INSTITUTO TECNOLOGICO DE DURANGODEPARTAMENTO DE METAL - MECANICA

INGENIERIA MECATRNICAPROYCTO DE INVESTIGACINSistema de concentradores fotovoltaicos para produccin de electricidad para un sector poblacionalALUMNOS: Cisneros Santillan Juan Manuel Silerio Villarreal Ezius

Catedrtico: ING. Miguel Angel Aragon Victoria de Durango, Dgo. Mex.

SISTEMA DE CONCENTRADORES FOTOVOLTICOS PARA PRODUCCIN DE ELECTRICIDAD PARA UN SECTOR POBLACIONAL RAZN DE LA IDEA DEL PROYECTO

En la actualidad, existen millones de personas a nivel mundial que no cuentan con el servicio de energa elctrica, resultando mucho ms difcil su modo de vida. Esto debido a que en diversos lugares no se cuenta con instalaciones denominadas centrales elctricas para la generacin industrial de dicha energa

Ms sin embargo, se ha llevado a cabo una inmensa actividad tecnolgica para llevar la energa elctrica a todos los lugares habitados del mundo, por lo que, junto a la construccin de grandes y variadas centrales elctricas, se han construido sofisticadas redes de transporte y sistemas de distribucin. Slo que, el aprovechamiento ha sido y sigue siendo muy desigual en todo el planeta. As, los pases industrializados o del Primer mundo son grandes consumidores de energa elctrica, mientras que los pases del llamado Tercer mundo apenas disfrutan de sus ventajas. La demanda de energa elctrica de una ciudad, regin o pas tiene una variacin a lo largo del da. Esta variacin es funcin de muchos factores, entre los que destacan: Tipos de industrias existentes en la zona y turnos que realizan en su produccin, climatologa extremas de fro o calor, tipo de electrodomsticos que se utilizan ms frecuentemente, tipo de calentador de agua que haya instalado en los hogares, la estacin del ao y la hora del da en que se considera la demanda

En otros lugares, donde no existe la energa elctrica generada por centrales (termoelctricas, hidroelctricas, nucleares, elicas, solares-termoelctricas, solares-fotovoltaicas, mareomotrices, etc.) podra ser superada con el empleo de la energa solar, tambin llamada fotovoltaica, la que, adems de contribuir a cuidar el medio ambiente, reduce costos, llega a ms beneficiarios, fomenta la participacin de la sociedad civil e impulsa el desarrollo del mbito rural,

aprovechando de esta manera, la presencia permanente de la luz solar ya que se trata de una energa casi inagotable. Tambin tiene grandes ventajas ya que no tiene prdidas por transporte, porque se consume donde se produce. Este tipo de energa es una opcin eficiente y muy conveniente, teniendo en cuenta que los costos comparativos de los sistemas convencionales son ms altos y el nmero de beneficiarios es menor.

Tambin se ha demostrado que mientras mayor es la demanda de este tipo de energa, menor es la oferta en cuanto a su adquisicin; es decir, el costo de los paneles solares va en descenso. Contradictoriamente a lo que ocurri con la reciente crisis energtica mundial, en la que a mayor demanda de petrleo o gas, los precios suban. Como se ha observado la energa fotovoltaica es la energa renovable con mayor futuro en el mundo en trminos de crecimiento econmico y creacin de empleos.

OBJETIVO GENERAL

Elaborar

un proyecto para implementar un sistema de concentradores

fotovoltaicos para produccin de electricidad para un sector poblacional

Objetivos Especficos

Analizar

el funcionamiento de un panel solar fotovoltaico con

concentradores

Desarrollar un sistema que sea de bajo costo y de un alto nivel de

beneficio

Realizar el sistema de tal manera que cumpla con los 4 aspectos

principales de un proyecto

Ubicar el sistema principalmente en comunidades en donde no haya

energa elctrica o en un sector poblacional en donde se pueda abaratar el costo del servicio

Analizar el beneficio en cuanto al rendimiento, costo y cuidado del medio

ambiente de dicho sistema

DATOS Y ESTADSTICAS QUE JUSTIFICAN EL PROYECTO

Regiones enteras del planeta viven en un tiempo en el que la falta de electricidad condena a cientos de millones de personas a la miseria. Segn la Agencia Internacional de Energa (AIE), ms de 20% de la poblacin mundial, es decir 1.400 millones de personas, no tienen acceso a la electricidad; lo indic la AIE en un informe que se hizo pblico en la cumbre de la ONU sobre los Objetivos del Milenio para el Desarrollo.

Por ejemplo, los 19.5 millones de habitantes del Estado de Nueva York consumen tanta energa elctrica como los 791 millones de habitantes de frica, excluida Sudfrica, que est ms desarrollada. Segn estudios de la AIE, Amrica Latina tendr electricidad para todos en 2030 y China hacia 2015. No obstante, 1.200 millones de personas vivirn an sin electricidad en 2030, la mayora en zonas rurales de frica, India y otras regiones en desarrollo de Asia. Yoshiteru Uramoto, director adjunto de la Agencia de las Naciones Unidas para el Desarrollo Industrial (UNIDO, en ingls), describi en una rueda de prensa el efecto mgico de la llegada de la electricidad a un pueblo de Kenia por ejemplo, donde los pobladores pudieron de golpe bombear agua no contaminada o instalar una incubadora; de pronto hubo un mercado que funcionaba por la noche, luz en las calles, ms seguridad y la posibilidad de que los nios hicieran sus tareas; presionar un interruptor, un gesto elemental en el mundo desarrollado, es an un sueo en muchos pases. Narr el funcionario. Por eso la importancia de la energa elctrica El cambio climtico es una de las principales amenazas para el desarrollo sostenible debido al efecto que produce, entre otros, sobre la economa global, la salud y el bienestar social, ms an, si analizamos el posible impacto que puede ocasionar en las futuras generaciones. Dentro de las energas renovables, la tecnologa solar es la que presenta un mayor potencial de desarrollo por las favorables condiciones climticas en el mundo y la facilidad de las mismas de ser utilizadas por un mayor nmero de personas. En la siguiente figura se observa el equivalente de 1 kWh producido por diferentes tipos de centrales; se observa la estadstica de una Central Nuclear, una Central Elica y por ltimo una Central Solar

Espaa es el pas con mayor nmero de instalaciones de concentradores fotovoltaicos; enseguida se muestra la evolucin que stos han tenido en ese lugar CONCENTRACIN FOTOVOLTAICA EN MXICO

Los sistemas CPV de ayudan a crear un futuro energtico limpio para la regin fronteriza de Mxico. El nuevo proyecto de energa solar con la Comisin de Cooperacin Ecolgica Fronteriza demuestra la promesa de energa limpia, crecimiento econmico y sociedad bilateral. La Comisin de Cooperacin Ecolgica Fronteriza

(COCEF) y SolFocus anunciaron la instalacin de sistemas fotovoltaicos de alta concentracin (CPV) de 16,8 kilovatios (Kw) en la ciudad fronteriza de Ciudad Jurez, Mxico. La instalacin de este sistema que incluye dos paneles

solares, producir 43.13 megavatios por hora (MWh) por ao. Esta es la primera instalacin de los sistemas CPV en la regin fronteriza del norte Mxico. de

La regin fronteriza de Mxico tiene recursos solares importantes que la convierten en un entorno ideal para la tecnologa de los CPV. Una fuente constante de rayos de sol intensos brinda un promedio anual de siete a ocho kilovatios por hora por metro cuadrado a diario, que sirven para generar suficiente energa para distribuirla entre las municipalidades, los aeropuertos, las universidades y los complejos industriales. Tambin se aspira a alcanzar un uso ms extendido de las placas fotovoltaicas avanzadas en la regin fronteriza con el paso del tiempo, lo cual mejorar las condiciones medioambientales

locales, aumentar las oportunidades de empleo y ayudar al pas a alcanzar los objetivos de las polticas nacionales con respecto al uso de la energa renovable y a la reduccin de gases de efecto invernadero.

