En la actualidad, el hombre ha buscado diversas alternativas para utilizar los recursos naturales de forma más eficiente. Tal es el caso de las energías renovables, dentro de esta clasificación encontramos la energía solar. Conoce con nosotros ¿Cómo funcionan los paneles solares?.
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Definición de Energía solar
Para comprender muy bien ¿cómo funcionan los paneles solares?, es indispensable saber con precisión qué es la energía solar. En palabras muy simples, podemos decir que la energía solar es esa que proviene del sol. El origen de dicha energía es producido por una reacción nuclear de fusión, y también a las intensas condiciones de gravedad a las que se encuentra sometido.
El sol está formado primariamente por hidrógeno que, en condiciones muy específicas puede fundirse para producir helio. Este proceso libera una energía tremenda, que germina desde el corazón de las estrellas y se propaga en el espacio por miles de millones de años.
La Tierra se encuentra relativamente cerca del sol, es por esto que recibe su energía de diferentes formas. Por lo tanto, la atmósfera y la magnetosfera filtran muchas radiaciones solares dañinas, pero permiten que pasen las longitudes de onda correspondientes a la luz visible e infrarroja. De esta manera, lo que obtenemos en mayor cantidad es luz y calor.
Por lo tanto, es bien sabido que la energía solar se ha convertido en una importante función motora para el modo de vida conocido por el hombre. Los rayos del sol tienen los efectos más extensos sobre la superficie de la tierra: formación de nubes, viento, lluvia o cambios climáticos.
La humanidad siempre ha querido encontrar y establecer la forma más variada de usar esta energía y transformarla en apoyo para la vida en la Tierra. Por lo tanto, las tecnologías que extraen esta energía del sol y la convierten en energía para uso humano, están creciendo diariamente. La energía solar se utiliza para generar electricidad, calentar el agua, entre otros usos que facilitan la vida de los seres humanos.
¿Cómo funcionan los Paneles Solares?
Ahora es el momento de aprender cómo funcionan los paneles solares. El funcionamiento de estos se basa en el efecto fotovoltaico, que ocurre cuando la radiación solar afecta la generación de energía en materiales semiconductores, procesados adecuadamente.
Cuando el panel se expone a la radiación solar, diferentes cantidades de luz transmiten su energía a los electrones en el material semiconductor. En ese momento, pueden romper la barrera de la unión P-N y dejar el semiconductor a través de un circuito externo.
Para capturar la energía del sol y convertirla en energía eléctrica, debe haber un proceso que involucra varias partes. Primero, los cristales del material semiconductor se procesan, para que cada uno de ellos tenga carga positiva y negativa. De esta forma, se logra que la batería tenga carga y capacidad de generar energía. Luego, se colocan en el panel y con cables conductores para entrelazarlos y unirlos.
Cuando esas baterías cristalinas se exponen directamente a la luz, la energía del sol moverá los electrones de la parte cargada negativamente de la batería a la parte cargada positivamente. De esta manera, debido a los efectos de la luz solar y los materiales utilizados para ensamblar la batería, generamos corriente de un punto a otro.
Las células fotovoltaicas se pueden combinar de muchas maneras diferentes, para lograr el voltaje y la potencia requeridos. De esta manera, se puede lograr la conversión final de la energía solar en energía consumible.
¿Cómo utilizar la energía solar en el hogar?
Una vez que la energía solar es capturada por las distintas celdas y convertida en energía eléctrica, esta corriente debe desviarse y adaptarse a las necesidades del hogar. Además de los paneles solares, existen otros dispositivos necesarios para completar el sistema fotovoltaico.
Inversor
Este es el núcleo del sistema en el que la energía eléctrica se gestiona de acuerdo con la demanda y la producción. El dispositivo convierte la alimentación de corriente continua de la batería a una alimentación de corriente alterna de 230 Voltios y 50 Hertz. Proporciona la energía necesaria en cualquier momento.
