energía solar

La energía solar es la captura y conversión de radiación electromagnética del sol en corriente eléctrica. A diferencia de la generación basada en combustibles, no produce subproductos de combustión y no requiere piezas móviles una vez instalada. Dominan dos tecnologías fundamentales: las celdas fotovoltaicas (PV) que generan electricidad directamente cuando los fotones inciden en el material semiconductor, y los sistemas de energía solar concentrada (CSP) que utilizan espejos para enfocar el calor para la conversión termodinámica.

Los sistemas fotovoltaicos operan a través del efecto fotovoltaico: cuando la luz incide en una unión de silicio u otro semiconductor, desplaza electrones, creando un voltaje a través de la capa. Las celdas modernas de silicio cristalino alcanzan una eficiencia del 15 al 22 por ciento bajo condiciones de prueba estándar (1000 W/m² de irradiancia, 25 grados Celsius). Las tecnologías de película delgada como el telururo de cadmio operan con una eficiencia del 10 al 18 por ciento, pero cuestan menos por vatio y funcionan mejor con luz difusa. Los arreglos se cablean en serie para voltaje y en paralelo para corriente, con inversores que convierten la salida de CC a CA para la conexión a la red o a la carga.

Energía solar concentrada e integración del sistema

La energía solar concentrada utiliza colectores parabólicos, heliostatos o lentes de Fresnel para enfocar la luz solar en un receptor, calentando un fluido (aceite, sal fundida o agua) a 300 a 700 grados Celsius. Este calor impulsa una turbina para la generación de electricidad, o almacena energía térmica para la generación después del atardecer. La CSP escala a más de 50 megavatios y opera donde la irradiancia normal directa excede los 2000 kWh/m² anualmente, típicamente en latitudes áridas.

La producción solar en el mundo real varía con la estación, la nubosidad, la temperatura del panel y la suciedad. Los sistemas fotovoltaicos generan la producción máxima alrededor del mediodía solar y cero producción por la noche, lo que requiere almacenamiento en batería, conexión a la red o sistemas híbridos para un suministro continuo. La reducción de potencia por temperatura es significativa: la eficiencia de las celdas de silicio disminuye aproximadamente un 0.4 a 0.5 por ciento por cada grado Celsius por encima de los 25 grados, lo que significa que la irradiancia máxima de verano se compensa parcialmente con la pérdida de calor. La acumulación de polvo, polen y sal puede reducir la producción en un 5 a 25 por ciento, dependiendo del clima y la frecuencia de limpieza.

La instalación depende del espacio disponible y la exposición al sol. Los sistemas de techo son adecuados para edificios residenciales y comerciales en regiones que reciben de 3 a 6 horas pico de sol al día. Los arreglos montados en el suelo requieren una orientación hacia el sur (hemisferio norte), sombra mínima y soporte estructural clasificado para cargas de viento y nieve. Las granjas a escala de servicios públicos ocupan de 5 a 10 acres por megavatio para instalaciones fotovoltaicas, con sistemas de seguimiento que siguen la trayectoria del sol mejorando la producción en un 20 a 35 por ciento con un costo mecánico significativo.