Energía solar fotovoltaica

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ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA
DESCRIPCIÓN
La energía solar fotovoltaica consiste en la transformación directa de la radiación
solar en energía eléctrica por medio del denominado efecto fotovoltaico, que se
produce al incidir la radiación solar sobre las células fotovoltaicas que forman parte
de los paneles o generadores fotovoltaicos, de tal modo que se genera un flujo de
electrones en el interior de ellas, y en condiciones adecuadas se genera una
diferencia de potencial que puede ser aprovechada.
PROPIEDADES Y CARACTERISTICAS
ELEMENTOS DE UNA INSTALACIÓN FOTOVOLTAICA
Un sistema fotovoltaico está constituido por los siguientes elementos:
a) Subsistema de captación solar (en instalaciones aisladas y conectadas a red)
Constituido por los paneles o generadores fotovoltaicos que son los elementos
encargados de transformar la radiación solar en energía eléctrica. Están
constituidos por varios módulos fotovoltaicos junto con los cables eléctricos que
los unen y los elementos de soporte y fijación. Estos módulos, a su vez, está
formados por un conjunto de células fotovoltaicas interconectadas entre sí,
caracterizadas por la capacidad que poseen de generar corriente eléctrica en
corriente continua a partir de la radiación solar incidente sobre ellas. Los
módulos fotovoltaicos generan electricidad incluso en los días nublados, aunque
el rendimiento energético se reduce proporcionalmente a la reducción de la
intensidad de radiación.
b) Subsistema de acumulación (sólo en instalaciones aisladas)
No son necesarios en los sistemas destinados a la venta de energía a la red. Las
baterías son los elementos encargados de acumular la energía entregada por los
paneles durante las horas de mayor radiación para su aprovechamiento durante
las horas de baja o nula radiación, garantizando así, una estabilidad en el
funcionamiento de la instalación.
c) Subsistema de regulación (sólo en instalaciones aisladas)
El regulador tiene como misión impedir que la batería siga recibiendo energía del
colector una vez que éste ha alcanzado su carga máxima, para prevenir
accidentes. Otra función es la prevención de la sobredescarga para evitar que la
batería se agote en exceso.
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d) Subsistema de captación de corriente (sólo en instalaciones conectadas a red
eléctrica)
Constituido por el inversor o convertidor que es el elemento que transforma la
energía eléctrica (corriente continua) producida por los paneles en corriente
alterna, y las protecciones que aseguran la calidad de la energía vertida a la red
actuando contra sobretensiones, sobrecorrientes y funcionamiento en modo isla.
En determinadas ocasiones, estas protecciones se integran directamente en el
inversor. Existen diferentes tipos de inversores. Es recomendable seleccionar un
tipo u otro de inversor en función del tamaño de la instalación a realizar.
e) Otros subsistemas eléctricos (en instalaciones aisladas y conectadas a red): la
instalación ha de ir provista de los elementos habituales de operación y
protección.
VENTAJAS E INCONVENIENTES
Las principales ventajas específicas de la energía fotovoltaica son:
•
Energía limpia y renovable de fácil instalación y mantenimiento. Su impacto
medio ambiental es prácticamente nulo
•
El aprovechamiento de la energía solar para la generación de electricidad
contribuye a la sostenibilidad del sistema energético, pues evita que se
genere electricidad a partir de combustibles fósiles no renovables (reduciendo
las emisiones de gases asociados a éstos) y de centrales nucleares.
•
La energía solar fotovoltaica distribuida, además, no requiere ocupación de
espacio adicional, pues se puede instalar en tejados o integrarla en edificios.
•
Posibilidad de integración de los módulos fotovoltaicos de forma eficiente en
los edificios, y pueden situarse en casi cualquier lugar y en instalaciones de
diferente tamaño.
•
La energía solar fotovoltaica permite reducir la tasa de dependencia exterior
para el abastecimiento de combustibles y aumentar así la seguridad en el
suministro.
•
Instalaciones fácilmente modulables, con lo que se puede aumentar o reducir
la potencia instalada fácilmente según las necesidades.
