Panel solar

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Los paneles fotovoltaicos de este yate pueden cargar las pilas de 12 V hasta a 9 amperios bajo sol directo y lleno.

Un panel solar es un módulo que aprovecha la energía de la radiación solar. El término comprende a los colectores solares utilizados para producir agua caliente (usualmente doméstica) y a los paneles fotovoltaicos utilizados para generar electricidad.

Tabla de contenidos

1 Desarrollo actual
- 1.1 Paneles fotovoltaicos
- 1.2 Agua caliente solar
2 Producción mundial de energía solar
- 2.1 Grandes plantas de energía fotovoltaica
3 Precio de paneles solares fotovoltaicos
4 Teoría y Construcción
5 Paneles solares en naves espaciales
6 Véase también
7 Referencias
8 Enlaces externos

[editar] Desarrollo actual

[editar] Paneles fotovoltaicos

Artículo principal: Panel fotovoltaico

Los paneles fotovoltaicos están formados por numerosas celdas que convierten la luz en electricidad. Las celdas a veces son llamadas células fotovoltaicas, que significa "luz-electricidad". Estas celdas dependen del efecto fotovoltaico para transformar la energía del Sol y hacer que una corriente pase entre dos placas con cargas eléctricas opuestas. Numerosas empresas e instituciones están trabajando para aumentar la eficiencia de los paneles, principalmente compañías privadas las que realizan la mayor parte de la investigación y desarrollo en este aspecto.

Por otra parte, una serie de universidades trabajan en artefactos que usan la energía solar a través de estos paneles, especialmente vehículos eléctricos y recientemente los barcos solares, las que compiten para alcanzar la superioridad en este campo de la tecnología. Se reúnen en competiciones como la Solar Splash^[1] en América del Norte, o la Frisian Nuon Solar Challenge^[2] en Europa.

En 2005 el problema más importante con los paneles fotovoltaicos era el coste, que ha estado bajando hasta 3 o 4 dólares por vatio. El precio del silicio usado para la mayor parte de los paneles ahora está tendiendo a subir. Esto ha hecho que los fabricantes comiencen a utilizar otros materiales y paneles de silicio más delgados para bajar los costes de producción. Debido a economías de escala, los paneles solares se hacen menos costosos según se usen y fabriquen más. A medida que se aumenta la producción los precios continuarán bajando en los próximos años.

El área de mayor crecimiento lo forman los sistemas conectados a la red pública (grid tied systems). En los Estados Unidos, con incentivos de los estados, compañías eléctricas y (en 2006 y 2007) del gobierno federal, el crecimiento continuará. Los programas de contadores conectados a red (net metering) permiten a los usuario recibir una compensación por cualquier energía extra que incorpore a la red. La mayor parte de este sistema compra la energía al mismo precio de venta, aunque algunas compañías la compran a un precio cercano a 1/3 de lo que cobran. Como contraste, en Alemania se ha adoptado un sistema extremo de net-metering para incentivar el crecimiento del mercado de las energías renovables, de forma que se paga ocho veces lo que la compañía cobra. Este alto incentivo ha creado una enorme demanda de paneles solares en ese país.

[editar] Agua caliente solar

Una lavandería en California, EEUU, con paneles solares de agua caliente en techo.

Artículos principales: Colector solar y Energía solar térmica

Un calentador solar de agua usa la energía del Sol para calentar un líquido, el cual transfiere el calor hacia un compartimento de almacenado de calor. En una casa, por ejemplo, el agua caliente de sanitario puede ser calentada y almacenada en un depósito de agua caliente.

Los paneles tienen una placa receptora y tubos por los que circula líquido adheridos a ésta. El receptor (generalmente recubierto con una capa selectiva oscura) asegura la transformación de radiación solar en calor, mientras que el líquido que circula por los tubos transporta el calor hacia donde puede ser utilizado o almacenado. El líquido calentado es bombeado hacia un aparto intercambiador de energía (una bobina dentro del compartimento de almacenado o un aparato externo) donde deja el calor y luego circula de vuelta hacia el panel para ser recalentado. Esto provee una manera simple y efectiva de transferir y transformar la energía solar.

[editar] Producción mundial de energía solar

El máximo de potencia fotovoltaica instalada fue de unos 2,600 MW en 2004^[3].

