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Energía solar fotovoltaica
- BIT - Abril 1979 cha célula iluminada. Una parte de la radiación incidente se reflejará en la superficie y el resto penetrará en el ,"olumen del semiconductor, donde los !o!ones de energía mayor que la anchura de la banda prohibida del semiconductor podrán ser absorbidos por electrones de la banda de valencia qne pasarán a la banda de condncción, generándose UD par de portadores electrón,hueco. Los electrones y huecos generados en la rona de carga de espacio y en sus proximidades son separados por el campo eléctrico de la uniÓD pon y obligados a circular por la carga tal como se ve en la Fig. 2. 1 La comente producida de esta forma es la fotocomente, 1" que es proporcinal a la intensidad de la radiación incidente. Aunque la fotocomente no depende de la tensión en los terminales de la célula, en el caso de que esta tensión exista, circulará por la célula además la comente normal de UD diodo de unión pon polarizado, Id" Esta corriente de oscuridad tiene sentido contrario al de la fotocomente y, por tanto, la Fig. 1. Celula solar para empleo en concentracion. diseñada y fabricada en el La. boratorio de Semiconductores de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros de. TelecQmunicacion de Madrid. 1 - Panel plano. comente total por el circuito externo será la suma algebraica de ambas. El comportamiento hasta aquí descrito de la célula solar queda representado por .1 circnito equivalente de la Fig. 3, en la que también se incluye la característica 1- V típica de una célula. 102 2 - Concentrador estático. 3 - Concentrador estático bifacial. SISTEMAS FOTOVOLTAICOS PARA USOS TERRESTRES 4 - Concentrador con seguimiento. 10-1 10 102 103 104 . La experiencia aeroespacial ha demostrado la fiabilidad y conveniencia de la conversión fotovoltaica como fuente de energía allí donde la ausencia de otras fuentes compense su elevado coste. La batalla para el uso terrestre de la energía solar fotovoltaica está, por tanto, fundamentalmente en la reducción del coste de los sistemas de conversión. Los programas de investigación y desarrollo en curso siguen dos filosofías bien diferenciadas. La primera consiste en el estudio de nuevos materiales intrínsecamente más baratos que el silicio monocristalino de grado electrónico y la segunda en el desarrollo de concentradores ópticos qne por reflexión o refracción concentren la luz solar sobre las células, aumentando la potencia extraída de cada una de ellas proporcionalmente a la concentración. Con esta solución se sustituye área de células solares caras por materiales actualmente mucho más baratos. En la gráfica de la Fig. 4 se muestra la evolución del coste del Kw instalado para sistemas con y sin concentra 5 - concentrador dicroico. 10 Fig. 4. Comparacion del coste del KW instalado para distintos sistemas fotovolta.cos, en funcion del coste de las células. 25 vechamiento de la energía solar, recibiéndose annalmente en su snelo una energía de 10" tec (tonelada equivalente de carbón = 8.000 Kwh), mientras el consumo energético nacional dnrante 1976 fue de 10" tec, es decir, 1.000 veces menor. En los mejores días de sol brillante, la densidad de flujo energético (irradiancia) recibido a mediodía es aproximadamente 1 Kwjm". Por tanto, en esas condiciones, en el techo de UD camión (30 m") se recibe en un cuarto de hora la energía equivalente a un.litro de gasolioa (8 Kwh). La enelJ:Ía solar ha sido utilizada hasta el presente en forma mecánica (eólica, mareo motriz), química (biomasa), potencial (hidráulica) y radiante (radiación directa y difusa). En sentido restringido no se consideran "energía so)ar" otras formas de energía que, si bien tienen su origen en la radiada por el sol, no mantienen el cao rácter de inextinguibles (combustibles fósiles). CELULA SOLAR La radiación solar puede convertirse directamente en energí a eléctrica mediante dispositivos basados en el efecto fotovoltaico. La célnla solar es, sin duda, en la actualidad el dispositivo fotovoltaico más importante utilizado para la conversión directa de la energia solar en eléctrlcá. Con este fío las células solares han sido ampliamente utilizadas en aplicaciones espaciales, como li:eneradores casi perma BIT - Abril 1979 I L / liD = 15 exp ( q V - 1 ) kT V circuito ex,.,no corriente VM --. Voc V tipo n : unión: tipo p Fig. 2. Esquema ilustrativo de la generacion de fotocorrientes en una célula solar. 