I. LA ENERGÍA

La energía, como problemática, ha sido percibida desde distintos puntos de vista dependiendo del momentohistórico. Desde los inicios del siglo hasta principios de los años setenta, el crecimiento económico de lospaíses industrializados se fundamentó en la disponibilidad de una fuente de energía barata y abundante: elpetróleo. A partie de la Segunda Guerra Mundial, tanto la producción nmundial de petróleo como la demandaindustrial de energía se han duplicado cada diez años. Las previsiones sobre la evolución del consumo deenergía en el mundo, muestran un crecimiento similar en los próximos años.

Aunque al final de los sesenta nacieron voces críticas de que el crecimiento energético no se podía mantenerindefinidamente, no fue hasta la primera Crisis del Petróleo que la sociedad empezó a concientizarse delproblema de la limitación de las reservas de combustibles fósiles, de las cuales sólo hay para 50 años depetróleo y 200 años de carbón si se mantiene el ritmo de consumo actual.

Las únicas posibilidades de mantener un crecimiento económico sostenible, garantizando un suministroenergético a largo plazo, son el incremento de la eficiencia y la búsqueda de energías alternativas al petróleo...

Energía Renovable

Entre las opciones de sustituir progresivamente la utilización exhaustiva y masiva del petróleo, se encuentra elaprovechamiento de los recursos energéticos renovables: La energía solar, eólica, hidráulica, geotérmica y delos océanos.

Las energías renovables son inagotables, limpias y se pueden utilizar en forma autogestionada (ya que sepueden aprovechar en el mismo lugar en el que se producen). Además pueden complementarse entre sí, locual favorece la integración entre ellas.

El XVI Congreso del Consejo Mundial de Energía que tuvo lugar en Tokio, hizo ver la necesidad de definiruna estrategia de desarrollo sostenible a largo plazo. Por una parte, se prevé que en el 2020 el crecimientopoblacional alcanzará los 8.000 millones de personas y en el 2050, serán 10.000. Por otra parte, la prioridaddel desarrollo económico para que todos los pueblos tengan acceso a una calidad de vida aceptable y laprioridad medioambiental y el miedo al impacto del desarrollo económico sobre el calentamiento del planeta yla amenaza a la biodiversidad. Estos factores de preocupación para la comunidad mundial, hicieron que sellegara a una conclusión − bastante obvia por lo demás − que es el planteamiento de la necesidad de ampliarlas formas de energía disponibles, llevándo a término una política conjunta de todos los países que establescala sustitución paulatina de los combustibles fósiles y el financiamiento necesario para lograrlo.

Las grandes potencias han acordado aumentar a un 12% el consumo de energías renovables para el año 2010.Esto representaría un fuerte incremento con respecto al 5,4% actual. Aunque esto es perfectamente posible −desde un punto de vista tanto tecnológico como legislativo y político − se encuentra con un obstáculo: ladificultad para integrar las energías renovables en los sistemas energéticos existentes y la falta deinfraestructura que permita el desarrollo de esta industria. Además, se hace difícil competir con los precios delas formas energéticas actuales, poque el ahorro de las renovables es muy a largo plazo. Y aparentemente, esono interesa mucho...

El aprovechamiento por el hombre de las fuentes de energía renovable es muy antiguo. Desde muchos siglosantes de nuestra era, ya se utilizaban el sol, el viento y el agua y su empleo continuó durante toda la historiahasta la llegada de la Revolución Industrial, en la que, debido al bajo precio del petróleo, fueron abandonadas.

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Sin embargo hoy, debido al incremento de los costos de los combustibles fósiles y los problemasmedioambientales derivados de su explotación, presenciamos un renacer de las energías renovables.

La energía solar representa el modelo más característico de fuente renovable. A pesar de sus recursosilimitados, sin embargo, al tomarse directamente de la radiación solar, el aprovechamiento nergético noalcanza rendimientos equiparables a los de otras fuentes.

El Sol

El sol es una esfera de gas luminoso de 1.392.000 km. de diámetro que posee una masa 330.000 vecessuperior a la de la tierra. La energía que manifiesta proviene de las reacciones nucleares de conversión dehidrógeno en helio que tienen lugar en su núcleo a temperaturas cercanas a los catorce millones de grados.Esta materia gaseosa caliente es capaz de irradiar una temperatura efectiva de 6000°C. Se encuentra a unadistancia de 149.490.000 kilómetros de la tierra y su constante solar − es decir, la intensidad media deradiaci{on medida fuera de la atmósfera en un plano normal − es de aproximadamente 1.94cal/min.centimentros cúbicos.

