SFV

La Energía Solar

El calor puede ser aprovechado transfiriéndolo a otros cuerpos mediante colectores térmicos, por ejemplo, los calentadores solares de agua, que son sistemas con la capacidad de absorber la radiación solar, transformarla en energía térmica y, con eso, calentar el agua almacenada en el sistema.

La energía del sol que se utiliza para producir electricidad se llama energía solar fotovoltaica que aprovecha el efecto fotovoltaico para generar una corriente eléctrica. La corriente que generan los paneles solares es corriente continua, que tratada correctamente (convirtiéndola en corriente alterna), se puede utilizar para suministrar electricidad en instalaciones autónomas o se puede utilizar para suministrarla (el excedente) directamente a la red eléctrica.

Mapa de radiación solar El Salvador

En el mapa podemos ver el potencial solar en la zona oriental y costera de El Salvador.

Fuente: https://globalsolaratlas.info/downloads/el-salvador/

Estaciones de Radiación Solar

En el Salvador se cuenta con estaciones base donde se mide la radiación mensual y promedio de sol. En la siguiente tabla se muestran las estaciones base que han sido registradas en el sistema SFV. Para conocer más estaciones consulte la sección estaciones de radiación solar en El Salvador..

Estas son algunas de las estaciones de radiación solar disponibles en el territorio nacional.

Fuente: Aplicación web sfv.

Términos Básicos

Antes de hablar de los sistemas fotovoltaicos hay algunos elementos claves con relación al sol como fuente de energía renovable que se deben conocer.

En los sistemas fotovoltaicos intervienen otros elementos como la potencia, almacenamiento y consumo de energía, utilizando el siguiente conjunto de unidades de medición.

• Términos básicos sobre sistemas fotovoltaicos:
• La energía: Es el producto de la potencia del aparato por el tiempo. Su unidad de medida es el watt-Hora (Wh).
• Radiación solar: Es la energía que viene del sol hacia la tierra.
• Radiación solar directa: Es la que llega desde el sol, sin que sufra algún desvió en su camino.
• Radiación Solar Difusa: Es la que sufre cambios en su dirección, principalmente debido a la reflexión y difusión de la atmosfera.
• Medición de Radiación: La radiación se mide en KWh/m2. (Kilo watt-hora por metro cuadrado).
• Consumo energético: El consumo eléctrico (W/h o kW/h) se obtiene a través del contador de la energía eléctrica, que utiliza la potencia contratada de electricidad y el tiempo de funcionamiento de la iluminación o aparatos eléctricos. Este consumo queda reflejado en las facturas mensuales de nuestro hogar.
• La potencia: Es la cantidad de energía consumida o entregada por una unidad de tiempo; es decir la rapidez a la cual se transforma o utiliza la energía. La potencia se mide en Watts o Vatios, y se representa con la letra (W).
• El Watt: Es una unidad de potencia muy utilizada, especialmente para medir la potencia de electrodomésticos o equipos pequeños. Sin embargo, cuando se desea medir la potencia demandada por un edificio o una máquina industrial se utiliza el kilowatt.
• Watt hora: El consumo de energía de un aparato eléctrico se mide en Watts/Hora (Wh).
• El kilowatt: Algunas veces suele utilizarse el prefijo kilo (k), para representar mil (1,000) Watts.
• Kilo watt hora: Define la unidad de energía más usada para la electricidad, el equivalente a 1000 Watts/h es 1 kW/h (1 kW = 1000 W).

Procéso Fotovoltaico

En nuestro caso nos enfocamos en lo relacionado al proceso fotovoltaico, este término fotovoltaico formado por dos palabras de origen en el vocablo griego “phos” que significa luz y Volt en honor a Alessandro Volta que hizo invaluables aportes al estudio de la electricidad fue el inventor de las primeras baterías.

Alessandro Giuseppe Volta (18 de febrero de 1745 – 5 de marzo de 1827) fue un físico italiano, famoso principalmente por haber desarrollado la pila eléctrica en 1800. La unidad de fuerza electromotriz del Sistema Internacional de Unidades lleva el nombre de voltio en su honor desde el año 1881.