24 Fig.3. Circuito equivalente elemental y caracteristica I-V tipica de una álula solar. nentes de energia y con una alta relación energíajpeso en comparación con otros generadores. Prácticamente todas las células solares actualmente disponibles están constituidas por UDa UDión p-n, formada por difusión en una oblea. de silicio. La unión es muy superficial, con UD espesor típico de la capa difUDdida de 0,2 a 0,5 micras. El contacto eléctrico sobre la cara que va a ser iluminada ha de hacerse de tal forma que deje al descubierto la mayor parte de la superficie, para que la luz penetre en el semiconductor y se cnmpla a la vez la exigencia de proporcionar una baja resistencia serie. La solnción de compromiso que suele adoptarse con contactos en forma de malla, como los qne se muestran en la célula de la Fig. l. Habitualmente se cnbre la supefficie iluminada cn una capa antirreflexiva para aumentar la cantidad de energía. . absorbida por la célula. Para entender los mecanismos fundamentales de conversión de energía en una célula solar consideremos di- BIT - Abril 1979 Panel solar fotovoltaico de 1 Kw. Concentracion = 50 con lentes de Fresnel. Células de silicio. Sandia Labs., Alburqu",que. EE.UU. Energia solar fotovoItaica "El calor del universo está producido por el sol." LEONARDO DA VINCI Javier Eguren LA energía recibida d. el sol ha sido la fuente de vida en la Tierra desde su formaciÓD y lo seguirá siendo durante miles de millones de años. El origen de la enorme cantidad de energía radiada es la fusión miclear del hidrógeno en el interior del soL En los últimos años se viene padl>ciendo lo Que se ha dado en llamar UDa "crisis -energética", que se manifiesta en los anmentos sin precedentes del precio del petróleo, la iocertidnm Gerardo Lapa bre en el snmiuistro y la dependencia del mismo del equilibrio político. Adl>más se está desarrollando una creciente precopaciÓD ante el agotamiento de las reservas energéticas convencionales y la contaminación proveniente de la utilización de éstas y de las alternativas tecnológicamente desarrolla d a s (nuclear). En este contexto renace la idea latente durante siglos de utilizar la radiación solar como fuente de energía. La solar es una energía inextinguible, dispouible en todo lugar a UD coste nulo de la energia primaria, y cuyo aprovechamiento no es causa de contaminación. España cnenta con UDa situaciÓII geográfica privilegiada para el apro 23 23 ción en función del coste en $jm" de las células solares. Puesto que el coste aetual de las células solares está alrededor de 1.000 $jm", esto quiere decir que hoy los sistemas económicamente más competitivos son los qne utilizan concentración. Por el contrario, los nuevos materiales de bajo coste parecen la solución más idónea a largo plaw. En este sentido se están investigando el silicio policristalino y amorfo, nuevos métodos de crecimiento de cinta continua de silicio monocristalino y materiales como el sulfuro de cobre y sulfuro de cadmio, que podrian compensar UD bajo rendimiento con una drástica redncción de costes. En el caso de los sistemas con concentración se ha demostrado que los parámetros con mayor incidencia en el coste de la energía en barras son la eficiencia de las células, la eficiencia óptica de los concentradores y el coste del concentrador, siendo de segunda importancia el coste de las célnlas solares, tanto más cuanto mayor es la concentración. Dentro de la línea de concentración se están por ello investigando diferentes estructuras para células solares de silicio y de AsGa de BIT. Abril 1979 78 AJi<O 80 82 Células Silicio Eficiencia 13.5 16 18 $!m" 12.000 4.000 2.000 Subsistemas con- Eficiencia % 70 80 83 centración $!m" 1.000 270 200 3istema completo Concentración 30 50 50 Rendimiento 9.4 12.8 15 Volumen produc- ción. Kw 25 1.500 3.500 $!m" 1.400 350 240 $!W, 15 2.75 J.60 Tabla l.