Debido a la demanda excesiva o la falta de protección de la batería, busca ayuda de fuentes externas para administrar la energía de la batería y operar como cargador en este último caso.
Batería
Una vez que se ajusta la potencia del panel, fluirá hacia la batería, que es una batería que almacena energía eléctrica para que pueda usarse en otros momentos. El marketing se basa en la capacidad de almacenar energía y la medida es en Amperios hora.
Regulador de carga
La función de este dispositivo es la de proteger a la batería, en caso de sobrecarga o descarga profunda, lo que afectará el sistema de almacenamiento y acortará su vida útil. Cuando el sistema comienza a usarse y la batería que se va a descargar se conecta nuevamente al sistema, cuando la batería se está cargando, el regulador controlará continuamente el voltaje de la batería desconectando el circuito entre el panel y la batería, interrumpiendo así el proceso de carga.
¿Cómo se genera electricidad partiendo de la energía solar?
Cuando hablamos de la energía solar como energía renovable, también debemos mencionar el hecho de tener transductores, que puedan convertir varias formas de energía natural, en energía que pueda ser utilizada por los humanos. El más utilizado es la electricidad creada a partir de la energía solar.
Para convertir la energía solar en energía que se pueda utilizar en la vida diaria, se hace necesaria una célula fotoeléctrica. Es un dispositivo electrónico que puede convertir la energía de la luz en energía eléctrica, mediante un proceso que lleva por nombre “efecto fotoeléctrico”. El proceso ocurre de la siguiente manera: la luz llega en forma de fotones, golpea una superficie hecha de silicio (panel solar) y finalmente emite electrones, que generan electricidad cuando se capturan.
Actualmente, se han utilizado células fotovoltaicas de doble faz, que pueden duplicar la eficiencia y expandir la superficie expuesta a la luz solar, con la ayuda de superficies reflectantes. Estas células se denominan paneles solares fotovoltaicos. La tecnología utilizada por dichos paneles es muy compleja, avanzada y precisa. Para el momento, son escasas las empresas que cuentan con la capacidad y los recursos necesarios para fabricarlos.
¿Qué son los Paneles Solares?
Para convertir la energía solar en energía que se pueda aplicar a la vida diaria, es necesario contar con una celda o célula fotovoltaica.
Las células solares o las células fotovoltaicas, son pequeñas baterías hechas de materiales semiconductores (como silicio cristalino o arseniuro de galio), y pueden actuar como conductores eléctricos o aislantes dependiendo de su estado. Por lo general, los paneles solares que encontrará en el mercado están fabricados a base de silicio.
Las células solares no pueden producir grandes cantidades de energía por sí mismas, por lo que varias de estas células solares se combinan para formar un panel solar. Dependiendo del tamaño y la potencia de los paneles solares fotovoltaicos, hay de 36 o más celdas.
Esto quiere decir que un panel solar es realmente una placa grande con muchas células solares. Si una unidad convierte la energía solar en energía eléctrica, el panel puede hacer que produzca suficiente energía para uso doméstico.
Tipos de Paneles Solares
Existen diversos tipos de paneles solares, dependiendo de su tecnología, capacidad, tamaño, entre otros parámetros. En saber de todo tenemos un artículo en el que te explicamos detalladamente los tipos de paneles solares. Algunos de estos tipos son:
Monocristalinos
Los paneles solares de silicio monocristalino son la tecnología más antigua, pero son, por mucho, los más desarrollados. Como su nombre indica, están hechos de cristal único de silicio puro. Estos tipos de paneles están hechos de silicio de alta pureza y, por lo tanto, tienen la mayor eficiencia. La eficiencia de estos paneles supera el 15% y en algunos casos por encima del 21%.
Además, normalmente superan a los paneles policristalinos, con características similares, en condiciones de poca luz. Tienen una vida útil de unos 25 años, por lo que son un poco más costosos que el resto.