Pero fue el físico Alexander-Edmond Becquerel de origen francés, en el año 1839 quien descubrió el efecto fotovoltaico. Sin embrago la primera célula fotovoltaica se fabricó para el año 1883 y su creador fue el estadounidense Charles Fritts, era un dispositivo arcaico e inclusive poco eficiente pero que sirvió para comprobar que sí era posible obtener electricidad a partir de la luz. Fotovoltaico significa entonces "energía a partir de la luz".

En un sistema típico, el proceso de funcionamiento es el siguiente.

Diagrama de un sistema fotovoltaico típico.

La potencia y el tiempo de uso

Los equipos que tienen las potencias más altas no necesariamente son los que más consumen. Es posible que equipos pequeños sean utilizados mucho más tiempo que equipos grandes y el producto de potencia por tiempo sea mayor, como lo muestra el siguiente ejemplo..

En los sistemas fotovoltaicos intervienen otros elementos como la potencia, almacenamiento y consumo de energía, utilizando el siguiente conjunto de unidades de medición.

Proporción de consumo según la potencia.

Calcular un Sistema Fotovoltaico

Para calcular cuánto en promedio consumen los electrodomésticos. Debemos fijarnos en la potencia, watts (W) o kilowatts (kW) que aparece por alguna esquina de cada uno y dividirla por 1000". Por ejemplo, si la computadora tiene una potencia de 100 W, el resultado de la división (100 entre 1000) sería 0.10kw. Si la utiliza 2 horas al día la computadora, los 30 días al mes, se multiplica 2 por 30 y por 0.10 El resultado, 6 kWh.

Si se sabe la potencia de un aparato y se multiplica por el tiempo que se tiene encendido dicho aparato, se puede calcular cuánta energía utilizó ese aparato durante dicho tiempo.

Para calcular los (Wh) se usa la fórmula: Wh = W x h

Los Wh/día se calculan multiplicando la potencia de cada aparato por las horas al día que es utilizado.

Para hacer el cálculo Wh/mes se toma ese dato diario y se multiplica por 30 (Wh = W x horas diarias x 30).

Consumo energético promedio por electrodoméstico.

Por lo tanto, podemos reducir la energía ya sea reduciendo la potencia de los equipos (por ejemplo, cambiando nuestros focos de 100 Watts por focos ahorradores de 27 Watts) o reduciendo el tiempo de uso de los equipos (por ejemplo, apagando las luces cuando no se ocupen)..

1 Kwh consumido durante 10 horas por día, que es el equivalente a mantener encendidas 10 lámparas de 100 vatios durante 10 horas continuas, nos arroja como resultado un consumo de energía de 10 Kwh/día, que si a su vez mantenemos constante durante los 30 días de un mes tendremos un consumo energético de 300 Kwh/mes.

Ejemplo de consumo energético

Es muy sencillo hacer el cálculo. Si usamos un abanico de pedestal durante 10 horas y este aparato consume 70 watts (vatio) por hora, para conocer el consumo mensual tenemos que desarrollar esta fórmula.

En la siguiente figura se muestra otro ejemplo de consumo energético de electrodomésticos, con un consumo de 285.6 que podría ser el consumo promedio de un hogar donde se tengan los electrodomésticos incluidos en el ejemplo.

Consumo promedio mensual de energía en un hogar.

No se sabe exactamente con cuales recursos cuentan los hogares, esta investigación se limitó a conocer el consumo promedio energético en los hogares, pero según la encuesta de hogares de propósitos múltiples (EHPM) 2016 del gobierno central salvadoreño, la presencia de electrodomésticos en los hogares alcanza los siguientes porcentajes.

Presencia de equipos en hogares.
Fuente: Defensoría del consumidor, Monitoreo del consumo en El Salvador 2017.

Así también se muestra el porcentaje en hogares de equipo o aparatos eléctricos, a nivel nacional y según área.

Porcentaje de equipos utilizados en zona urbana y rural.
Fuente: Defensoría del consumidor, Monitoreo del consumo en El Salvador 2017.

Funcionamiento de un sistema fotovoltaico

En la siguiente imagen se muestra estructura y funcionamiento de un sistema fotovoltaico.

¿Dónde se pueden colocar los módulos fotovoltaicos?

Según la zona, los módulos fotovoltaicos se instalan en estructuras inclinadas hacia el norte o al sur. También se pueden instalar con sistema de seguimiento solar para captar al máximo la energía conforme el sol se mueve en el cielo.

