Cambio climaticoEficiencia Energética

Celdas solares, el alcance urbano y rural

Dentro de tres años, la generación de energía solar se incrementará considerablemente, lo que permitirá una mejora en el abastecimiento energético para todos los puntos de la nación.

Por Myriam Sánchez.

400% crecería la generación mundial de energía solar para 2016.

A causa de la preocupación actual sobre cuestiones del medioambiente, calentamiento global y efecto invernadero, las energías renovables han tomado una fuerza indiscutible en el interés de la sociedad, sobre todo entre especialistas que buscan disminuir los efectos negativos al planeta.

Una de las energías renovables más utilizadas por ingenieros es la que proviene del Sol, por considerarse una energía prácticamente inagotable y muy accesible.

Los dispositivos encargados de recopilar y transformar la energía del Sol son las famosas celdas, con las cuales se forman los paneles solares. Estas células fotovoltaicas convierten la energía en electricidad sin necesidad de recurrir a recursos contaminantes, como los hidrocarburos; a este proceso se le llama efecto fotovoltaico.

Su disponibilidad data de mediados de la década de 1950; sin embargo, el efecto fotovoltaico fue descubierto en 1839, cuando Alexandre-Edmond Becquerel, científico francés, halló el modo de transformar la energía luminosa en energía eléctrica. Algunos años después, en 1884, Charles Fritts fabricó la primera celda solar con selenio recubierto de material semiconductor y una capa delgada de oro.

A pesar de que el proceso más común para este fin es el efecto fotovoltaico, de acuerdo con la licenciada Daniela Fernández, de Powerstein, existen dos formas de convertir la energía solar en electricidad:

  • Directamente, a través del efecto fotovoltaico, la luz visible o ultravioleta se convierte en electricidad
  • Indirectamente, por medio de la conversión de energía solar a calor o a energía química, para después transformarla en eléctrica

Las celdas solares se fabrican a partir de un material semiconductor, como el silicio, en planchas (wafers) monocristalinas, policristalinas o láminas delgadas (amorfas).

La células fotovoltaicas reciben la energía luminosa del Sol (fotones), que se transforma en cargas positivas y negativas en el dispositivo semiconductor de dos capas, lo que produce un campo eléctrico (electrones libres) capaz de generar y conducir una corriente a través de un circuito externo.

Tipos de celdas solares
MONOCRISTALINAS POLICRISTALINAS AMORFAS
– Una sola pieza de cristal
– Barras largas y cilíndricas
– El más alto nivel de eficiencia
– Color azul oscuro
– Costosas
– Compuesta por múltiples cristales de gran pureza
– Cuadradas
– Alto nivel de eficiencia
– Color azul intenso
– Más baratas que las monocristalinas
– Compuesta por una película delgada de silicio sobre una hoja de acero
– Bajo nivel de eficiencia
– Utilizadas en pequeños paneles solares, como calculadoras o relojes
– Bajo costo
Efecto fotovoltaico en una célula solar

Fuente: Ing. David Soto Pacheco, de Poder Solar

Acceso a la electricidad
La población de las ciudades tiene mínimos inconvenientes para acceder a la electricidad; lo importante en este caso, es convertir ese consumo en sostenible y ecológico, con lo cual se contribuye a mantener la calidad del entorno natural. El plus sería la relación que este tipo de generación de electricidad tiene con el rubro económico, es decir, la posibilidad de reducir el gasto en los recibos de luz.

En cambio, para las comunidades que habitan en zonas rurales, el acceso es complicado por lo que los paneles solares representan una alternativa innovadora, pues más del 40 por ciento de la población mundial está limitada.

Además contar con sistemas solares es sencillo, pues se puede poseer un equipo de este tipo sin la necesidad de estar conectado al sistema eléctrico nacional. Esta situación resulta conveniente, pues el consumo que se demande se generará a través de la luz solar, energía renovable, presente con mucha mayor constancia en estos lugares.

Asimismo, se pueden crear consultorios médicos, hospitales y escuelas con iluminación, computadoras, equipos médicos o refrigeradores, que mejoren la calidad de vida de los habitantes. Es sólo cuestión de que estos proyectos se lleven a cabo por medio de iniciativas gubernamentales o filantrópicas.

Al instalar celdas solares se puede tener la idea errónea de que es igual para un inmueble urbano que para uno rural, pues cada uno cuenta con particularidades, lo que lleva a que cada sistema sea diferente.