•
Ingresos adicionales en el caso de las instalaciones conectadas a red.
A pesar de las ventajas expuestas, generar electricidad utilizando tecnología
fotovoltaica, es mucho más costoso que la generada con combustibles tradicionales.
Por otro lado, la energía solar es una fuente discontinua; la demanda existente y la
producción de energía no coincide completamente con la disponibilidad de radiación
solar. Esto supone que la energía producida o capturada a la radiación solar, o bien
se consume en el momento de su producción o bien habrá de contar con un sistema
de almacenamiento que posibilite hacer uso de la energía cuando sea necesaria.
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DISEÑO, CONSTRUCCIÓN Y/O APLICACIÓN
EXIGENCIAS DEL CTE EN ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA
El Código Técnico de la Edificación, en su Documento Básico HE 5 Contribución
fotovoltaica mínima de energía eléctrica, indica la aplicación de captadores
fotovoltaicos en edificios con gran demanda de energía eléctrica que superen unos
ciertos límites, tal como se recoge en la Tabla 1 incluida en el CTE.
Tabla 1. Edificios que incorporarán instalaciones fotovoltaicas (Fuente: CTE, 2006)
La sección HE5 del CTE establece un dimensionado mínimo (potencia mínima a
instalar) de módulos fotovoltaicos en un edificio atendiendo sus diversas
características. Para calcular esta potencia mínima obligatoria de paneles
fotovoltaicos en edificios, se aplica la expresión 2.1 (cálculo de la potencia pico a
instalar) incluida en el CTE, que depende de la zona climática donde se ubique, el
tipo de uso del edificio, y de la superficie construida. En todo caso, cuando sea
obligatorio instalar paneles fotovoltaicos, la potencia mínima será de 6,25 kWp en el
caso de que el resultado de la fórmula 2.1 dé una potencia menor.
Los valores derivados de esta exigencia básica tendrán la consideración de mínimos,
sin perjuicio de valores más estrictos que puedan ser establecidos por las
administraciones competentes y que contribuyan a la sostenibilidad, atendiendo a las
características propias de su localización y ámbito territorial.
TIPOS DE INSTALACIONES FOTOVOLTAICAS
Los instalaciones fotovoltaicas hoy disponibles se dividen en dos grandes grupos:
aisladas (sin conexión a la red eléctrica) y conectadas a la red.
1. Instalaciones aisladas de red
Constan de un sistema de captación solar (paneles solares), las baterías para
almacenar la electricidad generada en corriente continua y el sistema de
control (regulador) para asegurar el correcto funcionamiento de carga y
descarga de las baterías.
La característica definitoria de estas instalaciones es la autonomía. Se emplean
en edificios en los que no se tiene acceso a la red eléctrica y resulta caro
tender una línea a la red. Sus principales aplicaciones en el sector de la
edificación son para la electrificación de viviendas y edificios, principalmente
para iluminación y electrodomésticos de baja potencia y para el alumbrado
exterior.
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Figura 1. Instalación fotovoltaica aislada (EVE, 2005)
Las ventajas del sistema radican en el autoabastecimiento eléctrico y la
posibilidad de instalación en cualquier lugar. Sus inconvenientes son la
limitación energética ligada al coste de la instalación, la necesidad de contar
con un sistema de almacenamiento y el mantenimiento que requiere. Sin
embargo, es la aplicación más extendida dada la versatilidad de uso.
También se pueden diseñar instalaciones fotovoltaicas híbridas que utilizan otra
fuente de energía a parte de la radiación solar. La fuente de energía adicional
puede utilizarse como generador de reserva (ej. generador diesel), o
proporcionar un suministro más continuo de energía mediante fuentes
complementarias (ej. aerogenerador).
Su ventaja radica principalmente en disponer de dos tipos de suministro
energético. Sin embargo, su inconveniente radica en que o bien es preciso
crear dos circuitos eléctricos independientes, o bien se precisa un correcto
sistema de control y gestión, que permita el acceso al consumo de uno u otro
tipo de energía. Sólo en casos muy peculiares compensa la realización de este
tipo de instalaciones, bastante inusuales.