La tecnologa de los CPV de SolFocus emplea un sistema de componentes pticos reflectivos patentados para concentrar la luz solar 650 veces en clulas solares pequeas de alta eficiencia. El sistema SF-1100S de SolFocus utiliza aproximadamente 1/1.000 del material de clulas solares activas y costosas en comparacin con los paneles fotovoltaicos tradicionales. Adems, las clulas utilizadas en los sistemas CPV tienen ms del doble de eficiencia que las clulas fotovoltaicas de silicio tradicionales. SolFocus tambin ofrece beneficios medioambientales que incluyen el uso casi nulo del agua, la pequea huella en la tierra, la ausencia del ensombrecimiento permanente o las alteraciones en los corredores de vida silvestre y el doble uso de la tierra. Los CPV tambin brindan una recuperacin de energa en menos tiempo y una menor intensidad de los gases de efecto invernadero (Greenhouse Gas, GHG) que cualquier tecnologa solar. En regiones con abundante sol como el norte de Mxico, la tecnologa de los CPV de SolFocus produce significativamente ms energa con una huella medioambiental extremadamente dbil en comparacin con otras tecnologas.

La misin en la actualidad es permitir la generacin de energa solar a un costo normalizado de energa que compita con las fuentes de combustibles fsiles tradicionales. Para alcanzar este objetivo, se ha desarrollado una tecnologa fotovoltaica con concentradores (CPV) lder que combina clulas solares de alta eficiencia (aproximadamente un 40 por ciento) y componentes pticos avanzados para brindar soluciones de energa solar que son escalables, confiables y capaces de cumplir la promesa de entregar energa renovable de bajo costo y limpia. La tecnologa de los CPV de brinda la produccin de energa ms alta y el rendimiento ms alto y, a su vez, la energa solar de menor costo en regiones con altos recursos solares como la zona norte de Mxico.

La COCEF (Comisin de Cooperacin Ecolgica Fronteriza) tiene una

jurisdiccin de 300 kilmetros al sur del lmite en los seis estados mexicanos de Baja California, Chihuahua, Coahuila, Nuevo Len, Sonora y Tamaulipas.

CUMPLIMIENTO DE LOS CUATRO ASPECTOS BSICOS DE UN PROYECTO

Ecolgico:

Este proyecto cumple al 100% con este aspecto bsico, ya que se encuentra lejos de daar al ecosistema por su fuente de alimentacin natural y casi inagotable y a su vez renovable. Al utilizar la luz vital como la del sol, este proyecto aporta grandes ventajas en cuestiones ambientales para poder llevar a cabo la produccin de electricidad en un sector poblacional

Factible:

Este proyecto es factible ya que se puede realizar con la ayuda de la luz solar y gracias a que la implementacin de paneles solares va en aumento cada da a nivel mundial, es por eso que existe una gran cantidad de ayuda para resolver el problema de las comunidades en donde no existe la luz elctrica o para reducir los costos de la misma donde ya se cuenta con ella

Vendible:

Se pretende realizar este proyecto de tal manera que resulte econmico para cualquier sector de la poblacin que se interese en l; como se ha mencionado anteriormente, como este proyecto funciona a base de la luz solar, de forma inicial estara reducindose el costo de la energa que se va a utilizar, adems de aportar algunas otras ventajas que se mencionarn en los siguientes puntos.

Justificable o Impacto Ambiental: La energa solar fotovoltaica, al igual que otras

energas renovables, constituye, frente a los combustibles fsiles, una fuente inagotable. Contribuye al autoabastecimiento energtico nacional y es menos perjudicial para el medio ambiente, evitando los efectos de su uso directo (contaminacin atmosfrica, residuos, etc.) y los derivados de su generacin (excavaciones, minas, canteras, etc.). Los efectos de la energa solar fotovoltaica sobre los principales factores ambientales son los siguientes:

Clima: La generacin de energa elctrica directamente a partir de la luz solar no requiere ningn tipo de combustin, por lo que no se produce polucin trmica ni emisiones de CO2 que favorezcan el efecto invernadero.

Geologa: Las clulas fotovoltaicas se fabrican con silicio, elemento obtenido de la arena, muy abundante en la Naturaleza y del que no se requieren cantidades significativas. Por lo tanto, en la fabricacin de los paneles fotovoltaicos no se producen alteraciones en las caractersticas litolgicas, topogrficas o estructurales del terreno.

Suelo: Al no producirse ni contaminantes, ni vertidos, ni movimientos de tierra, la incidencia sobre las caractersticas fsico-qumicas del suelo o su erosionabilidad es nula.

Aguas superficiales y subterrneas: No se produce alteracin de los acuferos o de las aguas superficiales ni por consumo, ni por contaminacin por residuos o vertidos.

Flora y fauna: La repercusin sobre la vegetacin es nula, y, al

eliminarse los tendidos elctricos, se evitan los posibles efectos perjudiciales para las aves.

Paisaje: Los paneles solares tienen distintas posibilidades de integracin, lo que hace que sean un elemento fcil de integrar y armonizar en diferentes tipos de estructuras. Minimizando as su impacto visual. Adems, al tratarse de sistemas autnomos, no se altera el paisaje con postes y lneas elctricas.

Ruidos: El sistema fotovoltaico es absolutamente silencioso, lo que representa una clara ventaja frente a los generadores de motor en viviendas aisladas.

Medio social: El suelo necesario para instalar un sistema fotovoltaico de dimensin media, no representa una cantidad significativa como para producir un grave impacto.

o Impacto Econmico:

Segn los analistas ms acertados en pronosticar la evolucin de los precios del petrleo el mayor avance anual del petrleo desde 1999 continuar con incrementos del 20% para este ao 2010 conforme la economa mundial se recupere y la OPEP reduzca su produccin.

El pronstico medio en Wall Street es de 83 dlares. La escalada del precio del petrleo est rompiendo las previsiones de los analistas. Lleva una subida del 9% en la ltima semana en mximos de 4 meses con la que ha superado muchas de las previsiones de los analistas o va camino de ello. A corto plazo quedan pocas dudas que el precio del petrleo se va dirigir a los 90 dlares el barril. Ku-Maloob-Zaap, el segundo mayor yacimiento de petrleo en Mxico, comenzar su declive en el 2012, siguiendo la tendencia de Cantarell, advirti Pemex. El proyecto alcanzar su punto mximo en 2012, con una produccin estimada de 770 millones de barriles diarios (mdbd) para reducirse hasta unos 548 mdbd en 2017, una baja de 29% en cinco aos. Como se observa en la figura de arriba, el petrleo va aumentando su precio en periodos cortos de tiempo, influyendo directamente a que el costo para la produccin de energa elctrica aumente. En cambio, la generacin de electricidad por medio de

concentradores fotovoltaicos cada vez es ms barata, ya que el principal elemento para producir sta es la luz solar (fuente de energa renovable), la cual no se encuentra en escasez. Otra gran ventaja de la produccin de electricidad por medio de concentradores fotovoltaicos frente a la utilizacin de petrleo es que entre mayor sea la demanda de los CPVs, stos disminuyen su precio. Es por eso que en este proyecto se ha elegido emplear la tecnologa ms moderna para producir a su vez electricidad lo ms barata posible.

o Impacto Social:

La generalizacin de los resultados obtenidos por el uso de concentradores fotovoltaicos para la produccin de electricidad para un sector poblacional ha sido importante en el desarrollo social pues se ha logrado con ello que la sociedad pueda disfrutar de las tecnologas probadas y as brindar aportes al desarrollo econmico, social y ambiental de la regin en donde se han empleado estos tipos de sistemas. Esto con el objetivo de disminuir el uso de combustibles

convencionales y lograr la reduccin de CO2 que se emite a la atmsfera. En la actualidad existen muchos pases que se encuentran aplicando en su hacer cotidiano de una forma u otra las fuentes renovables (energa solar directa, elica, energa hdrica, energa de la biomasa, etc.) de forma directa, las cuales juegan un papel importante, pues resuelven un problema social considerable.

