26/01/2008

Tejados fotovoltaicos

Tejados fotovoltaicos

Permalink 26.01.08 @ 20:30:00. Archivado en Universidades, Hispanobelgas, Sociogenética, Energías renovables, Nanotecnologías, Arquitectura y urbanismo, Óptica

La región Valona ha proclamado 2008 como año fotovoltaico. En respuesta a la brutal subida del precio de los combustibles fósiles, ha propuesto a los ciudadanos que produzcan su electricidad verde en su propio domicilio, con el objetivo de obtener su autonomía energética. Afirmando que con su ayuda es actualmente posible, ha lanzado la operación Solwatt , para ayudarles a conseguirlo mediante la tecnología fotovoltaica.

La toma de conciencia de las autoridades valonas es fácil de comprender: la brutal subida del precio de los combustibles fósiles ha puesto en grave aprieto económico a la mayoría de las familias europeas que viven en regiones frías. El gasoil primero y luego el gas y la electricidad, cuyo precio parecía menos propicio al encarecimiento, han pasado de ser energías caras a ser energías carísimas.

Si no se quiere que las víctimas de este desconcertante encarecimiento, que son sobre todo las clases medias, lleguen a asfixiarse socioeconómicamente bajo el precio de su costo, con pérdida neta de su poder adquisitivo, hay que superar por todos los medios tecnológicos a nuestro alcance la peligrosidad de esta situación presupuestaria circunstancial, evitando que se convierta en estructural.

Lo peor de la situación es que muchos estados europeos no solamente no hacen gran cosa para que la mayoría afectada, que somos casi todos los ciudadanos europeos, no se vea asfixiada por esta carga económica, que gravita sobre un bien de primera necesidad, sino que siguen manteniendo la misma carga fiscal de la situación anterior. Un número muy reducido de contribuyentes, con una renta anual particularmente severa, pueden beneficiarse sea de una ayuda circunstancial o sea de una disminución de su carga contributiva.

A los demás sólo nos queda la solución de encontrar nuestro lugar de refugio al amparo de nuestro padre común el Sol, fuente primera de toda vida tanto vegetal como animal y humana, para beneficiarnos de su calor y de su luz, esta última convertible en electricidad. Por eso nos hemos dirigido a los científicos que defienden como prudentes y sagaces inventores el empleo de las energías limpias y renovables, entre las cuales nos señalan justamente la energía solar como la más recomendable por su perennidad y por su coste nulo, al estar ambas propiedades garantizadas por su generoso productor, que lo es por su naturaleza tanto de calor como de luz solar.

Construir un tejado y al mismo tiempo producir electricidad para la vivienda es una idea nueva; fabricar tejas que parecen tejas tradicionales, pero que producen electricidad es una tecnología revolucionaria reciente, que afecta a la estructura misma del conjunto del tejado como cobertura activa de la casa. Los elementos fundamentales de este nuevo tipo de tejas son las TEJAS SOLARES FOTOVOLTAICAS.

La propiedad fundamental de todo dispositivo fotovoltaico, llamado también célula fotovoltaica, es su capacidad de generar electricidad por la acción de la luz (1). Esta fuerza electromotriz, llamada comúnmente electricidad o corriente eléctrica, es particularmente intensa cuando el dispositivo fotovoltaico de captación beneficia de una exposición directa a la luz solar. Esto es lo que han pretendido los ingenieros al concebir las TEJAS SOLARES FOTOVOLTAICAS, transformando así la función pasiva de la teja como mera protección de los edificios contra las agresiones de la intemperie, en función activa de célula fotovoltaica productora de electricidad.

La célula fotovoltaica, cuya función asume la nueva teja revolucionaria, cumplirá cincuenta y cuatro años el 25 de abril de este 2008.

He aquí el artículo de Malen RUIZ DE ELVIRA sobre la tecnología y la historia de la célula fotovoltaica, artículo que conmemoraba de manera clara e inteligente en las páginas de El País las bodas de oro de este invento múltiple en 2004.