**Potencia FV instalada hacia fines de 2004**^[4]
País	Capacidad FV
	Acumulado			Instalado en 2004
	Aislado [kW]	Conectado a red [kW]	Total [kW]	Total [kW]	Conectado a red [kW]
Australia	48.640	6.760	52.300	6.670	780
Austria	2.687	16.493	19.180	2.347	1.833
Canada	13.372	512	13.884	2.054	107
Francia	18.300	8.000	26.300	5.228	4.183
Alemania	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
Suiza	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

[editar] Grandes plantas de energía fotovoltaica

**Plantas de energía FV más grandes del mundo**^[5]
Potencia pico DC	Ubicación	Descripción	Energía (MWh/año)
6,3 MW	Mühlhausen, Alemania	57.600 módulos solares	6.750 MWh
5 MW	Bürstadt, Alemania	30.000 módulos solares BP	4.200 MWh
5 MW	Espenhain, Alemania	33.500 Shell módulos solares	5.000 MWh
4,59 MW	Springerville, AZ, EEUU	34.980 módulos solares BP	7.750 MWh
4 MW	Geiseltalsee, Merseburg, Alemania	25.000 módulos solares BP	3.400 MWh
4 MW	Gottelborn, Alemania	50.000 módulos solares (cuando sea completado)	8.200 MWh (cuando sea completado)
4 MW	Hemau, Alemania	32.740 módulos solares	3.900 MWh
3,9 MW	Rancho Seco, CA, EEUU	n.a.	n.a.
3,3 MW	Dingolfing, Alemania	Módulos solares Solara, Sharp y Kyocera	3.050 MWh
3,3 MW	Serre, Italia	60.000 módulos solares	n.a.
...	...	...	...
2,44 MW	Castejón, España	14.400 módulos solares	4.400 MWh

[editar] Precio de paneles solares fotovoltaicos

El precio de paneles fotovoltaicos en 2005 fue de 1 a 2 $/vatio (USD) en cantidades de ~400 kW. Como la cantidad de producción aumenta, los precios probablemente continúen bajando. Instalados, el costo está entre 1 y 7 dólares por vatio.

Los precios de venta al por menor actuales en Australia para sistemas pequeños son de alrededor A$ 12 a A$ 15 por vatio. Por ejemplo, un panel de 10 W costaba A$ 150 hacia diciembre de 2005, y uno de 20 W costaba A$ 300.

[editar] Teoría y Construcción

Artículo principal: Panel fotovoltaico

Silicio Cristalino y Arseniuro de Galio son la elección típica de materiales para celdas solares. Los cristales de Arseniuro de Galio son creados especialmente para uso fotovoltaico, mientras que los cristales de Silicio están disponibles en lingotes estándar más baratos producidos principalmente para el consumo de la industria microelectrónica. El Silicio policristalino tiene una menor eficacia de conversión pero también menor coste.

Cuando es expuesto a luz solar directa, una celda de Silicio de 6cm de diámetro puede producir una corriente de alrededor 0,5 amperios a 0,5 voltios (equivalente a un promedio de 90 W/m², en un rango de usualmente 50-150 W/m², dependiendo del brillo solar y la eficacia de la celda). El Arseniuro de Galio es más eficaz que el Silicio, pero también más costoso.

Los lingotes cristalinos son cortados en discos finos como una oblea, pulidos para eliminar posibles daños causados por el corte. Se introducen dopantes (impurezas añadidas para modificar las propiedades conductoras) dentro de las obleas, y se depositan conductores metálicos en cada superficie: una fina rejilla en el lado donde da la luz solar y usualmente una hoja plana en el otro. Los paneles solares son construidos con estas celdas cortadas en forma apropiada. Para protegerlos de daños en la superficie frontal causados por radiación o por el mismo manejo de éstos se los enlaza en una cubierta de vidrio y se cimentan sobre un sustrato (el cual puede ser un panel rígido o una manta blanda). Se realizan conexiones eléctricas en serie-paralelo para determinar el voltaje de salida total. La cimentación y el sustrato deben ser conductores térmicos, ya que las celdas se calientan al absorber la energía infrarroja que no es convertida en electricidad. Debido a que el calentamiento de las celdas reduce la eficacia de operación es deseable minimizarlo. Los ensamblajes resultantes son llamados paneles solares o grupos solares.

Un panel solar es una colección de celdas solares. Aunque cada celda solar provee una cantidad relativamente pequeña de energía, muchas de estas repartidas en un área grande pueden proveer suficiente energía como para ser útiles. Para obtener la mayor cantidad de energía las celdas solares deben apuntar directamente al sol.

Se dice que si un cuarto de los pavimentos y edificios de las ciudades estadounidenses fueran convertidos en paneles solares incorporados, estos proveerían suficiente energía para esa nación.

[editar] Paneles solares en naves espaciales

Probablemente, el uso más exitoso de los paneles solares ha sido en naves espaciales, incluyendo la mayoría de las naves que orbitan la Tierra y Marte, y otras que se dirigen a destinos dentro del Sistema Solar cercano. En las afueras del sistema solar, la luz solar es muy débil para producir suficiente energía por lo que se usan generadores termales de radioisotopos.