Sistema solar urbano
El sistema urbano se encuentra conectado a la red de la Comisión Federal de Electricidad (CFE), principalmente para reducir el pago del recibo de la luz o, si se sobrepasa la generación de energía, el excedente es canalizado a CFE. Entonces cuando se necesite de energía, la comisión se encarga de regresar el plus generado.

Durante el día
Los rayos solares se convierten a corriente directa y después en corriente alterna, por medio de un dispositivo llamado inversor. Éste sincroniza el voltaje y la frecuencia con la red de CFE; así es como llega a las residencias de una forma estable

Durante la noche
La energía que se generó durante el día se almacena temporalmente en la CFE y, si el usuario la requiere, la regresa en el transcurso de la noche

Sistema solar rural
En este caso se recurre a los sistemas autóctonos para las zonas alejadas de la red de CFE. Estos sistemas están conformados por un banco de baterías que almacenan la energía generada por la  luz del Sol. El inconveniente es que el banco de baterías es costoso y contaminante.

Durante el día
Al igual que en el sistema urbano, los rayos solares se transforman a corriente directa por medio de un inversor. La energía generada en el transcurso del día es almacenada en acumuladores

Durante la noche
El excedente que se generó en el día es almacenado en las baterías. Por las noches, el banco se encarga de alimentar con electricidad a la vivienda o inmueble de cualquier índole

Dentro de las soluciones generales que ofrecen las celdas solares, de acuerdo con la magnitud del sistema, se encuentran los retornos de inversión en, aproximadamente, cuatro años, un incremento en plusvalía al inmueble y una vida útil de 40 años.

Estos equipos también contribuyen al cuidado del medioambiente con la reducción de gases de invernadero, la generación de energía limpia y un ambiente sonoro libre de ruido.

  VENTAJAS DESVENTAJAS
Subestación La inversión inicial puede ser menor en algunos casos (aproximadamente 180 mil pesos para una subestación subterránea) Si se consumen mil kW/h, se pagarán mil kW/h a CFE. Con un sistema solar, si se consumen mil kW/h, sólo se pagarán 400 kW/h a CFE, debido a la generación de 600 kW/h
Recuperación de inversión en cinco años por el cambio de tarifa DAC a HM. Sin embargo, se continuará con el pago de alrededor del  60 por ciento del precio de la tarifa DAC No se puede generar más ahorro, ya que está limitado al costo por kW/h de CFE
Se requiere menor espacio de instalación, comparado con un sistema solar Se especula que el costo kW/h aumente año con año, lo que afecta el gasto mensual, a pesar de contar con una subestación
  Mayor costo de mantenimiento y menor tiempo de vida
  Sistema no ecológico y peligroso, pues maneja tensión de 13 mil volts
Sistema solar La recuperación de la inversión, de acuerdo con la tarifa, va de cuatro a 10 años. De ahí en adelante, se tendrá energía gratis Ocupa mayor espacio en techo
El sistema puede crecer modularmente, hasta que no sea necesario pagarle a CFE La inversión inicial puede ser mayor en algunos casos
Permite a los usuarios autoabastecerse de energía eléctrica las 24 horas del día No hay constancia en la  luz solar, depende de la hora, época del año y el lugar de instalación
Sistema ecológico, no contaminante  
Sistema seguro, ya que utiliza voltajes de baja tensión (110-220 volts)  
Aisla el techo de la residencia por medio de sombra  
No requiere mantenimiento y su tiempo estimado de vida es de 40 años  
Tabla 1. Ventajas y desventajas del sistema solar urbano
  Fuente :  Powerstein

 
Mercado mundial
Esta tecnología es aceptada como amigable en todo el mundo. La licenciada Fernández comenta que la Asociación Industrial Fotovoltaica Europea prevé que la generación de energía solar crezca entre 200 y 400 por ciento para 2016.

En lo que respecta a los países que reciben la mayor cantidad de luz solar en el planeta, México es uno de los que pertenecen a la llamada franja solar.

En lo que respecta al  tema económico, es cierto que, en un primer momento, la adquisición suele ser muy costosa. Sin embargo, con el paso del tiempo el precio disminuye, con la finalidad de estar al alcance de cualquier persona, ya sea dentro del campo residencial, comercial o industrial. Incluso, el gobierno se encuentra en el proceso de facilitar la utilización de sistemas que ocupan energías renovables, al ofrecer programas y subsidios para los usuarios.

Sin lugar a dudas, la tecnología se incrementa de forma acelerada, lo que ocasiona un importante reflejo en las inversiones destinadas a la investigación. El principal objetivo es crear y desarrollar más productos eficientes.
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