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Paneis solares son dispositivos utilizados para capturar la energía de la luz del sol. Los paneis solares fotovoltaicos contienen un conjunto de células solares que convierten la luz en electricidad. Se llaman solares porque el sol es una de las fuentes de energía más fuertes para este tipo de uso. Las células solares algunas veces se llaman células fotovoltaicas, y fotovoltaica quiere decir literalmente "luz-electricidad". Las células solares cuentan con el efecto fotovoltaico para absorber la energía del sol y hacen fluir la corriente eléctrica entre dos capas cargadas opostamente.
Actualmente los costes asociados con los paneis solares se tornan poco económicos en aplicaciones donde la energía de las estaciones eléctricas está disponible. El coste de los combustíbeis fósiles está subiendo, y la experiencia en la producción está reduciendo los costes de las células solares, esto pode no ser visto en un futuro mucho próximo, sin embargo a largo plazo la tendencia es un aumento en el uso de este tipo de energía renovábel.
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Teoría y construcción
Vea el artículo "célula solar" para una descripción de la conversión de la energía de la luz en energía eléctrica.
Silicio cristalino y arsenido de galio son las elecciones típicas de materiales para las células solares. Los cristales de arsenido de galio se crean especialmente para usos fotovoltaicos, mas los cristales de silicio son también producidos para el consumo de la industria de microelectrónica . Silicio policristalino tiene un porcentaje de conversión menor, sin embargo con coste reducido.
Cuando se exponen a la luz directa de 1 AU, una célula de silicio de 6 centímetros de diámetro pode producir una corriente de 0,5 amperios a 0,5 voltios. El arsenido de galio es más eficiente.
El cristal se corta en pequeños discos, pulidos para remover peligro de corte, los dopantes se introducen en los discos, y los conductores metálicos se depositan en cada superficie: un pequeño conector en la superficie girada para el sol y un conector en el otro lado. Los paneis solares se construyen con estas células cortadas en formas apropiadas, protegidas de la radiación y daños al manusear por la aplicación de una capa de vidrio y cimentada en un substrato (sea un panel rígido o un flexible). Las conexiones eléctricas se hacen en serie-paralelo para determinar la tensión de salida total. La capa que protege debe ser un conductor térmico, pues la célula quence al absorber la energía infravermella del sol que no es convertida en energía eléctrica. Como el quecemento de la célula reduce la eficiencia de operación, es deseable reducir este calor. El resultante de esa construcción se llama panel solar.
Un panel solar es un conjunto de células solares. A pesar de cada célula solar proveer una cuantía relativamente pequeña de energía, un conjunto de células solares desparramadas en una grande área pode generar una cantidad de energía suficiente para ser útil. Para recibir la mayor cuantía de energía, los paneis solares deben estar direccionados directamente para el sol.
Producción mundial de energía solar
El pico total de energía producida por paneis solares es de cerca de 2.600 MW en el final de 2004. [1] Una cuantía significativa de paneis solares se instaló en muchos países [2], entre ellos:
| País | Capacidad PV | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| Acumulativo | Instalado en 2004 | ||||
| Fuera de la líneas [kW] | Conectados a las líneas [kW] | Total [kW] | Total [kW] | Preso a las líneas [kW] | |
| Australia | 48 640 | 6 760 | 52 300 | 6 670 | 780 |
| Austria | 2 687 | 16 493 | 19 180 | 2 347 | 1 833 |
| Canadá | 13 372 | 512 | 13 884 | 2 054 | 107 |
| Francia | 18 300 | 8 000 | 26 300 | 5 228 | 4 183 |
| Alemaña | 26 000 | 768 000 | 794 000 | 363 000 | 360 000 |
| Italia | 12 000 | 18 700 | 30 700 | 4 700 | 4 400 |
| Japón | 84 245 | 1 047 746 | 1 131 991 | 272 368 | 267 016 |
| Corea | 5 359 | 4 533 | 9 892 | 3 454 | 3 106 |
| México | 18 172 | 10 | 18 182 | 1 041 | 0 |
| Países Bajos | 4 769 | 44 310 | 49 079 | 3 162 | 3 071 |
| Noruega | 6 813 | 75 | 6 888 | 273 | 0 |
| España | 14 000 | 23 000 | 37 000 | 10 000 | 8 460 |
| Suíza | 3 100 | 20 000 | 23 100 | 2 100 | 2 000 |
| Reino Unido | 776 | 7 386 | 8 164 | 2 261 | 2 197 |
| Estados Unidos | 189 600 | 175 600 | 365 200 | 90 000 | 62 000 |
Grandes fábricas solares
| Pico de Potencía DC | Localización | Descripción | MWh/año |
|---|---|---|---|
| 6.3 MW | Mühlhausen, Alemaña | 57 600 módulos solares | 6 750 MWh |
| 5 MW | Bürstadt, Alemaña | 30 000 BP módulos solares | 4 200 MWh |
| 5 MW | Espenhain, Alemaña | 33 500 módulos solares Shell | 5 000 MWh |
| 4.59 MW | Springerville, AZ, USA | 34 980 módulos solares BP | 7 750 MWh |
| 4 MW | Geiseltalsee, Merseburg, Alemaña | 25 000 módulos solares BP | 3 400 MWh |
| 4 MW | Gottelborn, Alemaña | 50 000 módulos solares (cuando concluida/conclusa) | 8 200 MWh (cuando concluida/conclusa) |
| 4 MW | Hemau, Alemaña | 32 740 módulos solares | 3 900 MWh |
| 3.9 MW | Rancho Seco, QUE, USA | n.la. | n.la. |
| 3.3 MW | Dingolfing, Alemaña | Módulos solares Solara, Sharp y Kyocera | 3 050 MWh |
| 3.3 MW | Serre, Italia | 60 000 módulos solares | n.la. |
Aplicaciones de los paneis solares
Aplicaciones de baja potencia
Los paneis solares tienen una pequeña parte de la producción mundial eléctrica, lo que actualmente se debe al coste por wat mayor cuando se compara con combustíbeis fósiles, aproximadamente diez veces mayor, dependiendo de las circunstancias. Ellos se tornaron rutina en algunas aplicaciones, tales como las baterías de soporte, alimentación de boias y de dispositivos en carreteras o desiertos, y de forma experimental ya se usaron para alimentar automóviles en carreras como la World solar challenge a través de Australia . Programas de incentivo en grande escala, oferecendo financiación de impuestos e incentivos, han acelerado rapidamente en varios países, entre ellos están la Alemaña , lo Japón y los Estados Unidos.