o Impacto Tecnolgico:

El impacto tecnolgico que han tenido los sistemas de CPV ha sido grande ya que stos combinan simultneamente la luz y el calor solar para generar electricidad. Su principal importancia reside en que se estima que con este tipo de sistema se puede obtener ms del doble de eficiencia de la que brinda la tecnologa en paneles solares. Pero adems del incremento de la eficiencia, los CPV presentan otra gran ventaja: la reduccin del costo de produccin de la energa solar. Ambos beneficios (ms eficiencia por menos costo) posibilitan la competencia con el petrleo como recurso energtico. La tecnologa fotovoltaica utilizada actualmente en los paneles solares se vuelve menos eficiente a medida que la temperatura aumenta. A diferencia de ella los CPV funciona mejor a altas temperaturas, por sobre los 200 grados Celsius. Los materiales necesarios para construir un dispositivo que funcione con esta nueva tecnologa son econmicos y se consiguen fcilmente. Esto le permite ser una de

energa limpia alternativa posible de ser utilizada por un amplio nmero de personas. Actualmente, los concentradores fotovoltaicos ms modernos cuentan con seguidores de lneas de dos planos. Estos se encuentran apuntando hacia el sol desde el momento en que sale hasta que se oculta. Los sistemas de CPV han tenido un gran impacto tecnolgico, de tal manera que se encuentran reemplazando la utilizacin de paneles solares convencionales.

DESCRIPCIN PROYECTO

DE

LOS

ALCANCES

Y

LIMITACIONES

DEL

Limitaciones Tcnicas:

Por lo general, los concentradores fotovoltaicos slo generan energa durante el da y el pico de la demanda se produce de noche

Por lo regular tampoco generan energa en das muy nublados, lluviosos o tormentosos

El rendimiento decrece cuanto mayor es la latitud (cuanto ms lejos se est del Ecuador)

Tan slo una pequea fraccin de la energa que llega a la superficie terrestre es convertida en electricidad, pues los proceso de conversin son muy poco eficientes (por debajo del 19%) Siendo tan bajos los mdulos de potencia por panel solar, las grandes instalaciones solares son en realidad pequeas (y en muchos casos insignificantes) usinas elctricas, en funcin de sus potencias

comparativas con otro tipo de centrales elctricas.

La acumulacin de la energa (guardarla en bateras o mega acumuladores) es un proceso extremadamente costoso, que

encarecera mucho el costo del producto final (el KW/hora).

Sus muy bajos mdulos de potencia no sirven para el consumo industrial o de grandes usuarios. Para el consumo residencial los horarios de

produccin (de da) no coinciden con el pico de consumo (al oscurecer y las primeras horas de la noche).

El funcionamiento de las centrales solares es tan aleatorio, que siempre necesitan estar respaldadas por otro tipo de centrales o por una interconexin. (Excepto en escuelas, puestos de salud rurales apartados similares unidades de consumo, donde s es lgico acoplarle un sistema de bateras, pues en esos casos no se miden los costos del mismo modo, pues la alternativa de interconexin muchas veces no existe o resultara de un costo exorbitante).

Limitaciones Econmicas:

El

costo

de

instalacin

por

KW

de

potencia

instalada

es

aproximadamente 6 veces mayor que el KW hidroelctrico y 20 veces mayor que el KW termoelctrico

Limitaciones Ambientales: Sus costos ambientales ex ante (los de fabricacin e instalacin) son desproporcionados en funcin de los rendimientos energticos de las centrales solares que en ocasiones se dan Los costos ambientales ex post (al trmino de su vida til) tambin son importantes. Si se desmontan y desguazan los paneles, por el alto consumo de energa elctrica que esos procesos insumen, en relacin a la baja productividad efectiva de los paneles solares durante su vida til. Si no se desmontan, por el dao paisajstico y por la degradacin de sus componentes, que incluyen sustancias txicas que pueden terminar contaminando la tierra y las aguas.

MARCO TEORICOPANEL SOLAR VS CONCENTRADOR FOTOVOLTAICO

PANEL SOLAR: 3.1.2 BREVE HISTORIA DEL PANEL SOLAR El trmino fotovoltaico proviene del griego : phos, que significa luz y voltaico, que proviene del campo de la electricidad (en honor al fsico italiano Alejandro Volta); en otras palabras fotovoltaico se refiere a la electricidad generada a partir de la luz que incide sobre el dispositivo a utilizar. El trmino fotovoltaico se comenz a usar en Inglaterra desde el ao 1849. El efecto fotovoltaico fue reconocido por primera vez en 1839 por el fsico francs Becquerel, pero la primera clula solar no se construy hasta 1883. Su autor fue Charles Fritts, quien recubri una muestra de selenio semiconductor con un pan de oro para formar el empalme. Este dispositivo presentaba una eficiencia de slo un 1%. Russell Ohl patent la clula solar moderna en el ao 1946, aunque Sven Ason Berglund haba patentado, con anterioridad, un mtodo que trataba de incrementar la capacidad de las clulas fotosensibles. Luego, Albert Einstein describi lo que era el efecto fotoelctrico, en el cual se basa hoy la tecnologa fotovoltaica.

La era moderna de la tecnologa de potencia solar lleg hasta el ao de 1954, gracias a toda esta informacin, conocimientos y avances, con la que los Laboratorios Bell descubrieron, de manera accidental, que los

semiconductores de silicio dopado con ciertas impurezas, eran muy sensibles a la luz, creando de esta manera el primer mdulo fotovoltaico y por consecuencia apareciendo all las primeras celdas fotovoltaicas; como su fabricacin era bastante costosa y en aquella poca el precio resultaba algo injustificado, la produccin de celdas fotovoltaicas decay hasta 1960. Fue en este ao en donde la industria espacial comenz a hacer uso de esta tecnologa para conseguir energa elctrica y distribuirlas luego a bordo de sus naves. Por medio de estos programas espaciales los cientficos y tcnicos pusieron nfasis en la energa solar y sus beneficios; cuando su uso alcanz un alto grado de confiabilidad, se pudo lograr una reduccin en los costos. Estos avances contribuyeron a la fabricacin de la primera clula solar comercial con una conversin de la energa solar de, aproximadamente, el 6%. La URSS lanz su primer satlite espacial en el ao 1957, y los EEUU un ao despus. En el diseo de ste se usaron clulas solares creadas por Peter Iles en un esfuerzo encabezado por la compaa Hoffman Electronics. La primera nave espacial que us paneles solares fue el satlite norteamericano Vanguard 1, lanzado en marzo de 1958. Este hito gener un gran inters en la produccin y lanzamiento de satlites geoestacionarios para el desarrollo de las comunicaciones, en los que la energa provendra de un dispositivo de captacin de la luz solar. Fue un desarrollo crucial que estimul la investigacin por parte de algunos gobiernos y que impuls la mejora de los paneles solares. En 1970 la primera clula solar con heteroestructura de arseniuro de galio (GaAs) y altamente eficiente se desarroll en la extinta URSS por Zhore Alferov y su equipo de investigacin. La produccin de equipos de deposicin qumica de metales por vapores orgnicos o MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition), se desarroll hasta los aos 80s limitando la capacidad de las compaas en la manufactura de clulas solares de arseniuro de galio. La primera compaa que manufactur paneles solares en cantidades industriales, a partir de uniones simples de GaAs, con una eficiencia de AM0 (Air Mass

Zero) del 17% fue la norteamericana ASEC (Applied Solar Energy Corporation). La conexin dual de la celda se produjo en cantidades industriales por ASEC en 1989, de manera accidental, como consecuencia de un cambio del GaAs sobre los sustratos de GaAs a GaAs sobre sustratos de germanio. El dopaje accidental de germanio (Ge) con GaAs como capa amortiguadora cre circuitos de voltaje abiertos, demostrando el potencial del uso de los sustratos de germanio como otras celdas. Una celda de uniones simples de GaAs lleg al 19% de eficiencia AM0 en 1993. ASEC desarroll la primera celda de doble unin para las naves espaciales usadas en los EEUU, con una eficiencia de un 20% aproximadamente. Estas celdas no usan el germanio como segunda celda, pero usan una celda basada en GaAs con diferentes tipos de dopaje. De manera excepcional, las clulas de doble unin de GaAs pueden llegar a producir eficiencias AM0 del orden del 22%. Las uniones triples comienzan con eficiencias del orden del 24% en el 2000, 26% en el 2002, 28% en el 2005, y han llegado, de manera corriente al 30% en el 2007. En 2007, dos compaas norteamericanas Emcore Photovoltaics y Spectrolab, producen el 95% de las clulas solares del 28% de eficiencia.