La intensidad de la radiación solar que llega a la superficie de la tierra, se reduce por varios factores variables,entre ellos, la absorción de la radiación − en intervalos de longitud de onda específicos − por los gases de laatmósfera (dióxido de carbono, ozono, etc.), el vapor de agua, la difusión atmosférica por las partículas depolvo, por las moleculas y gotitas de agua, por reflexión de las nubes y por la inclinación del plano recpetor dela radiación (con respecto a la posición normal de la radiación). La intensidad de la radiación medida en lasuperficie de la tierra varia de 1.6 a 0.

El sol es una estrella relativamente joven en su estado de evolución. Ha estado en el cielo desde hace unoscinco mil millones de años aproximadamente y se calcula que todavía no ha llegado ni a la mitad de suexistencia. El sol es la fuente de vida, además de el origen de las demás formas de energía que el hombre hautilizado desde los albores de la historia. Podría satisfacer todas nuestras necesidades si aprendieramos aaprovechar de manera racional la enorme cantidad de energía que derrama sobre el planeta. Durante este año,por ejemplo, el sol arrojará sobre la tierra cuatro mil veces más energía de la que vamos a consumirefectivamente. Otro ejemplo que ilustra esto, es el hecho de que EE.UU recibe anualmente alrededor de 1500veces sus demandas de energía total. En un día de sol de verano, la energía que llega al tejado de una casa detipo medio sería más que suficiente para satisfacer las necesidades de energía de esa casa por 24 horas. Ladistribución espectral de la radiación en la superficie de la tierra ha sido extensamente estudiada. Incluso se hapropuesto una serie de curvas a modo de patrón, para diferentes masas de aire.A modo personal, sin embargo,me parece que es importante mencionar que si bien se estudia a fondo la radiación solar en la tierra, talesconocimientos teóricos no son aplicados y usados en la práctica de una manera tan exhaustiva como loteórico. Nada sacamos con estudiar un fenómeno a fondo y plantear miles de teorías que permitancomprenderlo mejor, si no sabemos aterrizar esto en la realidad y aplicarlo para mejorar nuestra vida. Es poresto que es imprescindible que el hombre comience a idear maneras de lograr que esa energía sea aprovechaday no se desperdicie. No sería racional no intentar aprovechar, por todos los medios técnicamente posibles y lagrandes alternativas tecnológicas que se nos van abriendo, esta fuente energética gratuita, limpia e inagotable,que puede liberarnos definitivamente de la dependencia del petróleo o de otras alternativas tanto poco segurascomo, en la mayoría de los casos, altamente contaminante.

Sin embargo, esta afirmación puede resultar algo utópica...Está claro que es una fuente de energía que podríaresolver todas nuestras necesidades si la aprovecharamos...Por algo el hombre no lo ha hecho. No es que nohaya visto el sol...Existen obstáculos para su plena utilización y es el superarlos lo que debe orientar losesfuerzos futuros del hombre. Una política energética basada en el sol conllevaría, en sí misma, problemas.Pero antes de siquiera mencionarlos, debemos decir que el sol en sí tiene características que dificultan suutilización energética. El ejemplo más claro, es el hecho de que se trata de una energía que está en constantesfluctuaciones, más o menos bruscas. Así, por ejemplo, la radiación solar es menor en el invierno, que es la

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época en que, precisamente, más la necesitamos. Es por esto que el hombre debe esforzarse por avanzar en eldesarrollo y perfeccionamiento de los procesos de captación, acumulación y distribución de la energía solar,para conseguir las condiciones que la hagan efectivamente competitiva a escala planetaria.

Sol y Energía

Hemos hablado del sol y de la energía: he aquí lo que relaciona todo...Todas las energías de las quedisponemos en nuestro planeta, exceptuando quizás la energía nuclear de fisión, provienen del sol. Lahidráulica, le eólica, la de las mareas, etc...El sol calienta el aire de la tierra y lo hace ascender: así nacen lascorrientes de aire y el viento; el sol envía energía calorífica y luminosa que las plantas utilizan para realizarsus procesos; esas plantas crecen y se pueden quemar para obtener calor; eventualmente y tras lametamorfosis de muchos siglos se puede convertir en carbón; El sol calienta el mar y se evapora el agua; secrean las nubes, la lluvia, los ríos...Energía hidráulica; el resultado de la atracción que ejercen el sol y la lunasobre la tierra y sobre el mar da origen a las mareas...Todo el mundo nace a partir del sol. Es, literalmente,"nuestro padre"...Todo nace a partir de él y nosotros, sus seres más estúpidos y poco racionales − en estesentido − somos los que menos sabemos aprovechar su infinito potencial.

