Paneis solares son dispositivos utilizados para capturar a enerxía da luz do sol. Os paneis solares fotovoltaicos conteñen un conxunto de células solares que converten a luz en electricidade. Chámanse solares porque o sol é unha das fontes de enerxía máis fortes para este tipo de uso. As células solares algunhas veces chámanse células fotovoltaicas, e fotovoltaica quere dicir literalmente "luz-electricidade". As células solares contan co efecto fotovoltaico para absorber a enerxía do sol e fan fluír a corrente eléctrica entre dúas capas cargadas opostamente.
Actualmente os custos asociados cos paneis solares tórnanse pouco económicos en aplicacións onde a enerxía das estacións eléctricas está dispoñíbel. O custo dos combustíbeis fósiles está subindo, e a experiencia na produción está reducindo os custos das células solares, isto pode non ser visto nun futuro moito próximo, porén a longo prazo a tendencia é un aumento no uso deste tipo de enerxía renovábel.
Teoría e construción
Vexa o artigo "célula solar" para unha descrición da conversión da enerxía da luz en enerxía eléctrica.
Silicio cristalino e arsenido de galio son as escollas típicas de materiais para as células solares. Os cristais de arsenido de galio créanse especialmente para usos fotovoltaicos, mais os cristais de silicio son tamén producidos para o consumo da industria de microelectrónica. Silicio policristalino ten unha porcentaxe de conversión menor, porén con custo reducido.
Cando se expoñen á luz directa de 1 AU, unha célula de silicio de 6 centímetros de diámetro pode producir unha corrente de 0,5 amperios a 0,5 voltios. O arsenido de galio é máis eficiente.
O cristal córtase en pequenos discos, puídos para remover perigo de corte, os dopantes introdúcense nos discos, e os condutores metálicos deposítanse en cada superficie: un pequeno conector na superficie virada para o sol e un conector no outro lado. Os paneis solares constrúense con estas células cortadas en formas apropiadas, protexidas da radiación e danos ao manusear pola aplicación dunha capa de vidro e cimentada nun substrato (sexa un panel ríxido ou un flexíbel). As conexións eléctricas fanse en serie-paralelo para determinar a tensión de saída total. A capa que protexe debe ser un condutor térmico, pois a célula quence ao absorber a enerxía infravermella do sol que non é convertida en enerxía eléctrica. Como o quecemento da célula reduce a eficiencia de operación, é desexábel reducir esta calor. O resultante desa construción chámase panel solar.
Un panel solar é un conxunto de células solares. A pesar de cada célula solar prover unha cuantía relativamente pequena de enerxía, un conxunto de células solares espalladas nunha grande área pode xerar unha cantidade de enerxía suficiente para ser útil. Para recibir a maior cuantía de enerxía, os paneis solares deben estar direccionados directamente para o sol.
Produción mundial de enerxía solar
O pico total de enerxía producida por paneis solares é de cerca de 2.600 MW no final de 2004. [1] Unha cuantía significativa de paneis solares instalouse en moitos países [2], entre eles:
| País | Capacidade PV | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| Acumulativo | Instalado en 2004 | ||||
| Fóra da liñas [kW] | Conectados ás liñas [kW] | Total [kW] | Total [kW] | Preso ás liñas [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 |
| Xapón | 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 Baixos | 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 | Descrición | MWh/ano |
|---|---|---|---|
| 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 (cando concluída) | 8 200 MWh (cando concluída) |
| 4 MW | Hemau, Alemaña | 32 740 módulos solares | 3 900 MWh |
| 3.9 MW | Rancho Seco, CA, USA | n.a. | n.a. |
| 3.3 MW | Dingolfing, Alemaña | Módulos solares Solara, Sharp e Kyocera | 3 050 MWh |
| 3.3 MW | Serre, Italia | 60 000 módulos solares | n.a. |
Aplicacións dos paneis solares
Aplicacións de baixa potencia
Os paneis solares teñen unha pequena parte da produción mundial eléctrica, o que actualmente se debe ao custo por wat maior cando se compara con combustíbeis fósiles, aproximadamente dez veces maior, dependendo das circunstancias. Eles tornáronse rutina nalgunhas aplicacións, tales como as baterías de soporte, alimentación de boias e de dispositivos en estradas ou desertos, e de forma experimental xa se usaron para alimentar automóbiles en carreiras como a World solar challenge a través de Australia. Programas de incentivo en grande escala, oferecendo financiamento de impostos e incentivos, teñen acelerado rapidamente en varios países, entre eles están a Alemaña, o Xapón e os Estados Unidos.