Soy yo quien he puesto en valor mediante negritas la multiplicidad de inventivas de este invento, que resulta, en la larga duración que interesa a la sociogenética, de las contribuciones científicas de múltiples universitarios de diferentes países y épocas a la genética unitaria de esta serie de inventos.

La célula fotovoltaica cumple 50 años
Malen RUIZ DE ELVIRA - Madrid - 05/05/2004

Hace estos días 50 años que nació la energía solar fotovoltaica. El 25 de abril de 1954 tres investigadores de los famosos Bell Labs, el centro de investigación y desarrollo de la empresa AT&T, dieron a conocer la primera célula que obtenía energía eléctrica directamente de la luz solar con eficiencia suficiente para hacer funcionar una radio a transistores. La célula, de silicio y todavía un prototipo, sólo aprovechaba el 6% de la energía que le llegaba del Sol, pero el anuncio fue acogido con gran esperanza y los medios de comunicación aseguraron que se iniciaba una nueva era. "Una gran potencia se obtiene de una batería que utiliza uno de los ingredientes de la arena", titulaba el diario The New York Times al día siguiente. La comunicación científica correspondiente fue publicada en mayo en la revista Journal of Applied Physics.

Los autores del avance fueron Daryl Chapin, ingeniero electrónico, Gerald Pearson, físico, y Calvin Fuller, químico. Desde entonces, la eficiencia de las células solares ha aumentado hasta alcanzar el 35%, aunque sólo en casos experimentales. A pesar de que efectivamente se utilizan para obtener energía eléctrica en numerosas aplicaciones en la superficie terrestre, no se ha cumplido todavía la profecía de que serían la fuente más importante de energía en el futuro. Sin embargo, existen nichos en los que la energía fotovoltaica ha resultado imprescindible, y uno de ellos es el que representan los satélites en órbita terrestre, sean científicos, de comunicaciones o de observación de la tierra, civiles o militares. "Los fotones -paquetes de energía procedentes del Sol- hacen salir silenciosamente los electrones de las células y generan electricidad", recuerda el especialista John Perlin. "No hay partes móviles. He aquí el primer dispositivo de potencia verdaderamente cuántico".

La célula fotovoltaica de Bell Labs no era el primer intento de extraer directamente electricidad del Sol. El primero en intentarlo fue Charles Fritts, que en 1883 construyó el primer módulo eléctrico, basado en el selenio. El desarrollo de la célula fotovoltaica está intímamente unido al de la física fundamental, algo que sucede en los inventos muchas más veces de lo que se tiende a creer. La base se remonta al descubrimiento del efecto fotovoltaico en 1839 por Edmund Becquerel y a la correspondiente teoría de Albert Einstein por la que obtuvo el premio Nobel. Sin embargo, los tres científicos de Bell Labs buscaban más bien una solución al suministro de energía a la red telefónica.

"Ellos tenían razón al apostar por el costoso silicio cristalino con el que obtienen el 6% de rendimiento, que consideraban necesario para la explotación rentable de las células (en aplicaciones de telefonía), en tiempos en que las opciones preferidas eran el selenio o incluso la célula de capas delgadas de sulfuro de cobre / sulfuro de cadmio de la que los competidores de RCA había hecho gran publicidad ese mismo año, supuestamente más baratas, pero menos eficientes", afirma el especialista español Antonio Luque, de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM). "Hoy el 90% del mercado fotovoltaico, que crece a más del 30% anual, lo ocupan las células de silicio herederas del éxito de Bell Labs", recuerda Luque.

Es la crisis del petróleo de 1973 la que impulsa la energía solar fotovoltaica, que se empieza a investigar en España en los años siguientes. "Las técnicas que usa la industria actualmente, con un rendimiento del 15%, se desarrollan casi por completo en la década que sigue al choque petrolero", recuerda Luque. "En 1981 se funda la empresa Isofotón en España cuyas células salen al mercado en 1982. Es un spin-off de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Telecomunicación de Madrid y en 2003 ocupó el séptimo puesto mundial por el número de células fabricadas, aunque la inmensa mayoría se exportan.