Productos del sol

Si recogemos de manera adecuada la radiación solar, podemos obtener básicamente dos resultados: calor yelectricidad. El calor se logra mediante los colectores térmicos y la electricidad a través de los llamadosmódulos fotovoltáicos. Estos dos procesos no tienen nada que ver entre sí, ni en cuanto a su tecnología, ni encuanto a su aplicación.

Referirse a los posibles usos de la energía solar en general, es un trabajo interminable. Calefacción doméstica,refrigeración, calentamiento de agua, destilación, generación de energía, fotosíntesis, hornos solares, cocinas,evaporación, aire acondicionado, secado, control de heladas. En fin, los posibles usos son múltiples, peronombrarlos no es, en absoluto, la intención de este trabajo. Debemos mencionar sin embargo, que todos losusos de la energía solar − incluyendo los citados − se han testeado en laboratorios...No todos sin embargo, sehan llevado a escala industrial. Esto es un ejemplo de lo que antes señalabamos: "Mucho estudio, pocasnueces"...Al final, no usamos como podríamos, lo que tenemos a nuestra disposición. Pero no basta criticar. Siesto ocurre, no es sólo por estupidez o pereza. En muchos casos, el costo de realizar estas operaciones conenergía solar no puede competir con el costo menor de otras fuentes de energía. No es que se trate de unaenergía cara; todo lo contrario. Pero el problema es que se requiere una gran inversión inicial para comenzar aasimilar el uso de la energía solar. Por ello, la mayor parte de los problemas de utilización de esta energía sevinculan a problemas fundamentalmente económicos.

Transformando la Energía solar en Energía Eléctrica

Antes de hablar de este tema, que es lo que motiva el trabajo en realidad, debemos clarificar algunosconceptos que serán usados de manera constante...

Hay tres tipos de materiales capaces de conducir la energía eléctrica: conductores, semiconductores ysuperconductores. Los conductores son los materiales usados convencionalmente para transportar energíaeléctrica. Los más usados en este sentido son el cobre, la plata, el oro y el platino. Los semi−conductores sonaquellos materiales que conducen mejor la electricidad que un aislante, pero peor que un conductor. A bajastemperaturas, se comportan como aislantes y a altas temperaturas su resistividad baja tanto que se acerca a lade los metales. Los súperconductores son los más raros de todos. Su característica principal es la auscenciatotal de resistividad eléctrica. Es por esto que son elementos perfectos para el transporte de energía eléctricaen tanto no producen pérdidas de calor. Su único problema es que, hasta el momento, todos los materialesencontrados funcionan a muy baja temperatura.

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Hay diferentes tipos de dispositivos de conversión directa de energía solar en energía eléctrica. Por ejemplo,covertidores termoeléctricos, termoiónicos y los fotovoltáicos.

Los convertidores fotovoltáicos son los más avanzados de todos los convertidores de energía cuántica. Lascélulas solares están fabricadas con materiales semiconductores. Es por esto que explicamos las propiedadesde este tipo de materiales en general: Para entender el funcionamiento de una célula solar, debemos entenderlas propiedades de los materiales que las forman...

En estos convertidores, la luz pasa de ser luz a ser electricidad sin pasar antes por un estadio de energíatérmica. Las células fotovoltáicas son las únicas que poseen "una absorción óptica muy alta y una resistenciaeléctrica lo suficientemente baja como para poder convertir la energía solar en energía útil de modoeconómico. Gracias a la elección de semiconductores con un "intervalo de absorción espectral apropiado",podemos seleccionar un material que abarque el espectro solar.

Estos semiconductores se hacen uniendo partes positivas y negativas del silicio, que es el material queactualmente más rinde. Este proceso de formación de electricidad será detallado a continuación, ya que esaquello en lo que estamos enfocando nuestro trabajo. (en la sección Cómo se hacen los convertidoresfotovoltáicos).

II. ENERGÍA FOTOVOLTÁICA

Los sistemas de producción de electricidad denominados sistemas fotovoltáicos posibilitan la transformaciónde la energía que contiene la radiación solar en energía eléctrica. Estos sistemas se caracterizan por un gradode autonomía respecto al clima, lugar geográfico y otras condiciones que pocas fuentes energéticas puedenalcanzar. Las localizaciones geográficas caracterizadas por recibir un alto nivel de radiación solar son las máspropicias para su utilización.