QU SON LOS PANELES SOLARES? Los mdulos fotovoltaicos o colectores solares fotovoltaicos tambin paneles solares. Estn formados por un conjunto de celdas (clulas fotovoltaicas) que producen electricidad a partir de la luz que incide sobre ellos, que en este caso es la electricidad solar (el panel aprovecha la energa de la radiacin solar). El trmino comprende a los colectores solares utilizados para producir agua caliente (usualmente domstica) y a los paneles fotovoltaicos utilizados para generar electricidad. son llamados

El parmetro estandarizado para clasificar su potencia se denomina potencia pico, y se corresponde con la potencia mxima que el mdulo puede entregar bajo unas condiciones estandarizadas, que son: - radiacin de 1000 W/m

- temperatura de clula de 25 C (no temperatura ambiente). Las placas fotovoltaicas se dividen en:

Cristalinaso

Monocristalinas: Se componen de secciones de un nico cristal de silicio (reconocibles por su forma circular u octogonal, donde los 4 lados cortos se aprecia que son curvos, debido a que es una clula circular recortada)

o

Policristalinas: Cuando estn formadas por pequeas partculas cristalizadas

Amorfas: Cuando el silicio no se ha cristalizado. Las celdas dependen del efecto fotovoltaico por el que la energa luminosa produce cargas positiva y negativa en dos semiconductores prximos de diferente tipo, produciendo as un campo elctrico capaz de generar una corriente.

Los paneles fotovoltaicos, adems de producir energa que puede alimentar una red elctrica terrestre, pueden emplearse en vehculos elctricos y barcos solares. En 2005 el problema ms importante con los paneles fotovoltaicos era el costo, que ha estado bajando hasta 3 o 4 dlares por vatio. El precio, $, del silicio usado para la mayor parte de los paneles ahora est tendiendo a subir. Esto ha hecho que los fabricantes comiencen a utilizar otros materiales y paneles de silicio ms delgados para bajar los costes de produccin. Debido a economas de escala, los paneles solares se hacen menos costosos segn se usen y fabriquen ms. A medida que se aumente la produccin, los precios continuarn bajando en los prximos aos. El rea de mayor crecimiento lo forman los sistemas conectados a la red pblica (grid tied systems). Silicio cristalino y Arseniuro de galio son la eleccin tpica de materiales para celdas solares. Los cristales de Arseniuro de galio son creados especialmente para uso fotovoltaico, mientras que los cristales de Silicio estn disponibles en lingotes estndar ms baratos producidos principalmente para el consumo de la industria microelectrnica. El Silicio policristalino tiene una menor eficacia de conversin, pero tambin menor coste. Cuando es expuesto a luz solar directa, una celda de Silicio de 6cm de dimetro puede producir una corriente de alrededor 0,5 amperios a 0,5 voltios

(equivalente a un promedio de 90 W/m, en un rango de usualmente 50-150 W/m, dependiendo del brillo solar y la eficacia de la celda). El Arseniuro de Galio es ms eficaz que el Silicio, pero tambin ms costoso. Los lingotes cristalinos son cortados en discos finos como una oblea, pulidos para eliminar posibles daos causados por el corte. Se introducen dopantes (impurezas aadidas para modificar las propiedades conductoras) dentro de las obleas, y se depositan conductores metlicos en cada superficie. Una fina rejilla en el lado donde da la luz solar y usualmente una hoja plana en el otro. Los paneles solares son construidos con estas celdas cortadas en forma apropiada. Para protegerlos de daos en la superficie frontal causados por radiacin o por el mismo manejo de stos se los enlaza en una cubierta de vidrio y se cimentan sobre un sustrato (el cual puede ser un panel rgido o una manta blanda). Se realizan conexiones elctricas en serie-paralelo para determinar el voltaje de salida total. La cimentacin y el sustrato deben ser conductores trmicos, ya que las celdas se calientan al absorber la energa infrarroja que no es convertida en electricidad. Debido a que el calentamiento de las celdas reduce la eficacia de operacin es deseable minimizarlo. Los ensamblajes resultantes son llamados paneles solares o grupos solares. Aunque cada celda solar provee una cantidad relativamente pequea de energa, muchas de estas repartidas en un rea grande pueden proveer suficiente energa como para ser tiles. Para obtener la mayor cantidad de energa las celdas solares deben apuntar directamente al sol

GENERACIONES DE LAS CELDAS SOLARES

La primera generacin de clulas fotovoltaicas consista en una gran superficie de cristal simple. Una simple capa con unin diodo p-n, capaz de generar energa elctrica a partir de fuentes de luz con longitudes de onda similares a las que llegan a la superficie de la Tierra provenientes del Sol. Estas clulas estn fabricadas, usualmente, usando un proceso de difusin con obleas de silicio. Esta primera generacin (conocida tambin como clulas solares basadas en oblea) son, actualmente, (2007) la tecnologa dominante en

la produccin comercial y constituyen, aproximadamente, el 86% del mercado de clulas solares terrestres. La segunda generacin de materiales fotovoltaicos se basa en el uso de depsitos epitaxiales muy delgados de semiconductores sobre obleas con concentradores. Hay dos clases de clulas fotovoltaicas epitaxiales: las espaciales y las terrestres. Las clulas espaciales, usualmente, tienen eficiencias AM0 (Air Mass Zero) ms altas (28-30%), pero tienen un costo por vatio ms alto. En las terrestres la pelcula delgada se ha desarrollado usando procesos de bajo coste, pero tienen una eficiencia AM0 (7-9%), ms baja, y, por razones evidentes, se cuestionan para aplicaciones espaciales. Las predicciones antes de la llegada de la tecnologa de pelcula delgada apuntaban a una considerable reduccin de costos para clulas solares de pelcula delgada. Reduccin que ya se ha producido. Actualmente (2007) hay un gran nmero de tecnologas de materiales semiconductores bajo investigacin para la produccin en masa. Se pueden mencionar, entre estos materiales, al silicio amorfo, silicio policristalino, silicio microcristalino, teleruro de cadmio y sulfuros y seleniuros de indio. Tericamente, una ventaja de la tecnologa de pelcula delgada es su masa reducida, muy apropiada para paneles sobre materiales muy ligeros o flexibles. Incluso materiales de origen textil. La llegada de pelculas delgadas de Ga y As para aplicaciones espaciales (denominadas clulas delgadas) con potenciales de eficiencia AM0 por encima del 37% estn, actualmente, en estado de desarrollo para aplicaciones de elevada potencia especfica. La segunda generacin de clulas solares constituye un pequeo segmento del mercado fotovoltaico terrestre, y aproximadamente el 90% del mercado espacial. La tercera generacin de clulas fotovoltaicas que se estn proponiendo en la actualidad (2007) son muy diferentes de los dispositivos semiconductores de las generaciones anteriores, ya que realmente no presentan la tradicional unin p-n para separar los portadores de carga fotogenerados. Para aplicaciones espaciales, se estn estudiando dispositivos de huecos cunticos (puntos

