • Protecciones

 ** En algunas aplicaciones no son necesarios.

 

Esquema de conexionado de un Sistema Off-grid (Fuente: http://www.aurorapower.net)

Esquema de conexionado de un sistema aislado (Fuente: www.aurorapower.net

La mayoría de estas aplicaciones requiere de un sistema de almacenamiento energético, o de acumulación mediante baterías para aquellas aplicaciones en la cual el consumo energético se produce independientemente de la radiación solar, como por ejemplo en los sistemas de iluminación distribuida.

Cabe indicar que en el caso de los sistemas de bombeo fotovoltaico, no es recomendable utilizar un sistema de almacenamiento energético con baterías, por múltiples razones como las siguientes:

 

  • La energía puede ser almacenada en forma de energía potencial a través de un reservorio o tanque elevado.
  • La corriente de inserción de los motores eléctricos produce caídas de tensión y pérdidas de aislamiento considerables que disminuyen abruptamente la vida útil de las baterías.
  • El costo de suministro e instalación del banco de baterías puede incrementar entre 50 y 100% el costo inicial del proyecto.
  • El costo de reemplazo y mantenimiento de las baterías volverían inviable, desde el punto de vista económico este tipo de solución.

El regulador de carga es el responsable de proteger la batería contra sobrecargas o descargas excesivas que podrían resultar dañinas y acortar su vida útil.

En el caso de instalaciones de bajo consumo como: viviendas rurales, iluminación solar o protección catódica, solo se requiere de corriente continua, la cual obtenemos de las baterías. Pero en el caso de aquellas instalaciones que demandan el uso de corriente alterna (este tipo de corriente es la que recibimos de la red en nuestras casas y con la que funcionan la mayoría de nuestros electrodomésticos), surge la necesidad de instalar un inversor, su principal función es convertir la corriente continua de las baterías en corriente alterna, con el mínimo de pérdidas.

Sistemas fotovoltaicos conectados a red (On-grid)

A pesar que la tecnología y equipos utilizados son los mismos, estos sistemas presentan características muy diferentes a los de tipo aislado o autónomo. En primer lugar, no es necesario contar con un sistema de almacenamiento energético, dado que se tiene a la red eléctrica de respaldo. 

 

Esquema de conexionado de un Sistema On-Grid (Fuente: http://www.aurorapower.net)

Esquema de conexionado de un sistema conectado a red (Fuente: www.aurorapower.net

Dependiendo de la normativa y legislación vigente en el país o lugar donde van a ser instalados y el tamaño o potencia del sistema, podemos encontrar desde sistemas sin inyección a red hasta centrales o parques fotovoltaicos.

1)    Sistemas sin inyección a red. - Este tipo de configuración utiliza la red eléctrica como sistema de respaldo, en reemplazo de un banco de baterías o sistema de almacenamiento, pero no inyecta los excedentes de energía a la red eléctrica, por diversos factores técnicos o legislativos. Por ejemplo, en España existe el conocido impuesto al sol, donde el usuario tiene que pagar a la distribuidora por inyectar energía a su red.

Este tipo de configuración requiere de un sistema anti-reflujo que monitorée constantemente el consumo energético de las cargas y la producción del sistema fotovoltaico para evitar la inyección de excedentes a la red eléctrica.

Estos sistemas son menos eficientes debido que no aprovechan el máximo de energía solar disponible, lo cual conlleva en la mayoría de los casos a sub-dimensionar el sistema para reducir porcentaje de energía excedente no utilizada.

 

2)    Sistemas con Net Metering. - Esta es tal vez la configuración más óptima para sistemas de autoconsumo de baja y mediana potencia porque permite inyectar toda la energía a la red de distribución la cual es contabilizada por un medidor de energía bidireccional.

El medidor cuantifica la energía requerida por el consumidor y la energía producida por el sistema fotovoltaico que ha sido inyectada a la red, facturándose solo la diferencia de ambas lecturas bajo un precio acordado o utilizándose la diferencia a favor, para aquellos meses o periodos de baja producción. En este caso el consumidor pasa a ser un Prosumer, dado que es productor y consumidor de energía al mismo tiempo.

Esta configuración es utilizada en aquellos países que han implementado un plan eficiente de inserción y promoción de las energías renovables en todos los niveles, no solo enfocándose en el ámbito rural o en las grandes plantas generadoras. Entre los países en los cuales existe un marco legislativo favorable para este tipo de configuraciones se encuentran: Australia, Estados Unidos, Canadá, México, Japón, Alemania, Holanda, Dinamarca, Italia, Portugal, Grecia y recientemente Chile, Panamá, Costa Rica, entre algunos otros.

 

3)    Centrales fotovoltaicas. - En esta clasificación se encuentran los sistemas fotovoltaicos de gran potencia, en la mayoría de los casos con una potencia instalada en el orden de los MW. El precio de la energía producida depende de la legislación bajo la cual ha sido acogida. En algunos casos la venta puede realizarse en el mercado spot, no es muy frecuente dado que en este mercado ingresan a competir directamente con centrales convencionales, cuyos costos operativos o de amortización son menores.

En la mayoría de casos, la venta de energía se acoge a un plan de incentivos promovido por el Gobierno del país local, que otorga una serie de beneficios al promotor como: el ingreso o compra preferente de toda la energía producida, el pago de una tarifa o tasa especial fija, la exoneración de algunos tipos de impuestos, etc. Estas ventajas o incentivos reducen el nivel de incertidumbre o riesgo de sus inversiones que en la mayoría de los casos rondan las decenas o cientos de millones dólares.

Existe casos particulares donde este tipo de centrales son construidas para el suministro energético de grandes clientes, como: fábricas, compañías mineras, plantas de desalinización, entre otras. Su característica principal es que su curva de carga o demanda debe adaptarse a la curva de producción de la central fotovoltaica. En caso particulares estos sistemas son hibridizados a través de sistemas de generación diésel, gas natural, eólico, etc. Cuya finalidad es maximizar las horas de producción energética.

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