Frente a las energías convencionales, la energía solar fotovoltáica presenta la característica de ser una fuenteilimitada de energía, por tratarse de energía renovable. Se caracteriza además por su carácter "ubicuo",pudiendo ser aprovechada en cualquier parte de la superficie del planeta (aunque, obviamente, no con lamisma intensidad en todos los lugares ni en todo momento). Esta ubicuidad posibilita un amplio rango deaplicaciones (limitado apenas por la potencia necesaria).

Las fuentes de energía tienen impactos medioambientales inevitables. Cada vez son más claros estos efectosen el planeta. Lluvia ácida, efecto invernadero, residuos radioactivos, accidentes nucleares...La concienciamayor que existe − debido a que se conoce cada día más − con respecto a estos efectos nocivos y la mayorsensibilidad social − que se han generado específicamente gracias a los movimientos ecológicos, etc. − sonfactores que hacen que esta posibilidad sea una alternativa cada vez más viable y atractiva frente a otrasfuentes de energía. Esto no es una teoría. Un ejemplo ilustrador es el caso de EE.UU que ha destinado lamayor parte de su presupuesto para investigaciones energéticas a proyectos relacionados con la energíafotovoltáica. Si se sigue este nivel de investigación y esta cantidad de proyectos, es claro que la energíafotovoltáica jugará un rol clave en la generación de energía en Estados Unidos, especialmente en sus zonasmás cálidas, como es por ejemplo Florida (que es uno de los lugares en Estados Unidos donde más estudioscon respecto a este tipo de energía se han realizado).

Breve historia de los sistemas fotovoltáicos

Las investigaciones iniciales en este campo se enfocaron al desarrollo de productos para aplicacionesespaciales, siendo su primera utilización exitosa en la fabricación de satélites artificiales. Sus característicasprincipales las hicieron ideales para el suministro de energía en el espacio exterior.

Las celdas fueron comercializadas por primera vez en 1955. Pero sólo a comienzos de los ochenta,

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comenzaron a establecerse compañías fotovoltáicas. Fue en esta década también que en Estados Unidos, elNational Renewable Energy Laboratory (NREL) estableció los métodos y estándares de prueba yfuncionamiento para los módulos fotovoltáicos. Estas actividades ayudaron a las compañías a reducir suscostos y mejorar su funcionamiento, eficiencia y confiabilidad.

Cómo se hacen los convertidores fotovoltáicos

Las celdas fotovoltáicas se fabrican con Silicio. Este elemento − el segundo más abundante en la cortezaterrestre − es el que permite que se de el proceso de generación de electricidad. La brecha de energía por laque se calcula la eficiencia teórica de conversión de materiales voltáicos, determina la absorción espectralcaracterística del material en la región de absorción fundamental. El Silicio tiene un corte de absorción de1.2u con fuerte aumento en el coeficiente de absorción hacia longitudes de onda más larga. La regiónfundamental es la región sensible de la célula de Sicilio.

Al dopar el Silicio puro con impurezas de ciertos elementos químicos, obtiene propiedades eléctricas únicasen presencia de la luz solar. ¿Cómo se dopa el Silicio? Un diodo está formado − como su nombre lo indica −por dos partes: una negativa y la otra positiva. En la parte positiva, al material le faltan electrones. En la partenegativa, le sobran. Cuando las dos partes se unen, se le llama diodo semiconductor. Es semiconductor (ver ladefinición teórica de este concepto, que se ubica antes...) en el sentido de que la corriente eléctrica sólo puedecircular en un sentido. Además, a diferencia de los materiales conductores, al aumentar la temperatura, elrendimiento también aumenta. El Silicio tiene cuatro electrones. Sólo se puede llegar a tener "un Silicionegativo y otro positivo" si lo dopamos con materiales contaminantes. Así, por ejemplo, si le introducimosfósforo a su composición, obtendremos un Silicio negativo, pues conseguiriamos un electron demás cada vez(si consideramos que el fósforo tiene 5 electrones en la última capa). En cambio, si le introducimos aluminio− tres electrones en la última capa − tendremos un silicio positivo.