Los módulos fotovoltaicos se pueden colocar tanto en la parte superior de un hogar o edificio como sobre soportes en el suelo, seguidores solares, estructuras para dar sombra, etc. No obstante, se aconseja buscar la mayor integración posible con el entorno.

En la siguiente imagen podemos ver los componentes de un sistema fotovoltaico

Listado de componentes: Páneles, baterías, inversores y reguladores

Ver Componentes de Sistemas Fotovoltaicos

A continuación se describe cada uno de estos componentes.

Paneles Fotovoltaico o Panel Solar

Se encarga de transformar directa y eficientemente la energía solar en energía eléctrica. Captar la radiación luminosa procedente del sol y la transforman en corriente continua a baja tensión.

En la siguiente imagen podemos ver las partes que forman un panel solar

Fuente: https://www.pinterest.com

Tres tipos de paneles se usan en los sistemas fotovoltaicos.

Baterías (Acumulador)

Almacena la energía producida por el generador y permite disponer de corriente eléctrica fuera de las horas de luz o días nublados.

Las baterías solares en un sistema fotovoltaico permiten acumular la energía producida por los paneles fotovoltaicos durante las horas de sol para poderla utilizar durante la noche o en días nublados.

Los días que puede hacer uso el sistema de la energía acumulada se llaman días de autonomía, y van a depender de la cantidad de baterías disponibles y de su capacidad de almacenamiento.

Tipos de baterias usadas en instalaciones de sistemas fotovoltaicos.

La capacidad de la batería requerida para un hogar depende del tamaño del sistema fotovoltaico, del consumo de electricidad y de la independencia de energía deseada.

El tipo de batería que utilice dependerá de la opinión del técnico en base al análisis de requerimiento, también depende de la cantidad de dinero que esté dispuesto a invertir.

Reguladores de Carga

La principal función es controlar y regular la carga o voltaje de las baterías. Evitar sobrecargas o descargas excesivas a la batería, ya qu esto le produciría daños irreversibles; tambien se asegurara que el sistema trabaje siempre en el punto de máxima eficiencia.

Un regulador de carga solar se coloca entre el campo fotovoltaico y el campo de baterías y básicamente se encarga de controlar el flujo de energía que circula entre ambos equipos.

El regulador de carga solar controla constantemente el estado de carga de las baterías para hacer el llenado óptimo y así alargar su vida útil..

Existen dos tipos de reguladores de carga para instalaciones fotovoltaicas: los reguladores PWM (Modulación por anchura de pulsos) y los reguladores MPPT (Seguidor del Punto de Máxima Potencia).

Inversores de Corriente (CD/CA)

Los inversores para placas solares, también llamados inversor de energía solar a eléctrica, sirven para conectar los paneles solares a ellos y proveer al sistema adecuadamente la energía generada y almacenada. Otra función es transformar la corriente continua almacenada en la batería en corriente alterna de 220V.

Los inversores fotovoltaicos desempeñan la función de convertidores de corriente continua procedente del generador fotovoltaico en corriente alterna. Estos se subdividen en: Inversores aislados e inversores conectados a la red .

El inversor solar, o inversor fotovoltaico, es uno de los elementos más importante de una instalación de autoconsumo.

Podemos encontrar inversores para paneles solares, para conexión a red y para sistemas aislados que no tienen acceso a la red eléctrica. Los que se usan para autoconsumo y balance neto son del tipo inversor solar de conexión a red, que son los que más se instalan actualmente.

Materiales complementarios del sistema fotovoltaico

En la siguiente tabla se muestran algunos materiales complementarios que se usan en la instalación de paneles, incluyendo las unidades de medida y costo estimado en el mercado nacional.

Materiales utilizados en sistemas fotovoltaicos.

Los precios son tentativos y pueden variar.

• Las principales ventajas son:
• Es una energía limpia en su operación.
• Los sistemas fotovoltaicos son confiables aún en las condiciones más extremas.
• Durabilidad, la mayoría de los módulos fotovoltaicos duran más de 20 años.
• No tiene costos por uso de combustible.
• No genera gases de efecto invernadero.
• Reducen la contaminación sonora ya que operan silenciosamente.
• Los módulos pueden ser añadidos gradualmente para incrementar la energía disponible.