Policristalinos
La fabricación de paneles fotovoltaicos policristalinos es más sencilla, lo que reduce el precio. Los fabricantes no necesitan pasar por un proceso lento y costoso, solo colocan las semillas de vidrio en un molde de silicio fundido y lo dejan enfriar. Es por eso que los cristales alrededor de las semillas no son uniformes.
Desde un punto de vista económico, es más ventajoso para los hogares usar placas policristalinas o incluso de capa delgada, aunque la eficiencia es menor (aproximadamente 13% a 16%) en comparación con las placas monocristalinas. Por lo tanto, debe haber más espacio para acomodar paneles más grandes para lograr el mismo rendimiento que los paneles de cristal individuales.
Paneles fotovoltaicos de capa delgada
En este tipo de panel, todo lo que hay que hacer es depositar varias capas de material fotovoltaico sobre el sustrato. Dependiendo de los materiales utilizados, las personas podrán toparse en este caso con capas delgadas de silicio amorfo (a-Si), telururo de cadmio (CdTe), cobre, indio, galio y selenio (GIS / CIGS) o células fotovoltaicas orgánicas (OPC).
Estos paneles son livianos y por lo general, no se ven afectados por problemas de sombreado u obstáculos y condiciones de poca luz, que puedan desmejorar su rendimiento. Pueden ser muy flexibles, lo que los hace adecuados para una variedad de superficies.
Aplicaciones de la energía creada a partir de Paneles Solares
Existen muchas aplicaciones posibles de la energía procesada por las celdas solares, desde lo más simple hasta aplicaciones mucho más complejas, a continuación te describiremos algunas de ellas.
Aplicaciones autónomas
Las aplicaciones autónomas son las que no conectan paneles solares que no requieren estar unidas a una red, sino que proporcionan la energía al sitio donde recolectan la energía solar.
Dentro de esta clasificación encontramos la espacial, que es la que se utilizan para generar la energía que utilizan los satélites y estaciones espaciales que se encuentran orbitando la Tierra. También se usa en zonas rurales y hogares para abastecer de energía a los sistemas de telecomunicación, alumbrado público, entre otros.
Aplicaciones en red
Por otra parte, en las aplicaciones de red, la energía generada por los paneles solares no se consume automáticamente, sino que se vende a los gerentes de energía en los países relevantes. Por ejemplo, dispositivos de paneles solares a gran escala para generar electricidad, y granjas solares o edificios fotovoltaicos que se han preparado para mejorar la eficiencia energética a través de la energía generada del sol.
Instalación de los Paneles Solares en la casa
Ya que sabes cómo funcionan los paneles solares, es probable que quieras instalar uno en tu hogar o sitio de trabajo. A continuación te vamos a explicar algunos factores a tener en cuenta.
Consumo actual de energía
Es importante conocer el consumo eléctrico que se tiene actualmente en el hogar. Esto es de gran utilidad para seleccionar el panel solar más adecuado, según las necesidades de consumo.
Orientación
Mientras más luz solar reciban al día, los paneles tendrán la capacidad de procesar más electricidad. Es por esto, que es de suma importancia buscar la orientación precisa para que los paneles solares funcionen correctamente. Como dato básico podemos decir que si te encuentras en el Hemisferio Norte lo más recomendable es que orientes tus paneles hacia el Hemisferio Sur; si te encuentras en el Hemisferio Sur, entonces orienta los paneles al Hemisferio Norte.
Sombra
Tienes que cerciorarte de que el techo de tu hogar (o el sitio que tengas destinado para colocar las celdas solares) reciban suficiente luz y no tengan objetos que le hagan sombra.
Estado del techo
El techo debe estar en óptimas condiciones para poder soportar a los paneles solares, esto evitará que debas instalar y desinstalar los paneles para hacer mantenimiento a los techos.
Asesoría profesional
Lo más recomendable es que busques a un asesor especialista en la instalación de estos dispositivos. Dicho especialista tiene todos los conocimientos necesarios para instalar de forma adecuada los paneles solares y permitir su correcto funcionamiento.