Cómo dijimos, sólo dopándo el Silicio, tiene las características adecuadas. Esto ocurre porque las propiedadesquímicas de los elementos están determinadas por el número de electrones en su última capa y por loselectrones que faltan para completarla. El Sicilio, como también ya dijimos, posee cuatro electrones y faltanotros cuatro para completarla. Cuando los átomos de Sicilio se unen a otros, compartiéndo los electrones delas últimas capas con la de átomos vecinos y formando enlaces covalentes, estas combinación dan lugar a unaestructura cristalina. Esta es la composición de las células fotovoltáicas. Ellas miden entre 7 y 9 centímetros yson delgadas y de forma rectangular o circular.

El Silicio es procesado − tras una elaboración compleja − y se forma con él un cilindro cristalino y sólido. Setrata de un cristal semiconductor muy puro. Este cilindro se corta, a su vez, en finas rodajas que luego siguenun tratamiento químico antes de convertirse en células fotovoltáicas. Luego se conectan alambres a lasuperficie de la célula: Una al lado cargado positivamente y otra al lado negativo. Así se completa el circuitoeléctrico. Cuando la célula se expone a la luz, la electricidad fluye a través del circuito. Para mejorar laeficiencia y la capacidad del sistema, se pueden conectar − también mediante alambres − varias células en unaserie. A esto se le llama módulo (module) y también se pueden conectar, a su vez, varios módulos. Mientrasmás módulos se sumen, mayor es la electricidad que se puede generar.

Las células funcionan gracias a lo que se denomina "efecto fotovoltáico" (foto viene de luz; voltáico deelectricidad). Al golpear el sol la superficie de la célula, libera electrones del átomo del material. Loselectrones, excitados por la luz, se mueven a través del Sicilio. Ciertos elementos químicos agregados a lacomposición del Silicio permiten establecer la ruta que seguirán los electrones.

Ese es el fenómeno fotovoltáico y su consecuencia es la corriente eléctrica directa. Esta corriente puede seralmacenada en "acumuladores" para, si se desea, pueda ser utilizada fuera de las horas de luz. Cada célula (ocelda) es capaz de generar de 2 a 4 Amperios, a un voltaje de 0,46 a 0,48 V utilizando como materia primasólo radiaciones solares. Además, admiten tanto la radiación directa como la difusa, lo que quiere decir que se

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puede conseguir energía eléctricas incluso en los días nublados. Por lo tanto, es bastante eficiente. Además esrelativamente simple− las celdas fotovoltáicas no tienen partes móviles, no es necesario su mantenimiento ytienen una vida útil de entre 20 y 30 años − y, sin embargo, su fabricación requiere de una tecnologíasofisticada que solamente está disponible en algunos países como Estados Unidos, Alemania, Japón y España.Es por esto que, pese a que la conversión directa de la parte visible del espectro solar es quizás la vía másordenada y estética de todas las que existen para el aprovechamiento de la Energía Solar, desafortunadamenteesta tecnología no ha podido desarrollarse por completo.

Tipos de sistemas fotovoltáicos

Existen distintos tipos de paneles fotovoltáicos. Su clasificación depende de su proceso de fabricación, de suprecio, su rendimiento y su aplicación. Se mencionarán todas, pero explicando sólo las más importantes − ami juicio − y comunes.

I. Celdas de Sicilio cristalino

Son las celdas que predominan hoy en el mercado mundial. Esto se debe a sus características: madurez,confiabilidad y larga vida útil (de 20 a 30 años). Dentro de ellas se distinguen distintos tipos.

Células de Silicio monocristalino: Son celdas formadas por un solo tipo de cristal. Son bastante caras ydifíciles de conseguir. Son escasas. Consiguen muy buenos rendimientos − mejores que cualquier otro tipode célula − superiores al 30%.

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Células de Silicio policristalino: Son de Silicio, mezclado con Arsenio y Galio. Son más sencillas deconseguir y tienen un rendimiento menor que las anteriores, pero nada despreciables, de un 15%aproximadamente. No duran tanto tiempo como las anteriores, pero son perfectas para lugares en los que lascondiciones ambientales hagan que, por muy duradera que sea la célula, se rompa igual...La alta montaña oel desierto son ejemplos.

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II. Celulas amorfas:

"Baja durabilidad, pero bajo costo". Son las más baratas, pero las menos duraderas y rendidoras. Su eficienciaes de un 6% y tiende a cero con su envejecimiento. Proporcionan una cantidad de energía muy baja. Seconstruyen a base de evaporar encima de un cristal el material semiconductor o fotoreactuvo y colocar un parde electrodos en cada una de las unidades correspondientes.