Ahora, se intenta aprovechar mejor el espectro solar. El proyecto europepo Fullspectrum, que reúne a 19 centros, se afana en ello bajo la coordinación general de la UPM. Un consorcio japonés ha presentado la célula de mayor rendimiento hasta el momento, del 36,5%, construida con los semiconductores indio, galio y germanio.

Instalación de las tejas solares fotovoltaicas.

Ver las dos primeras imágenes que ilustran este texto.

Un sistema de conexión extremadamente bien pensado facilita la instalación de una forma flexible y rápida. El concepto de la construcción flexible con Tejas Fotovoltaicas de Silicio Monocristalino permite instalar desde las potencias mínimas hasta las máximas posibles. La instalación para viviendas puede ser efectuada con o sin conexión a la red eléctrica. En Bélgica se prefiere la fórmula de conexión a la red, que hace contar el contador al revés, en beneficio del usuario privado, y que le permite a éste poder prescindir de la instalación de baterías para el consumo nocturno de su vivienda. De esta manera se respetan también el espacio vital disponible y la mayor simplicidad técnica del edificio.

Ventanas, chimeneas y otras construcciones en el tejado no molestan para la instalación de las tejas fotovoltaicas.

Las tejas tienen las mismas dimensiones que las tejas planas del tipo Mulden/Frankfurt. Al ser un producto comercializado exclusivamente bajo la fùormula del pedido, la venta mínima actual es de 800 tejas (>5000.Wp)

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He aquí la guía práctica de Eurotecam, para calcular el consumo eléctrico que puede tener una familia en su vivienda

Por ejemplo: una familia habita una casa rural aislada, sin conexión a la red eléctrica, en la que existen 14 puntos de luz de alumbrado fluorescente, con una potencia de 20W cada uno, y otros 5 puntos de luz de 30W cada uno. Además hay un frigorífico de bajo consumo que consume 160W por día y un televisor que consume 100W .

Se estima que en promedio cada punto de luz de 20W va a permanecer encendido unas 2 horas al día, y cada uno de los puntos de luz de 30W unas 3 horas al día; el televisor unas 4 horas por día, y el frigorífico todo el día .

El consumo total en un día se calculará así:

14 puntos de luz de 20W, durante 2 horas: (14 x 20 x 2) = 560Wh

5 puntos de luz de 30W, durante 3 horas: (5 x 30 x 3) = 450Wh

1 frigorífico consume 160W por día = 160Wh

1 televisor de 100W, durante 4 horas: (100 x 4) = 400Wh

SUMA = 1.570Wh

+20% de aumento por posibles pérdidas en cables, reguladores, convertidores = 314W

SUMA CONSUMO TOTAL = 1.884Wh.

La suma total de su consumo es la que nos debe presentar, para que nosotros podamos hacer un presupuesto para su vivienda.

Además nos debe informar si los puntos de luz, el televisor y el frigorífico, etc. son de 12V/24V o 230V y la zona geográfica en donde se encuentra la vivienda.

Dando como buena una autonomía de 10 días, la batería, supuesta de 12V, deberá tener una capacidad de: 1.884Wh x 10días / 12V = 1.570Ah.

Los paneles solares se orientan siempre hacia el sur y su inclinación debe ser aproximadamente igual a la latitud del lugar incrementada en 15º.

Una expresión aproximada para determinar el número de Watios - hora de energía E que puede aportar, a lo largo de un típico día de invierno con escasa nubosidad, un panel cuya potencia nominal sea P (Watios), instalado en un lugar cuya latitud sea L grados es:

E = (5 - L / 15) x (1 + L / 100) x P

Por ejemplo, si la latitud del lugar es igual a 32º, es de esperar que cada panel de 50Wp de potencia, puede producir en un día medio de invierno una energía igual a:

E = (5 - 32 / 15) x (1 + 32/100) x 50 = 2,87 x 1,32 x 50 = 189,4 Wh.