-Estado actual y previsiones para los proyectos de conversión fotovol"aica con concen"ración. según el Departamento de Energía de los EE.UU. pequeña (0-10), media (10-60) y alta (60-1.000) concentración. La tabla 1, que indica el estado actual y las previsiones del Departamento de Energía U.S.A. para los proyectos en curso de conversión fotovoltaio ca con concentración, es orientativa acerca del presente y del probable futuro de estos sist~mas. Los sistemas fotovoltaicos para uso ¿Federación A NT. E las negociaciones que se están llevando a cabo para constitui. una Federación de Colegios de Ingenieros y Arquitectus, la junta do Gobi..no del COITo tras eonsid.er.. los div",os aspectos de este asunto, desea abri. un debate ent,. los colegiados previo a una toma de decisión sob,. la conveniencia, o no, de inco.po...se a dicha Federación. El estado de la cuestión es el sieuiente: 1) Existe un dictamen, .ealizado por uo cated.ático de D..echo Administrati"0, en el que se mantiene la posibilidad legal de federa. los Colegios, en contra" de lo ..cogido en otro dictamen anterior (también de un cated.ático), donde se afirmaba rotundamente la improcedencia de federar entes de d..echo públóco del tipo de los Colegios. 2) El Cong.eso y el Senado deberán elaborar una nueva Ley de Colegios Profesionales, pues la actual está superada po. la realidad. En ella puede incluso revisarse la condición de entes públicos de los Colegios. . 3) Al amparo del dictamen favorable y sin que haya unos estatutos elaborados y aceptados, se acordó por mayoda en una reunión de Decanos presentar fonoal 26 de Colegios? mente ante la Presidencia del Gobierno la intención de federarse. El documento co.respondiente fne firmado por cinco Colegios de Ingenieros. Los cuatro restantes necesitamos estatutariamente el acuerdo de las luntas Generales, con independencia de que veamos claro u oscum el asunto. y el de Mquitectos no se decidirá hasta que se disponga de unos estatutos. Hasta aqui. una sintesis de la sitnación. Ahora pasamos a exponer los puntos cruciales de este tema. desde el pnnto de ,ista de la junta de Gobierno del COIT: a) Hasta -1a fecha no ha habido acuerdo en torno a unos estatutos específicos, pues los anteproyectos existentes o son demasiados vagos o invaden el terreno est..utario del Instituto de Ingenieros Civiles. b) Ya existe una Federación de organizaciones profesionales en. el campo de la ingeniería (el Instituto lo es de las Asociaciones), que estatut..iamente contempla la incorporación de los Colegios. lo cual simplificaría las estructuras interprofesionales. terrestre tienen un futuro prometedor dentro de aportación que la energía solar ha de hacer para salir de la crisis energética. Los trabajos de investigación y desarrollo qne se están Ilevando a cabo sobre estos sistemas son el mejor camino para avanzar, y en nuestros pais, que dispone de un alto nivel de insolación, deberían incrementarse los esfuerzos en este sentido. c) En el intento de fed..ar los Colegios, y a pesar de la insistencia de Telecomunicación, no está clara la politica a seguir posteriormente en ,.Iación con el Instituto. En algunos Colegios (Industriales y Caminos) incluso está expresamente señalada la intención de eliminarlo. Nuestra opinión es que, sal,"adas las pusibles dificultades legales para constituir tal Federacióu. ésta SOLO TENDRIA SENTIDO SI SU OBJETIVO PRIORITARIO fuera la uuión con el Instituto para tener una sola organización económicamente fuerte y a la vez con la tradición de setenta y cuatro años de historia. Lo conÚario sería un despilfarro de medios y esfuerzos y ofrecería hacia el exterior una imagen confusa de la ingeniería. Esperamos los comentarios, opiniones y pmpuestas de los colegiados por el conducto que os parezca más oportuno (cartas a la junta o a la Revista, conversaciones, etc.). LA jUNTA DE GOBIERNO
30 oct 2015