2. Instalaciones fotovoltaicas conectadas a la red
Las instalaciones fotovoltaicas conectadas a red inyectan directamente la
energía eléctrica que producen a la red eléctrica de distribución. No disponen
de ningún tipo de sistema de acumulación complementario. Simplemente
constan de los sistemas de captación, de conversión de la electricidad generada
(inversor), de conexión a la red y de protección y medida.
Estas instalaciones se realizan para vender toda la producción a la red
eléctrica. La principal ventaja es la disponibilidad de una instalación propia
productora de electricidad que vende su energía a la red. Las necesidades
eléctricas se satisfacen comprando a su vez la energía a la red suministradora.
Por lo tanto, se deben colocar unos contadores, tanto de venta como de
compra de la producción eléctrica. Por otro lado, su coste global se reduce de
forma considerable al no tener que contar con un sistema de acumulación
complementario (ni baterías ni regulador).
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Figura 2. Instalación fotovoltaica conectada a red (EVE, 2005)
Algunas de las aplicaciones de estos sistemas son las siguientes:
o
Instalaciones en tejados, terrazas, etc de viviendas que dispongan de
conexión a la red de distribución eléctrica: se aprovecha la superficie del
tejado para colocar sistemas modulares de fácil instalación.
o
Integración en edificios: se sustituyen elementos arquitectónicos
convencionales por nuevos elementos que incluyan elementos
fotovoltaico y sean generadores de energía (recubrimientos de fachadas,
muros cortina, parasoles, pérgolas, etc.).
La actividad de generar energía eléctrica con una instalación fotovoltaica
conectada a red, supone la gestión por cuenta propia de un medio de
producción para la obtención de un beneficio. Esto la convierte en una
actividad económica como cualquier otra, y por tanto, está sujeta a unas
normas fiscales.
EJEMPLOS DE APLICACIÓN
Se pueden encontrar ejemplos de aplicación de instalaciones fotovoltaicas a edificios
de distinta tipología y usos en las referencias AAE (2009), FENERCOM (2009),
Fundación MAPFRE y Dirección General de Industria, Energía y Minas (2006). Algunos
de ellos son los siguientes:
•
Sistema fotovoltaico integrado en la fachada del edificio: Centro de visitantes
Bahía de Cádiz. Ubicación: San Fernando, Cádiz (FENERCOM, 2009).
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•
Instalación fotovoltaica en cubierta y fachada: Sede Agencia Andaluza de la
Energía. Ubicación: Sevilla (AAE, 2009).
•
Instalación solar fotovoltaica en una vivienda familiar conectada a red.
Ubicación: Moncada, Valencia (Fundación MAPFRE).
REFERENCIAS TÉCNICAS
Agencia Andaluza de la Energía, AAE (2006) Guía para instalaciones fotovoltaicas
conectadas a red en Andalucía. Consejería de Innovación, Ciencia y Empresa. Junta
de Andalucía. 19 pp.
Agencia Andaluza de la Energía, AAE (2009) La incorporación de la energía solar al
proyecto arquitectónico. 81 pp.
Dirección General de Industria, Energía y Minas de la Comunidad de Madrid (2006)
Guía de la Energía Solar. 64 pp.
Ente Vasco de la Energía (EVE) (2005) Energía Solar. 84 pp.
Fundación de la Energía de la Comunidad de Madrid, FENERCOM (2009) Guía de
integración solar fotovoltaica. Consejería de Economía y Hacienda de la Comunidad
de Madrid. 96 pp.
Fundación MAPFRE y AEDHE Guía de uso industrial y comunitario de Energías
Renovables. 222 pp.
Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía, IDAE (2009) Instalaciones de
Energía Solar Fotovoltaica: Pliego de Condiciones Técnicas de Instalaciones Aisladas
de Red. 38 pp.
Puig, P. y M. Jofra (2005) Energía solar fotovoltaica. Colección “Energías renovables
para todos”. FENERCOM y Haya Comunicación. 19 pp.
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