El valor E obtenido en la fórmula anterior puede aumentarse hasta un 25%, o bien disminuirse en el mismo porcentaje, según sean las condiciones climatológicas predominantes en los meses invernales, especialmente la nubosidad. En caso que la nubosidad sea muy escasa, un valor razonable sería un 20% superior al calculado y si, por el contrario, se trata de un lugar en que los inviernos se caracterizan por muchas lluvias y abundante nubosidad, habremos de disminuir de valor E en un 25%.

Continuando con el ejemplo numérico expuesto con anterioridad, en el que habíamos establecido un consumo total de 1.884Wh, podemos calcular ahora el número necesario de paneles solares :

Nº de paneles solares = Consumo total diario / Energía total aportada por cada panel = 1.884 / 189,4 = 9,9 (10 paneles de 50Wp).

Tejado terminado, sistema conectado a la red (Grid )

CONCLUSIÓN: El sistema solar fotovoltaico para su vivienda se compone de 10 paneles de 50Wp + un cuadro de conexiones + un regulador de carga adecuado + una batería con una capacidad de 1.570 Ah. + un posible convertidor DC/AC.

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Lexicografía y semántica de la terminología empleada

(1) fotovoltaico, ca.

(De los elementos compositivos: foto- + -voltaico) 1. adj. Electr. Perteneciente o relativo a la generación de fuerza electromotriz por la acción de la luz. Paneles fotovoltaicos; tejas fotovoltaicas; pilas fotovoltaicas.

foto-.

(Del gr. φωτο-, de la raíz de φῶς, φωτός, luz).

1. elemento compositivo que significa 'luz'. Fotograbado, fotobiología, fotosíntesis, fotosensibilidad.

voltaico.

(De Volta; cf. voltio).

□ V. arco voltaico

voltio.

(Del ingl. volt, y este de A. Volta, 1745-1827, físico italiano).

1. m. Fís. Unidad de potencial eléctrico y fuerza electromotriz del Sistema Internacional, equivalente a la diferencia de potencial que hay entre dos puntos de un conductor cuando al transportar entre ellos un coulomb se realiza el trabajo de un julio. (Símbolo: V).

coulomb.

(De Ch. de Coulomb, 1736-1806, físico francés).

1. m. Fís. culombio.

culombio.

(De coulomb).

1. m. Fís. Unidad de cantidad de electricidad y carga eléctrica del Sistema Internacional, equivalente a la cantidad de electricidad transportada en un segundo por una corriente de un amperio. (Símbolo: C).

julio 2.

(De Joule. De J. P. Joule, 1818-1889, físico inglés).

1. m. Fís. Unidad de trabajo del Sistema Internacional, que equivale al trabajo producido por una fuerza de un newton cuyo punto de aplicación se desplaza un metro en la dirección de la fuerza (Símbolo: J).

amperio.

(De ampere. De A.-M. Ampère, 1775-1836, matemático y físico francés).

1. m. Fís. Unidad de intensidad de corriente eléctrica del Sistema Internacional equivalente a la intensidad de la corriente que, al circular por dos conductores paralelos, rectilíneos, de longitud infinita, de sección circular despreciable y colocados a la distancia de un metro uno de otro en el vacío, origina entre dichos conductores una fuerza de dos diezmillonésimas de newton por cada metro de conductor. (Símb. A).

newton.

(De I. Newton, 1642-1727, científico inglés).

1. m. Fís. Unidad de fuerza del Sistema Internacional, equivalente a la fuerza que, aplicada a un cuerpo cuya masa es de un kilogramo, le comunica una aceleración de un metro por segundo cada segundo. (Símbolo: N).

vatio.

(De watt. De J. Watt, 1736-1819, ingeniero escocés).

1. m. Electr. Unidad de potencia eléctrica del Sistema Internacional, que equivale a un julio por segundo. (Símbolo: W).

Fuente lexicográfica: DRAE