cunticos, cuerdas cunticas, etc.) y dispositivos que incorporan nanotubos de carbono, con un potencial de ms del 45% de eficiencia AM0. Para aplicaciones terrestres, se encuentran en fase de investigacin dispositivos que incluyen clulas fotoelectroqumicas, clulas solares de polmeros, clulas solares de nanocristales y clulas solares de tintas sensibilizadas. Una cuarta generacin de clulas solares consistira en una tecnologa fotovoltaica compuesta en las que se mezclan, conjuntamente, nanopartculas con polmeros para fabricar una capa simple multiespectral. Posteriormente, varias capas delgadas multiespectrales se podran apilar para fabricar las clulas solares multiespectrales definitivas. Clulas que son ms eficientes, y baratas. Basadas en esta idea, y la tecnologa multiunin, se han usado en las misiones de Marte que ha llevado a cabo la NASA. La primera capa es la que convierte los diferentes tipos de luz, la segunda es para la conversin de energa y la ltima es una capa para el espectro infrarrojo. De esta manera se convierte algo del calor en energa aprovechable. El resultado es una excelente clula solar compuesta. La investigacin de base para esta generacin se est supervisando y dirigiendo por parte de la DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) para determinar si esta tecnologa es viable o no. Entre las compaas que se encuentran trabajando en esta cuarta generacin se encuentran Xsunx, Konarka Technologies Inc., Nanosolar, Dyesol y Nanosys

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL PANEL SOLAR1. Algunos de los fotones, que provienen de la radiacin solar, impactan

sobre la primera superficie del panel. Penetran en ste y son absorbidos por materiales semiconductores, tales como el silicio o el arseniuro de galio.

2. Los electrones, subpartculas atmicas que forman parte del exterior de

los tomos, y que se alojan en orbitales de energa cuantizada, son golpeados por los fotones (interaccionan) liberndose de los tomos a los que estaban originalmente confinados.

Esto les permite, posteriormente, circular a travs del material y producir electricidad. Las cargas positivas complementarias que se crean en los tomos que pierden los electrones, (parecidas a burbujas de carga positiva) se denominan huecos y fluyen en el sentido opuesto al de los electrones, en el panel solar. Se ha de comentar que, as como el flujo de electrones corresponde a cargas reales, es decir, cargas que estn asociadas a desplazamiento real de masa, los huecos, en realidad, son cargas que se pueden considerar virtuales puesto que no implican desplazamiento de masa real. Un conjunto de paneles solares transforman la energa solar (energa en forma de radiacin y que depende de la frecuencia de los fotones) en una determinada cantidad de corriente continua, tambin denominada DC (acrnimo del ingls Direct Current y que corresponde a un tipo de corriente elctrica que se describe como un movimiento de cargas en una direccin y un slo sentido, a travs de un circuito. Los electrones se mueven de los potenciales ms bajos a los ms altos). Opcionalmente:1. La corriente continua se lleva a un circuito electrnico convertidor que

transforma la corriente continua en corriente alterna, (AC) (tipo de corriente disponible en el suministro elctrico de cualquier hogar) de 120 o 240 voltios.2. La potencia de AC entra en el panel elctrico 3. La electricidad generada se distribuye, casi siempre, a la lnea de

distribucin de los dispositivos conectados al panel4. La electricidad que no se usa se puede enrutar y usar en otras

instalaciones.

POTENCIA Y COSTOS En un da soleado, el Sol irradia alrededor de 1 Kw/m2 a la superficie de la Tierra. Considerando que los paneles fotovoltaicos actuales tienen una eficiencia tpica entre el 12%-25%, esto supondra una produccin aproximada de entre 120250 W/m en funcin de la eficiencia del panel fotovoltaico.

Por otra parte, estn producindose grandes avances en la tecnologa fotovoltaica y ya existen paneles experimentales con rendimientos superiores al 40%. A latitudes medias y septentrionales, teniendo en cuenta el ciclo diurno y las condiciones atmosfricas, llegan a la superficie terrestre 100 W/m de media en invierno y 250 W/m en verano. Con una eficiencia de conversin de, aproximadamente, 12%, se puede esperar obtener 12 y 30 vatios por metro cuadrado de celda fotovoltaica en invierno y verano, respectivamente. Con los costes actuales de energa elctrica, 0.08 $/kWh (USD), un metro cuadrado generar hasta 0.06 $/da, y un km generar hasta 30 MW, o 50,000 $/ (km.da). Para comparar, el Sahara despoblado se extiende por 9 millones de km, con menos nubes y un mejor ngulo solar, pudiendo generar hasta 50 MW/km, o 450 TW (teravatio) en total. El consumo de energa actual de la poblacin terrestre est cercano a 12-13 TW en cualquier momento dado (incluyendo derivados del petrleo, carbn, energa nuclear e hidroelctrica). El verdadero problema con los paneles fotovoltaicos es el coste de la inversin, requiriendo hasta ms de 10 aos (de una vida til de 40 aos o ms) para recuperar el coste inicial y generar ganancias. El precio actual de los mdulos fotovoltaicos, oscila entre los 3.5 y los 5.0 $/W (USD), de capacidad de produccin, en funcin de la cantidad que se compre y la procedencia. Los ms baratos vienen de China y se debe ser muy prudente con la calidad y garanta de los mismos. El precio de 8 $/W, aunque algo barato, es el precio completo de una instalacin fija: mdulos, estructuras de soporte, onduladores, protecciones, sistemas de medicin, costes del proyecto, instalacin y permisos administrativos. Un precio normal est entre 8.6 y 9.0 $/W. Si la instalacin es con seguidores de sol de dos ejes, el coste puede rondar los 10.60 $/W, aunque la produccin elctrica obtenida es del orden de un 30% superior que en una fija.

FABRICACION DE PANELES CONVENCIONALES Generalmente se elaboran de silicio, el elemento que es el principal componente de la slice, el material de la arena. Actualmente, la produccin mundial de clulas fotovoltaicas se concentra en Japn (48%), Europa (27%) y EEUU (11%). El consumo de silicio en 2004 destinado a aplicaciones

fotovoltaicas ascendi a 13.000 toneladas. En Espaa las principales empresas instaladoras de paneles fotovoltaicos son T-Solar, Fotowatio, Renovalia y Solaria

CMO SE PRODUCE ENERGA ELCTRICA A PARTIR DEL SOL La energa solar fotovoltaica es un tipo de electricidad renovable obtenida directamente de los rayos del sol gracias al efecto fotoelctrico de un determinado dispositivo; normalmente una lmina metlica semiconductora o una deposicin de metales sobre un sustrato llamada capa fina. Se usa para alimentar innumerables aparatos autnomos, para abastecer refugios o casas aisladas y para producir electricidad para redes de distribucin. La corriente elctrica continua que proporcionan los mdulos fotovoltaicos se puede transformar en corriente alterna mediante un aparato electrnico llamado inversor e inyectar en la red elctrica. El proceso simplificado sera el siguiente: Se genera la energa a bajas tensiones (380-800 V) y en corriente continua. Se transforma con un inversor en corriente alterna. Mediante un centro de transformacin se eleva a Media tensin (15 25 kV) y se inyecta en las redes de transporte de la compaa. La Energa solar fotovoltaica se presenta como una de las tecnologas de produccin energtica ms benignas para con el medio ambiente. El relativamente bajo impacto ambiental de las tecnologas asociadas a la produccin de paneles fotovoltaicos y la capacidad para convertir directamente la luz del sol en electricidad, sin emisiones de CO2, permiten vislumbrar una futura era solar para la generacin de energa en todo el mundo. Existen trabajos que plantean una red elctrica fotovoltaica mundial, que resolvera en gran medida el problema de la acumulacin de la energa fotovoltaica. La energa solar se enfrenta actualmente con diversos retos tecnolgicos, pero, sobre todo, con la dificultad de introducir en el mercado una fuente energtica con un precio del kWh alto si lo comparamos con otras tecnologas. Sin embargo, este alto precio va disminuyendo, estimndose que cada vez que se duplica la produccin el coste de la instalacin se reduce un 18%. En consecuencia, uno de los factores que permitiran la reduccin de precios es el