• Las desventajas son:
• El costo inicial de instalación es todavía alto.
• Las instalaciones requieren de personal calificado y capacitado.
• El mal dimensionamiento del sistema, por ejemplo, un banco de baterías demasiado pequeño o grande para un arreglo fotovoltaico puede provocar el desuso del sistema a corto plazo.

Bombeo de agua

El bombeo solar permite suministrar la energía necesaria para el funcionamiento de bombas hidráulicas a través de la producción de módulos fotovoltaicos.

En la siguiente imagen podemos ver el diagrama de un sistema de energía solar para bombeo y extracción de agua.

Es un uso muy común, principalmente en zonas con difícil acceso al agua, por lo que se puede perforar pozos o extraer por medio de bombeo desde los ríos.

Aplicación de un sistema de energía solar para bombeo y extracción de agua.

Soluciones de Video Vigilancia

Los paneles solares proporcionan un diseño inteligente y conveniente que amplían las bondades de la cámara de forma independiente. Esto resuelve un gran problema para las cámaras inalámbricas, ya que no necesita un cable de la fuente de energía para conectarse a sus fuentes.

Una cámara de videovigilancia alimentada con energía solar.

Alumbrado público

En zonas donde no se puede colocar las redes convencionales. Una luminaria solar es un dispositivo de iluminación compuesto por una lámpara de LED, un panel solar fotovoltaico, y una batería recargable. Las luminarias solares para alumbrado público pueden tener la lámpara, panel solar y batería integrados en una sola unidad.

Uso de paneles solares para alumbrado público durante la noche.

Las luminarias solares se recargan durante el día. Automáticamente se encienden al anochecer y permanecen iluminando durante la noche, dependiendo de la cantidad de luz solar que reciben durante el día.

• Existen dos tipos de instalaciones de sistemas fotovoltaicos:
• Sistemas aislados o autónomos.
• Sistemas conectados a la red.

Sistemas Aislados o Autónomos

Para instalaciones que no están conectadas a la red eléctrica por lo que pueden usarse en lugares donde no hay acceso a la red eléctrica o son muy costosos los servicios.

• Las aplicaciones más frecuentes son:
• Para proporcionar electricidad a la vivienda.
• En la agricultura y la ganadería, para bombear agua, poner a funcionar sistemas de riego, la iluminación de granjas e invernaderos.
• Para la señalización de carreras y la navegación tanto aérea como marmita.
• Alumbrado eléctrico público, tales como: calles, parques, paradas, jardines, entre otros.

Sistema aislado en una vivienda de la zona rural.

Fuente: Información recopilada durante la investigación “Medición del grado de aceptación en el uso de energías renovables en hogares y empresas” – 2017.

Los componentes básicos de éste tipo de sistemas son: el generador fotovoltaico que convierte la luz del sol directamente en energía eléctrica en corriente directa; la batería que almacena la energía producida por el módulo fotovoltaico además de proporcionar autonomía durante los días de poca insolación y establecer el voltaje de operación del sistema; el controlador de carga cuya función es proteger a la batería, proporcionar información sobre el estado operativo del sistema, y albergar protecciones del sistema.

Componentes de un sistema autónomo.

los sistemas Off-Grid o autónomos, son ideales para zonas rurales con difícil acceso a la energía convencional, sin embargo, pueden ser un poco más costosos debido a las baterías.

Sistemas Conectados a la Red

Se realiza en sitios donde llega la red eléctrica o está muy cerca. En este tipo de instalación la configuración del sistema es similar a la de los sistemas aislados. Las principales diferencias radican en la ausencia de baterías pues la red eléctrica convencional se utiliza como respaldo y la otra es que invariablemente requieren de un inversor de corriente que les permite inyectar electricidad a la red.

Sistema fotovoltaico interconectado a la red.

Una ventaja muy importante es que este tipo de sistema puede intercambiar energía eléctrica con la red cuando la generación excede las necesidades de energía del usuario y tomar energía de la red cuando la demanda es mayor a la energía generada por el arreglo fotovoltaico, de modo que el generador absorbe la energía solar y la modifica a energía eléctrica, sin almacenarla, sino que se utiliza de forma directa para consumo o para liberarla a la red de electricidad de distribución. Esta función la realiza el inversor que convierte la corriente continua en alterna.