Actualmente hay investigaciones para desarrollar satélites de energía solar: plantas solares en el espacio -- satélites con grandes grupos de celdas fotovoltaicas que puedan envíar la energía a la Tierra usando microondas o láser. Las agencias espaciales japonesas y europeas han anunciado planes para desarrollar dichas plantas en los primeros 25 años del siglo XXI.

Al contrario de los cohetes químicos, que son impulsados por una reacción química del propelente, y que usan los gases de escape como masa de reacción, algunos métodos de propulsión de naves espaciales tienen una forma de expulsar la masa de reacción alimentada por electricidad. Utilizando energía solar o energía nuclear, estos métodos generalmente tienen un impulso específico mayor. La cantidad de masa de reacción necesaria siempre crece exponencialmente con el delta-v a ser producido, pero más suavemente si el impulso específico es alto (pero no debería ser muy alto ya que para cantidades grandes la energía necesaria es proporcional a éste). Con energía solar la aceleracíon que puede ser producida es muy baja (demasiado baja para un lanzamiento), pero se mantiene. Los tiempos de quemado típicos son de meses en vez de minutos. La energía por kilogramo que el panel solar produce, como límite de la energía que la nave tiene a disposición por cada kilo que pese ésta (incluyendo los paneles solares) es un factor importante. Vea también energía necesaria para métodos de propulsión.

Los paneles solares necesitan mucha área de la superficie que puede ser apuntada al Sol conforme la nave espacial se mueve. Más área expuesta significa más electricidad que puede ser transformada de la energía lumínica del Sol. Algunas veces, científicos satelitales orientan los paneles solares fuera del alineamiento directo con el Sol a propósito. Esto ocurre si las baterías están completamente cargadas y la cantidad de energía necesitada es menor que la producida. La energía sobrante sería ventilada por un desvío hacia el espacio, en forma de calor.

Las naves espaciales son construidas de manera que se puede girar a los paneles solares cuando la nave se mueva. Así, los paneles pueden permanecer en el curso directo de los rayos de la luz sin importar cómo se dirija a la nave. Usualmente, las naves espaciales son diseñadas con paneles solares que pueden estar siempre dirigidos al Sol, aun cuando la nave se mueve, como la torrecilla de un tanque pueden estar apuntada en una manera independiente de hacia donde va el tanque. Frecuentemente se incluye un mecanismo de seguimiento en las filas de paneles solares para mantener la fila dirigida hacia el Sol.

Hasta el día de hoy, la energía solar, aquella que no es usada para propulsión, ha sido práctica para operar naves espaciales no más lejos que la órbita de Marte, desde el Sol. Por ejemplo, Magallanes, Mars Global Surveyor, y Mars Observer utilizaron energía solar como así también lo hizo el Telescopio Espacial Hubble, el cual orbita la Tierra. Para futuras misiones, se desea reducir la masa del arreglo solar e incrementar la energía por unidad de área generada. Esto reducirá la masa general de la nave y podría hacer posible la operación de naves impulsadas por energía solar a mayores distancias del Sol. La sonda espacial Rosetta, lanzada el 2 de Marzo de 2004, utilizará paneles solares hasta la órbita de Júpiter (5,25 UA); previamente el uso más lejano fue de la nave espacial Stardust hasta las 2 UA.

Energía solar para propulsión está siendo usada en la misión lunar Europea SMART-1 con un propulsor de efecto Hall.

La masa de los grupos solares podría ser reducida con celdas fotovoltaicas delgadas como una lámina, sustratos flexibles como una manta y estructuras de soporte de materiales compuestos. La eficiencia de los grupos solares podría ser mejorada usando nuevos materiales para las celdas fotovoltaicas y concentradores solares que intensifican la luz solar incidente.

Grupos de concentradores solares fotovoltaicos para naves espaciales primarias son artefactos que intensifican la luz solar sobre los fotovoltaicos. Este diseño utiliza una lente plana, llamada lente Fresnel, la cual toma una gran área de luz solar y la concentra en un punto más pequeño. El mismo principio es utilizado para prender un fuego con una lupa en un día soleado.

Los concentradores solares ponen una de estas lentes sobre cada celda solar. Esto concentra la luz del gran área del concentrador a la más pequeña de la celda. Esto permite que la cantidad de costosas celdas solares sea reducida por la cantidad de concentración. Los concentradores funcionan mejor cuando hay una sola fuente de luz y este puede ser apuntado directamente a esta. Esto es ideal en el espacio, donde el Sol es la única fuente de luz. Las celdas solares son la parte más costosa de los grupos solares, y los grupos suelen ser la parte más cara de una nave espacial. Esta tecnología permite que el coste sea recortado significativamente debido a la utilización de menos materiales.