salto a una produccin a gran escala. La produccin de generadores fotovoltaicos de electricidad est experimentando unos crecimientos

considerables en los ltimos aos, permitiendo vislumbrar esa transicin a la produccin en masa. Sin embargo, durante los ltimos aos ha surgido un inconveniente relacionado con una de las etapas de produccin de los paneles fotovoltaicos: la escasez de silicio. Los paneles fotovoltaicos se componen bsicamente de silicio en un estado muy puro, denominado silicio grado semiconductor. La cadena industrial parte del mineral de cuarzo, del cual se extrae el silicio grado metalrgico. Este silicio se refina hasta obtener polisilicio, que se presenta en pequeas bolitas formadas por silicio grado semiconductor. A continuacin se forman lingotes de polisilicio; es decir, barras de silicio con una estructura cristalina determinada. El siguiente paso es la obtencin de obleas, resultantes de cortar los lingotes de silicio en finas rodajas. Con estas obleas se fabrican las clulas solares fotovoltaicas, capaces de producir electricidad y que finalmente se agrupan y empaquetan en los paneles solares, que son las unidades comerciales de produccin de energa solar fotovoltaica. Hasta hace unos aos, el silicio grado semiconductor se ha refinado para uso mayoritario de la industria microelectrnica. Al crecer la industria fotovoltaica y aumentar por tanto las necesidades de material base, la industria del silicio no ha sido capaz de adaptarse a esta situacin, vindose incapaz de satisfacer las necesidades de la industria fotovoltaica y microelectrnica simultneamente. As pues, a pesar de que las factoras de clulas y paneles solares han experimentado un fuerte aumento de sus capacidades de fabricacin y de la demanda creciente de paneles solares, empiezan a manifestarse los efectos de la carencia de materia prima.

CENTRALES FOTOVOLTAICAS Se denomina energa solar fotovoltaica a la obtencin de energa elctrica a travs de paneles fotovoltaicos. Los paneles, mdulos o colectores fotovoltaicos estn formados por dispositivos semiconductores tipo diodo que, al recibir radiacin solar, se excitan y provocan saltos electrnicos, generando una pequea diferencia de potencial en sus extremos. El acoplamiento en serie de varios de estos fotodiodos permite la obtencin de voltajes mayores en configuraciones muy sencillas y aptas para alimentar pequeos dispositivos electrnicos. A mayor escala, la corriente elctrica continua que proporcionan los paneles fotovoltaicos se puede transformar en corriente alterna e inyectar en la red elctrica. Alemania es en la actualidad el segundo productor mundial de energa solar fotovoltaica tras Japn, con cerca de 5 millones de metros cuadrados de colectores de sol, aunque slo representa el 0,03% de su produccin energtica total. La venta de paneles fotovoltaicos ha crecido en el mundo al ritmo anual del 20% en la dcada de los noventa. En la Unin Europea el crecimiento medio anual es del 30%, y Alemania tiene el 80% de la potencia instalada de la unin. Los principales problemas de este tipo de energa son su elevado coste en comparacin con los otros mtodos, la necesidad de extensiones grandes de territorio que se sustraen de otros usos, la competencia del principal material con el que se construyen con otros usos (el slice es el principal componente de los circuitos integrados), o su dependencia con las condiciones climatolgicas. Este ltimo problema hace que sean necesarios sistemas de almacenamiento de energa para que la potencia generada en un momento determinado, pueda usarse cuando se solicite su consumo. Se estn estudiando sistemas como el almacenamiento cintico, bombeo de agua a presas elevadas, almacenamiento qumico, entre otros.

VIDA TIL DE UN PANEL SOLAR

Teniendo en cuenta que el panel carece de partes mviles y que las clulas y los contactos van encapsulados en una robusta resina sinttica, se consigue una muy buena fiabilidad junto con una larga vida til, del orden de 30 aos o ms. Adems si una de las clulas falla, esto no afecta al funcionamiento de las dems, y la intensidad y voltaje producidos pueden ser fcilmente ajustados aadiendo o suprimiendo clulas. Los paneles van protegidos en su cara exterior con vidrio templado, que permite aguantar condiciones meteorolgicas muy duras tales como el hielo, la abrasin, cambios bruscos de temperatura, o los impactos producidos por el granizo. Una prueba estndar para su homologacin consiste en lanzar (con un can neumtico) una bola de hielo de dimensiones y consistencia preestablecidas al centro del cristal.

CONCENTRADOR FOTOVOLTAICO: LA TECNOLOGA ACTUAL

CONCENTRACIN FOTOVOLTAICA

Se refiere a una tecnologa que desarrolla un principio muy ingenioso, la cual trata de concentrar la radiacin solar antes de hacerla incidir sobre una superficie en la que se d el efecto fotoelctrico que genere la electricidad.

BREVE HISTORIA DEL CONCENTRADOR FOTOVOLTAICO

En 1980, slo unos aos despus del desarrollo de los primeros concentradores fotovoltaicos en los laboratorios Sandia de EEUU, se construy en Madrid un prototipo que contaba con 144 concentradores Fresnel. Este concentrador daba una potencia de 1 KWp y se instal en la Ciudad Universitaria bajo el sello de El Corte Ingls que aport los fondos.

La idea de los CPV es muy simple e ingeniosa. En vez de exponer directamente las caras superficies fotovoltaicas a la radiacin solar, se recolecta una gran cantidad de radiacin mediante espejos o lentes que son muchsimo ms baratos que los materiales fotovoltaicos. La tecnologa de concentradores fotovoltaicos CPV (Concentrator Photo Voltaic) ha salido de la fase de prototipo de laboratorio para ser una realidad, con proyectos de megawatts en construccin alrededor del mundo. Paradjicamente, mientras que el recurso renovable ms abundante es el sol, hoy en da es el ms escasamente utilizado. Uno de los mayores desafos ha sido obtener la conversin de energa solar en energa elctrica de forma rentable. Histricamente, la captacin de fotones para la generacin de electricidad ha sido opacada por los altos costos comparados con la generacin de energa por medios tradicionales. CPV es una tecnologa joven; sin embargo, ha tenido un desarrollo significativo en los ltimos tres aos. En este corto plazo el nmero de compaas desarrollando esta tecnologa han aumentado en forma acelerada. Estudios demuestran que esta tecnologa puede ser implementada en al menos un tercio de la superficie de la Tierra. Adems, ser una tecnologa de alta eficiencia y bajo costo. Uno de los factores ms importante que afecta el costo de este sistema es la eficiencia (capacidad de transformar la luz solar en electricidad). El otro gran factor son los costos de manufactura (donde la economa de escala ayuda a reducir los costos).

INTRODUCCIN A ESTA TECNOLOGA

Los Concentradores Fotovoltaicos convierten la luz solar en electricidad, as como las otras tecnologas fotovoltaicas, pero con algunas importantes diferencias:

1) Los CPV utilizan una tecnologa de celdas diferentes, de alta eficiencia,

no de silicona. La eficiencia puede llegar al 40% o ms, utilizando una fraccin de los materiales utilizados en las celdas convencionales

2) Los sistemas CPV usan elementos pticos (espejos o lentes) para

colectar y concentrar la luz solar en pequeas celdas de alta eficiencia. Esto es, que el espejo primario recibe la luz solar, enfocndola hacia un espejo secundario, del cual reflecta los rayos solares concentrados a una celda de alto rendimiento.

3) Los CPV incorporan sistemas de seguimiento de doble eje. Esto permite

mantener los concentradores fotovoltaicos alineados con el sol durante el da. Siguiendo el sol desde el amanecer hasta el atardecer, los sistemas CPV producen energa manteniendo niveles de alta eficiencia incluso durante las horas de mayor demanda.

