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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Elementos fotovoltaicos. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Fuentes alternativas de energía Los dispositivos para la conversión directa de luz o energía solar en electricidad se denominan fotocélulas (en inglés Photovoltaics, del griego fotos - luz y el nombre de la unidad de fuerza electromotriz - voltio). La conversión de la luz solar en electricidad se lleva a cabo en células solares hechas de un material semiconductor como el silicio, que, cuando se exponen a la luz solar, generan una corriente eléctrica.
Conectando las células fotovoltaicas en módulos y éstos, a su vez, entre sí, es posible construir grandes estaciones fotovoltaicas. La mayor estación de este tipo hasta la fecha es la instalación de Carris Plain de 5 megavatios en el estado estadounidense de California. La eficiencia de las instalaciones fotovoltaicas actualmente ronda el 10%, sin embargo, las células fotovoltaicas individuales pueden alcanzar una eficiencia del 20% o más. historia La historia de las células fotovoltaicas se remonta a 1839, cuando el físico francés Edmond Becquerel descubrió el efecto fotovoltaico. A esto le siguieron otros descubrimientos:
mercado fotovoltaico El estado actual del mercado de células solares se caracteriza por un crecimiento bastante estable, alrededor del 20% anual, pero los volúmenes de producción de fotocélulas siguen siendo bastante bajos. La producción mundial de módulos en 1998 fue de unos 125 MW, mientras que el precio cayó de 50 dólares por vatio en 1 a 1976 dólares por vatio en 5. Sin embargo, el kilovatio-hora de electricidad generada por el sistema fotovoltaico sigue siendo entre 1 y 1999 veces más caro que la electricidad tradicional ( dependiendo de la ubicación específica y el tipo de sistema). Por tanto, el mercado de células solares todavía ocupa un pequeño nicho en la economía mundial. Pero continúa creciendo de manera constante en aquellos segmentos del mercado donde las células solares son competitivas, por ejemplo, en sistemas autónomos alejados de la red eléctrica. En muchas regiones del mundo, los avances son muy notorios. El gobierno japonés está invirtiendo 250 millones de dólares al año para aumentar la capacidad de producción de 40 MW (1997) a 190 MW (2000). Los países europeos están llevando a cabo sus propios programas, impulsados por la necesidad de independencia energética y consideraciones medioambientales. Estos programas, junto con cuestiones ambientales como el cambio climático, tienen el potencial de acelerar enormemente el desarrollo de esta industria. Shell Solar ha construido la mayor planta de células solares de Alemania con una potencia anual de 10 MW, que está previsto ampliar a 25 MW. El coste de construcción de la planta es de 50 millones de marcos alemanes. Ventajas Alta confiabilidad Las células fotovoltaicas fueron diseñadas para su uso en el espacio, donde las reparaciones son demasiado caras o imposibles. Hasta ahora, las células fotovoltaicas son la fuente de energía de casi todos los satélites en órbita terrestre, porque funcionan sin averías y casi no requieren mantenimiento. Bajos costes de funcionamiento Las células fotovoltaicas funcionan con combustible gratuito: la energía solar. Debido a la ausencia de piezas móviles, requieren poco mantenimiento. Los sistemas fotovoltaicos económicos son una fuente ideal de electricidad para estaciones de comunicación en las montañas, boyas de navegación en el mar y otros consumidores ubicados lejos de las líneas eléctricas. El medio ambiente Como los sistemas fotovoltaicos no queman combustible y no tienen piezas móviles, son silenciosos y limpios. Esta característica es extremadamente útil cuando los generadores diésel y las lámparas de queroseno son la única alternativa para obtener luz y energía. Modularidad El sistema fotovoltaico se puede personalizar a cualquier tamaño. El propietario de dicho sistema puede aumentarlo o disminuirlo si cambia su necesidad de electricidad. A medida que aumentan el consumo de energía y las posibilidades financieras, el propietario puede agregar módulos cada pocos años. Los agricultores pueden proporcionar agua potable al ganado mediante sistemas de bombeo móviles. Bajos costos de construcción Los sistemas fotovoltaicos suelen estar ubicados cerca del consumidor, lo que significa que no es necesario recorrer largas distancias, como en el caso de la conexión a líneas eléctricas. Además, no se necesita ningún transformador reductor. Menos cables significan menores costos y tiempos de instalación más cortos. El coste de la electricidad generada por un sistema fotovoltaico Muchos pequeños sistemas fotovoltaicos que alimentan unas cuantas bombillas y un televisor son mucho más baratos que la alternativa de ampliar la línea eléctrica, sustituir y desechar baterías desechables o utilizar un generador diésel. El coste de la electricidad producida en grandes instalaciones capaces de suministrar energía a un edificio residencial se expresa en el coste de un kWh. Depende del costo inicial del sistema, los términos del préstamo (para pagar el costo inicial), el costo de funcionamiento del sistema, su vida útil esperada y la eficiencia general. Con tasas de interés típicas sobre préstamos y una vida útil promedio, el costo de la electricidad solar en Estados Unidos en 1998 estaba entre 20 y 50 centavos por kWh. área del sistema fotovoltaico Los módulos más comunes (silicio cristalino) producen entre 100 y 120 vatios por metro cuadrado (W/m2). Así, un módulo de un metro cuadrado produce suficiente electricidad para alimentar una bombilla de 100 vatios. Si hablamos de escala industrial, una estación fotovoltaica que ocupara un terreno cuadrado de unos 160 km de lado podría proporcionar electricidad a todo Estados Unidos. Sin embargo, la mejor solución es colocar módulos fotovoltaicos en los tejados de los edificios o integrarlos en las paredes de la fachada. Esta es una opción más económica, ya que ahorra materiales de construcción.
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