Probabelmente el uso más éxitoso de paneis solares es en espazonaves, incluyendo la mayoría de las naves que orbitan la Tierra y Marte , y naves viajando rumbo a direcciones más internas del sistema solar. En las regiones más alejadas del sol, la luz es muy feble para producir energía suficiente y se utilizan generadores térmicos radioisótopos.
Los investigadores están desarrollando satélites solares: plantas solares espaciales — satélites con un gran número de células fotovoltaicas que irían a enviar la energía captada para la Tierra usando microondas o lasers. Las agencias espaciales Japonesa y Europea han anunciado un plano de desarrollar este tipo de plantas en el primero cuarto del siglo XXI.
Al contrario de los cohetes químicos, que se impulsionan por una reacción química en el propelante, y usa los gases de escape como masa de reacción, algunos métodos de impulso de espazonaves tienen una forma de expeler la masa de la reacción alimentados por la electricidad. Utilizando energía solar o energía nuclear, esos métodos poseen un impulso específico. La cantidad de masa necesaria para reacción siempre crece exponencialmente con el aumento de velocidad a ser producida, sin embargo reducidamente si el impulso es alto (mas él no debe ser muy alto porque la energía necesaria es proporcional para un impulso específico mayor). Con la energía solar, la aceleración que pode ser producida es muy baja (baja para un lanzamiento), mas permanente. Los tiempos de quema son meses en vez de minutos. La energía que un panel solar produce por kg es como un límite superior de la potencia. Vea también la energía necesaria para los métodos de impulso.
Los paneis solares precisan de grandes cuantías de área que puedan apuntarse para el Sol conforme la nave se mueve. Más área expuesta significa que más electricidad pode ser convertida de la energía de la luz del Sol. Algunas veces, los proxectistas de satélites dejan a propósito los paneis desaliñados con el Sol. Esto ocurre si las baterías están completamente cargadas y la cuantía de electricidad necesaria es menor que la cuantía producida. La energía extra será apenas descargada por un desvío en el espacio como calor.
Las espazonaves se construyen de modo que los paneis solares se pueden mover conforme la nave se mueve. Diera modo, ellas pueden siempre ficar en el camino directo para los rayos de luz no importando para donde la espazonave esté apuntando.
Actualmente, la energía solar, al otro lado del impulso, ha sido práctica para operar espazonaves que orbitan el planeta Marte. Como ejemplo tenemos el Magellan, el Mars Global Surveyor, y el Mars Observer usando la energía solar cómo hecho en los objetos que orbitan la Tierra, como el Telescopio Espacial Hubble. Para misiones futuras, es deseable reducir la masa de los paneis solares, y aumentar la potencia generada por unidad de área. Esto reducirá la masa total de la espazonave, y pode tornar posible operaciones a distancias mayores del sol. La sondea espacial Rosetta, lanzada el 2 de marzo de 2004 , irá a usar paneis solar en las cercanías de Xúpiter (5.25 AU); anteriormente el uso más distante de paneis solares fue la espazonave Stardust a la distancia de 2 AU.
La energía solar para el impulso es actualmente utilizada en la misión lunar Europea SMART-1 con un impulsionador de efecto de Hall.
La masa de los paneis solares pode ser reducida utilizando células fotovoltaicas solares de film fino, hecha de substratos flexibles. La eficiencia pode aumentarse utilizando nuevos materiales y concentradores solares que intensifican la luz incidente.
Los concentradores fotovoltaicos son dispositivos que intensifican la luz solar en las células. Este método utiliza gafas planas llamadas gafas Fresnel, que capturan una grande área de la luz del sol y la concentran en un punto menor. El mismo principio se utiliza para generar fuego con una lupa en un día de sol.
Los concentradores solares colocan una de esas gafas en cada célula solar. Esto focaliza la luz del gran concentrador en una área de célula menor. Esto permite que la cantidad de células solares sea reducida polo aumento en la concentración de la luz, reduciendo así los costes. Los concentradores funcionan mejor cuando existe apenas una fuente de luz y el concentrador pode apuntarse directo en ella. Esto es el ideal en el espacio, donde el sol es la única fuente de luz. Las células solares son la parte más cara de los paneis solares, y estos xeralmente son una parte cara de las espazonaves. Esta tecnología permite que los costes sean recortados significativamente debido a la utilización de menos material.
Notas
Se vea también
Otros artículos
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Ligazóns externas
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