A pesar de la gran demanda de los paneles solares, existe en la actualidad otro tipo de sistema que por sus caractersticas pronto reemplazar a los paneles convencionales; esta es la tecnologa de los CPV que es mucho menos conocida y en cuyo desarrollo fue pionera Espaa, concretamente un

grupo de investigadores de la Universidad Politcnica de Madrid, que hace treinta aos dise y construy uno de los primeros prototipos del mundo. Esta tecnologa nos permite concentrar el sol de 500 a 1000 veces, teniendo como resultado una alta eficiencia en la produccin de energa elctrica muy cercana al 40%, comparado contra el de los sistemas fotovoltaicos a base de silicio que tan solo logran de un 13 a un 18% de eficiencia. La eficiencia a la que nos referimos es real y no terica. Manteniendo la comparacin anterior, tenemos que las clulas concentradoras nos permiten producir en un centmetro cuadrado, la misma cantidad de electricidad que los paneles fotovoltaicos a base de silicio producen en un metro cuadrado. Es decir, se reduce el espacio a ocupar en 100 veces

CUL ES EL CONSUMO MUNDIAL DE ENERGA?

El Sol produce una enorme cantidad de energa: aproximadamente 1.1 x 10 20 Kilowatios hora cada segundo (1 Kilowatio hora es la energa necesaria para iluminar una bombilla de 100 Watios durante 10 horas). La atmsfera exterior intercepta aproximadamente la mitad de una billonsima parte de la energa generada por el sol, o aproximadamente 1.5 trillones

(1.500.000.000.000.000.000) de Kilowatios hora al ao. Sin embargo, debido a la reflexin, dispersin y absorcin producida por los gases de la atmsfera, slo un 47% de esta energa, o aproximadamente 0.7 trillones

(700.000.000.000.000.000) de Kilowatios hora alcanzan la superficie de la tierra.

Esta energa es la que pone en marcha la "maquinaria" de la Tierra. Calienta la atmsfera, los ocanos y los continentes, genera los vientos, mueve el ciclo del agua, hace crecer las plantas, proporciona alimento a los animales, e incluso (en un largo perodo de tiempo) produce los combustibles fsiles.

La cantidad de energa que se consume en el mundo anualmente es aproximadamente 85 billones (85.000.000.000.000) de Kilowatios hora. Esto es lo que se puede medir; es decir, la energa que se compra, vende o comercializa. No hay forma de saber exactamente qu cantidad de energa no comercial consume cada persona (por ejemplo cuanta madera se quema, o que cantidad de agua se utiliza en pequeos saltos de agua para producir energa elctrica). Segn algunos expertos esta energa no comercial puede constituir como mucho una quinta parte del total de energa consumida. Aunque fuera este el caso, la energa total consumida por el mundo significara slo 1/7.000 de la energa solar que incide la Tierra cada ao. sobre la superficie de

EJEMPLO DEL CLCULO DE UN CPV

Si se tiene un panel fotovoltaico de diez metros cuadrados y se expone a la radiacin solar, se est transformando en electricidad la radiacin que incide en una superficie de diez metros cuadrados. Si cada m 2 de material fotovoltaico cuesta aproximadamente $17,300 MXN el captador costar $173,000 MXN. Ahora bien, si se construye un espejo de 10 m 2 por un coste de $17,300 MXN aproximadamente y mediante l se concentra la racin que incide sobre una superficie fotovoltaica de 1 m2, se estn gastando $34,600 MXN y sin embargo se recolecta tambin la radiacin de 10 m2. En eso se basa la concentracin fotovoltaica, en concentrar la radiacin antes de hacerla incidir material fotovoltaico. sobre el

LENTES FRESNEL

La radiacin se puede concentrar utilizando espejos o lentes. Este ltimo sistema tiene grandes ventajas, pues las lentes no deben ser perfectas en el sentido de que no es necesario que concentren la radiacin en un punto, sino en una superficie, lo que ha dado lugar a diseos (llamados lentes de Fresnel) bastante baratos.

El concentrador de la UPM posea 144 lentes Fresnel y debajo de cada una de ellas una pequea superficie fotovoltaica sobre la que incida la radiacin y se transformaba directamente en electricidad.

NUEVOS DESARROLLOS

Hoy la UPM sigue trabajando en concentracin fotovoltaica, pues representa una tecnologa limpia que conjuga las ventajas del efecto fotoelctrico con las de la concentracin solar, buscando abaratar costos y aumentar los rendimientos. Los primeros diseos posean una ratio de concentracin de 10x (concentraban 10 m2 de radiacin sobre 1 m2 de superficie) y los nuevos diseos poseen una capacidad de concentracin de 1000x (como se menciona anteriormente), como el del microconcentrador RXI de 10 cm de dimetro y celda fotovoltaica de tan solo 3 mm, que poseen rendimientos muy esperanzadores.

El apoyo pblico que reciben estas lneas de investigacin es escaso y la I+D casi inexistente, lo cual impide que maduren productos para su plena implantacin en el mercado de la energa solar. No obstante ya hay algunas empresas que les ofrecen a sus clientes paneles fotovoltaicos concentradores a partir de lentes Fresnel y en Espaa funcionan incluso algunas huertas solares basadas en esta tecnologa, que como vemos presenta numerosas ventajas frente a la tecnologa fotovoltaica tradicional.

En la actualidad se muestra una mayor atraccin por la concentracin fotovoltaica que hacia los paneles solares convencionales, por lo que supone de innovacin, por su fiabilidad, pues genera unos dispositivos que casi no precisan mantenimiento, limpios y duraderos y porque supone un

aprovechamiento impecable tanto de la radiacin solar (al concentrarla) como de las caras superficies fotovoltaicas, que son sometidas hasta a 1000 veces la radiacin natural. Otra de las caractersticas de los concentradores es que son reciclables en un 97% al estar compuestos de vidrio y aluminio, materiales con los cuales se cuenta en abundancia y no estn sujetos a que provoquen escasez como el caso del silicio, material que es la base de la tecnologa anterior. Es importante subrayar que la tecnologa de concentracin resiste medios ambientes de altas temperaturas sin perder su eficiencia, mientras que los fotovoltaicos a base de silicio, a las temperaturas de nuestro pas reducen su rendimiento en un 30%. De esta manera, reemplazando costosos materiales para la produccin de paneles fotovoltaicos con materiales pticos (espejos) y utilizando celdas fotovoltaicas de alta eficiencia, adems de sistemas de seguimiento solar, podra resultar en una alta generacin de electricidad con un costo de produccin menor que con otras tecnologas solares. Esto aplicado a regiones con altos recursos solares en el planeta. (Chile posee uno de los territorios ms frtiles en este sentido).

Los concentradores tienen una vida til de 25 aos CONCENTRADOR FOTOVOLTAICO DE IBM

IBM ha usado sus conocimientos en enfriamiento de chips para computadora en un diseo de concentracin solar altamente efectivo. La prueba a escala del diseo muestra un incremento de la magnitud de energa solar saliente de una clula solar. Otros diseos han desarrollado concentradores fotovoltaicos con lentes de concentracin similares, tpicamente agrupados con un dispositivo de rastreo.

La parte refrigerante del diseo de IBM es la mejor: algo a lo que supuestamente ningn diseador ha llegado. El truco yace en la habilidad de IBM de refrigerar las pequeas clulas solares. Concentrar el equivalente de 2000 soles en un rea tan pequea genera suficiente calor como para derretir el acero inoxidable, algo que les ha sucedido a los investigadores en sus experimentos. Pero al pedir prestadas innovaciones para la refrigeracin de chips de computadora de su propio equipo, pudieron refrigerar las clulas solares de ms de 1600 grados Celsius a solo 85 grados Celsius. El resultado inicial de este proyecto ser presentado en la conferencia n 33 de los Especialistas en Fotovoltaica, donde los investigadores de IBM detallaran como su interfaz refrigerante de metal lquido es capaz de transferir calor desde las clulas solares a una chapa refrigerante de cobre en el modo ms eficiente que jams se haya visto hasta el momento.