Limpieza
Si no limpiamos adecuadamente los paneles solares, estos pueden reducir su funcionamiento en un 5%. Si se acumula polvo u hojas sobre los paneles, se pueden limpiar fácilmente con agua.
Mantenimiento
El inversor debe ser reemplazado luego de 10 años; en el caso de los paneles, estos suelen tener 25 años de garantía. Para verificar correctamente el estado de los equipo, debemos llamar a un técnico especializado para que revise el sistema completamente, cada 4 a 7 años.
Valor del hogar
La instalación de este tipo de equipos aumenta el valor de la casa, de la misma forma que cualquier mejora realizada a la estructura de la misma.
Ventajas y desventajas de los Paneles Solares
Como todos los artefactos tecnológicos, los paneles solares presentan ventajas y desventajas. A continuación te nombraremos algunas.
Ventajas
Las celdas solares poseen un gran número de ventajas, que los hacen una de las alternativas más sólidas para garantizar un mejor futuro.
La ventaja más evidente es que producen energía de forma inagotable, esto gracias a que transforma la energía solar en electricidad. Estamos hablando entonces, de la utilización de una energía renovable e inagotable.
La energía solar no tiene el riesgo de desaparecer, lo que significa que no debemos preocuparnos, porque (al menos en millones de años) se trata de un tipo de energía que no se va a agotar. Descubre más sobre este tipo de energía y otras en: principales fuentes de energía.
Otro factor importante, es que se trata de una forma muy limpia de producir energía. En la sección que explicamos ¿cómo funcionan los paneles solares?, detallamos su funcionamiento y en ningún proceso se requieren procesos químicos o combustión. No emiten sustancias que puedan contaminar a la atmósfera, lo que significa que no producen gases de efecto invernadero, los cuales favorecen el cambio climático.
Utilizando paneles solares generamos una cantidad menor de desechos. Los combustibles fósiles, normalmente empleados para la obtención de energía, dejan grandes cantidades de residuos tóxicos que pueden contaminar el ecosistema.
Las plantas nucleares son otro método para conseguir energía, las mismas han creado catástrofes de gran magnitud que han traído enormes daños, que en algunos casos han sido irreversibles. Con la implementación de paneles solares, esto no ocurre.
Las celdas solares sirven para llevar energía a zonas muy remotas a las que normalmente no llega el tendido eléctrico. Se pueden instalar a gran escala, lo que permite producir energía en gran cantidad. También ayudan a disminuir los gastos por concepto de alumbrado público, en fin, las posibilidades son infinitas.
Son de instalación relativamente sencilla, no necesitan de un mantenimiento extremadamente complicado y tienen una vida útil de 20 años aproximadamente. Las labores antes mencionadas crean nuevas vacantes de trabajo, lo cual representa una gran ventaja para el ámbito socio económico.
Desventajas
Como todas las innovaciones tecnológicas, la utilización de paneles solares puede traer algunos inconvenientes o desventajas que te detallamos a continuación.
Es una energía que tiene muy poca implementación y cuenta con un apoyo muy escaso de las compañías energéticas. En países como España, la energía solar representa una cuota muy pequeña. Los paneles solares necesitan una posición determinada, que les permita captar los rayos solares correctamente y, de esta forma, funcionar a su máximo rendimiento.
La inversión inicial es un poco elevada, estamos hablando de unos 7.000 euros aproximadamente, aunque se han creado unos igual de eficientes a un menor costo. Finalmente, algunos paneles solares crean un gran impacto visual en el paisaje; es por esto que normalmente son ubicados en zonas desérticas, además, por la forma como funcionan los paneles solares, su rendimiento es superior en ambientes como estos.
En este artículo has aprendido cómo funcionan los paneles solares, te invitamos a que leas este interesante artículo, en el que te explicamos cómo hacer tu propio panel solar casero.