Paneis solares nas espazonaves
Probabelmente o uso máis éxitoso de paneis solares é en espazonaves, incluíndo a maioría das naves que orbitan a Terra e Marte, e naves viaxando rumbo a direccións máis internas do sistema solar. Nas rexións máis afastadas do sol, a luz é moi feble para producir enerxía suficiente e utilízanse xeradores térmicos radioisótopos.
Os investigadores están desenvolvendo satélites solares: plantas solares espaciais — satélites cun gran número de células fotovoltaicas que irían enviar a enerxía captada para a Terra usando microondas ou láseres. As axencias espaciais Xaponesa e Europea teñen anunciado un plano de desenvolver este tipo de plantas no primeiro cuarto do século XXI.
Ao contrario dos foguetes químicos, que se impulsionan por unha reacción química no propelante, e usa os gases de escape como masa de reacción, algúns métodos de propulsión de espazonaves teñen unha forma de expeler a masa da reacción alimentados pola electricidade. Utilizando enerxía solar ou enerxía nuclear, eses métodos posúen un impulso específico. A cantidade de masa necesaria para reacción sempre crece exponencialmente co aumento de velocidade a ser producida, porén reducidamente se o impulso é alto (mais el non debe ser moi alto porque a enerxía necesaria é proporcional para un impulso específico maior). Coa enerxía solar, a aceleración que pode ser producida é moi baixa (baixa para un lanzamento), mais permanente. Os tempos de queima son meses no canto de minutos. A enerxía que un panel solar produce por kg é como un límite superior da potencia. Vexa tamén a enerxía necesaria para os métodos de propulsión.
Os paneis solares precisan de grandes cuantías de área que poidan apuntarse para o Sol conforme a nave se move. Máis área exposta significa que máis electricidade pode ser convertida da enerxía da luz do Sol. Algunhas veces, os proxectistas de satélites deixan a propósito os paneis desaliñados co Sol. Isto ocorre se as baterías están completamente cargadas e a cuantía de electricidade necesaria é menor que a cuantía producida. A enerxía extra será apenas descargada por un desvío no espazo como calor.
As espazonaves constrúense de modo que os paneis solares se poden mover conforme a nave se move. Dese modo, elas poden sempre ficar no camiño directo para os raios de luz non importando para onde a espazonave estea apuntando.
Actualmente, a enerxía solar, alén da propulsión, ten sido práctica para operar espazonaves que orbitan o planeta Marte. Como exemplo temos o Magellan, o Mars Global Surveyor, e o Mars Observer usando a enerxía solar como feito nos obxectos que orbitan a Terra, como o Telescopio Espacial Hubble. Para misións futuras, é desexábel reducir a masa dos paneis solares, e aumentar a potencia xerada por unidade de área. Isto reducirá a masa total da espazonave, e pode tornar posíbel operacións a distancias maiores do sol. A sonda espacial Rosetta, lanzada o 2 de marzo de 2004, irá usar paneis solar nas proximidades de Xúpiter(5.25 AU); anteriormente o uso máis distante de paneis solares foi a espazonave Stardust á distancia de 2 AU.
A enerxía solar para a propulsión é actualmente utilizada na misión lunar Europea SMART-1 cun impulsionador de efecto de Hall.
A masa dos paneis solares pode ser reducida utilizando células fotovoltaicas solares de filme fino, feita de substratos flexíbeis. A eficiencia pode aumentarse utilizando novos materiais e concentradores solares que intensifican a luz incidente.
Os concentradores fotovoltaicos son dispositivos que intensifican a luz solar nas células. Este método utiliza lentes planas chamadas lentes Fresnel, que capturan unha grande área da luz do sol e a concentran nun punto menor. O mesmo principio utilízase para xerar fogo cunha lupa nun día de sol.
Os concentradores solares colocan unha desas lentes en cada célula solar. Isto focaliza a luz do gran concentrador nunha área de célula menor. Isto permite que a cantidade de células solares sexa reducida polo aumento na concentración da luz, reducindo así os custos. Os concentradores funcionan mellor cando existe apenas unha fonte de luz e o concentrador pode apuntarse directo nela. Isto é o ideal no espazo, onde o sol é a única fonte de luz. As células solares son a parte máis cara dos paneis solares, e estes xeralmente son unha parte cara das espazonaves. Esta tecnoloxía permite que os custos sexan recortados significativamente debido á utilización de menos material.
Notas
Véxase tamén
Wikiwand in your browser!
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.