CENTRALES

FOTOVOLTAICAS

CON

CONCENTRADORES

EN

ESPAA

Las clulas solares fotovoltaicas convierten la luz del Sol en electricidad, y en los ltimos aos se han construido en Espaa algunas de las mayores centrales fotovoltaicas del mundo.[] En diciembre de 2009, las mayores plantas fotovoltaicas en Espaa son el Parque Fotovoltaico Puerto llano (70 MW), Parque Fotovoltaico Olmedilla de Alarcn (60 MW), Planta Solar Arnedo (30 MW), Parque Solar Mrida/Don lvaro (30 MW), Planta Solar La Magascona y La Magasquilla (30 MW), Planta solar Fuente lamo (26 MW),

Planta fotovoltaica de Lucainena de las Torres (23,2 MW), Parque Fotovoltaico Abertura Solar (23,1 MW), Parque Solar Hoya de Los Vicentes (23 MW), Huerta Solar Almaraz (22,1 MW) y Parque solar Calveron (21 MW).Ejemplos de Centrales Fotovoltaicas en Espaa:[ CENTRALES

FOTOVOLTAICAS

CON

CONCENTRADORES

EN

ESTADOS UNIDOS

La empresa SCHOTT Solar ha desarrollado un nuevo tipo de mdulo fotovoltaico policristalino con una potencia de 225 vatios. SCHOTT Solar es una compaa lder en Estados Unidos en la produccin de paneles y concentradores solares y la produccin de los nuevos concentradores de 225 vatios complementa la habitual produccin de la compaa que cuenta con paneles y concentradores de 165, 175 y 300 vatios. Mac Moore, representante de SCHOTT Solar Inc. afirma que la introduccin en el mercado de un mdulo de 225 vatios podr satisfacer la demanda de los sectores comerciales y residenciales, ya que este mdulo tiene el tamao ideal para estos lugares. La empresa, que actualmente lleva a cabo la produccin de paneles solares y concentradores fotovoltaicos en su sede Solars Billerica, en Massachusetts, abri una nueva fbrica en Albuquerque, Nuevo Mxico, donde se fabrica el nuevo concentrador llamado SCHOTT Solar Poly 225. SCHOTT Solar asegura que la fbrica de Albuquerque que se encuentra funcionando desde el ao 2009 tiene una produccin anual de 70 megavatios en tecnologa solar fotovoltaica.

CENTRALES

FOTOVOLTAICAS

CON

CONCENTRADORES

EN

ALEMANIA

Las energas renovables en Alemania representaban en el 2005 ms del 8% del suministro elctrico del pas.[] Los planes del Gobierno federal son que para este ao se suponga un 13% y lleguen al 20% en el 2020.[] La importancia econmica de esta industria ha aumentado notablemente. En el 2004 haba 130.000 personas empleadas en el sector de las energas renovables en el pas, especialmente en empresas pequeas y de mediano tamao. Alemania desde el 2004 es el primer productor mundial de energa solar fotovoltaica (363 MW), superando a Japn (280 MW), con cerca de 10 millones de metros cuadrados de colectores de sol, que representa menos del 1% de su produccin energtica total. La mayor central de energa solar del mundo se inaugur en julio de 2005 en Franconia, Baviera. El complejo se llama Bavaria Solarpark y sus paneles solares cubren una superficie de 250,000 m. La segunda central ms grande del mundo tambin est en Alemania. Con 33,500 paneles solares modulares monocristalinos y una capacidad de produccin de 5 megavatios. El mayor fabricante europeo de productos fotovoltaicos es la compaa alemana RWE SCHOTT SOLAR con sede en Alzenau (Baviera). Esta compaa posee la planta de produccin fotovoltaica ms moderna y completamente integrada del mundo. El modelo alemn se caracteriza por la fuerte presencia de pequeas instalaciones con importantes ventajas derivadas fundamentalmente de las menores prdidas debidas al transporte.

CENTRALES

FOTOVOLTAICAS

CON

CONCENTRADORES

EN

BRASIL

El proyecto de concentradores fotovoltaicos en Brasil nace como continuacin al trabajo desarrollado por un integrante de GEA Matas Irles, en donde se estudi la factibilidad de implementacin de este tipo de concentradores solares de bajo costo en el techo de una casa para Chile, a travs de la construccin e instalacin de un sistema formado por CPVs. El modelo utilizado se bas en el desarrollado por la ONG brasilea Sociedade do Sol (SoSol). sta ha tenido un enorme xito en el diseo, implementacin y difusin de colectores solares de bajo costo en Brasil con el proyecto Colector Solar de Bajo Costo (CSBC), presentado pblicamente hace pocos aos. El CSBC est pensado para ser utilizado en climas tropicales y subtropicales en Brasil. Debido a su forma constructiva (que descarta el uso de un cajn aislado y una cubierta de vidrio) no es apto para climas muy fros.

Ejemplos de Centrales Solares:

CENTRALES

FOTOVOLTAICAS

CON

CONCENTRADORES:

PROYECTO DURANGO

Concreta el Gobierno de Durango inversin espaola para el aprovechamiento de energa solar. Dado que nuestra entidad presenta excelentes condiciones para el aprovechamiento de energa del sol, la empresa espaola Otras Producciones de Energa (OPDE), invertir en Durango para la instalacin de 45 huertos solares fotovoltaicos de un mega-watt cada uno, que incluye la instalacin de tres empresas de desarrollo de ingeniera y produccin de seguidores solares con materias primas de la localidad, en un plazo de tres aos. El gobernador firm un acuerdo con Alejandro Chvez y Gustavo Carrero, miembros del Consejo de Administracin de la OPDE, as como el asesor Teodoro Krap, a fin de respaldar la intencin de inversin de esta empresa que en un plazo de tres aos representa la generacin de 150 empleos. Para este 2010, OPDE instalar su primer huerto solar de un mega-watt, energa equivalente al suministro de corriente elctrica para mil hogares, por lo que al cumplirse la meta de 45 complejos, la produccin ser de 45 mil mega-watts. Este grupo industrial es una de las principales empresas europeas en la generacin de energa solar fotovoltaica; cuenta con facturacin de diez mil millones de pesos, con plantas en Espaa, Italia, Grecia y Estados Unidos. Este proyecto se integra al desarrollo de clster solar en Durango que integrar la cadena productiva para la fabricacin de los medios y la generacin de energa en nuestra entidad.

AGOSTO

SEPTIEMB RE

OCTUBRE

NOVIE MBRE

DICIEMBRE

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1 7

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1. Revisi n del Protocol o 2. Integra cin de Equipos 3. Asig naci n de Proy ecto s 4. Inve stiga cin Preli min ar 5. Marco

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Terico 6. P

Propue sta de Metodo loga 7. Revisin 8. Elabora cin del Cronog rama 9. Metodo loga de Investig acin 10. Estructur a de la Propuest a 11. Introducc in 12. Revisin del Marco Terico 13. Descripci n del Problem a 14. Des arrol

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lo de Hip tesis 15. Des arrol lo de Obje tivos 16. Desarroll o de Justificac in 17. Limitante s 18. Imp acto Soci al, Eco nm ico, Amb ient al 19. Met odol oga a Utili zar 20. Inge nier P R P R P R P R P R P R

a del Proy ecto 21. Sele cci n de Equi po 22. Rec urso s Mat erial es y Hum ano s 23. Eval uaci n del Proy ecto 24. Cro nogr ama Fina l 25. Plan de Trab ajo 26. Fue ntes P P P P P P R

de Infor maci n 27. Anexos 28. Pres enta cin del Proy ecto P P