Paneles policristalinos de lámina delgada• Paneles para el espacio: El primer uso que se le dio a la energía fotovoltáica...• Paneles de Sulfuro de cadmio y sulfuro de cobre.• Teluro de cadmio• Seleniuro de cobre e indio• Arseniuro de galio o de concentración• Paneles bifaciales•

Componentes de sistemas fotovoltáicos

Los componentes de un sistema fotovoltáico dependen del tipo de aplicación que se considere y de lascaracterísticas de la instalación. Para el caso de un sistema autónomo, los componentes necesarios para quefuncione correctamente y tenga una elevada fiablidad son: Placas fotovoltáicas, acumuladores eléctricos,regulador de carga e inversor. En cambio, las instalaciones conectadas a la red de distribución eléctrica secaracterizan por no incorporar acumuladores, ya que la energía que se envía a la red no necesita acumularse.

El principal elemento de una instalación fotovoltáica son las placas solares. Un conjunto de paneles

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fotovoltáicos que puedan captar el sol es la parte de la instalación a la que se le llama generador. Estas placasson las que producen electricidad en forma de corriente continua. La utilización de acumuladores estámotivada por el hecho de que la intensidad solar varía a lo largo del día y del año y así varía también laproducción de electricidad del sistema. Sin embargo, las necesidades del hombre no varían en ese mismoorden, y por tanto, necesita acumular energía de manera constante para cuando no la tenga disponible. Coneste fin se utilizan generalmente acumuladores eléctricos, ya que es el sistema más económico y eficiente deque se dispone. Esto es un factor importantem ya que siempre existe el riesgo de quedarse sin energía despuésde varios días de mal tiempo.

En el caso de las instalaciones fotovoltáicas autónomas, existe un regulador de carga que protege a losacumuladores de carga contra la sobrecarga y la descarga. Si se da sobrecarga, pone las placas en cortocircuitode manera tal que la corriente se vaya hacia los acumuladores; en cuanto a la descarga excesiva cortaautomáticamente el suministro cuando la cantidad de energía eléctrica del acumulador se pone por debajo deun nivel mínimo de seguridad. Un buen sistema regulador permite aprovecha al máximo la energía(permitiéndo que el sistema trabaje siempre en su punto máximo de eficiencia), proteger las baterías y alrgarla vida de un sistema. Además, las instalaciones fotovoltáicas autónomas tienen convertidores que permitetrasformar la corriente continua en corriente alterna.

Veamos un par de elementos más: Inversor y euipos de ilunicación. Los equipos de iluminación deben ser deelevado rendimiento y de bajo consumo; lámparas electrónicas, fluorescentes, lámparas de vapor de Sodio,etc. Un equipo fluorescente soporta mejor que una lampara incandescente las variaciones de la tensióncontinua de alimentación. Una variación de la tensión de un 20% puede destruir la lámpara incandescente,pero ser soportada perfectamente por un equipo fluorescente.

La mayoría de los electrodomésticos convencionales necesitan, para funcionar, corriente alterna a 220V y 50Hz de frecuencia. Para poder disponer de este tipo de corriente hay que añadir a la instalación un inversor quepermita transformar la corriente continua a corriente alterna (de 12 ó 24 V a 220V y 50Hz de frecuencia, quees lo que, como ya dijimos, permite que funcionen los equipos en la casa que son para lo cual se necesita laenergía).

El otro tipo de sistemas fotovoltáicos − aquellos conectados a la red eléctrica − no tienen ni reguladores niacumuladores. Se utilizan onduladores de corriente que permiten adecuar la corriente alterna a la de la red.

Cómo se monta un sistema fotovoltáico

En el hemisferio sur, los paneles se montan orientados hacia el norte geográfico con una inclinación conrespecto al horizonte que corresponde al ángulo indicado para obtener la máxima ganancia durante elinvierno.

Los paneles pueden montarse sobre el techo de una casa o sobre cualquier estructura adecuada. El lugar que seescoga, debe estar libre de cualquier sombra por prqueña que esta sea. Esto disminuiría ostensiblemente elrendimiento del panel.

Come regla general, se orientan los paneles de manera tal que la superficie colectora se encuentreperpendicular al sol del mediodía para el mes en el cual se desea la máxima ganancia.

Los paneles deben montarse con una distancia mínima de cualquier superficie de aproximadamente 5 cm. parapermitir la adecuada circulación del aire por su lado inferior, lo que evitará que se caliente en exceso y estodisminuya su rendimiento.

Para que un sistema fotovoltáico realmente pueda prestar un servicio confiable durante toda su vida útil, esnecesario darle una gran importancia al correcto montaje del sistema. Cualquier defecto puede inducir a una

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reducción ostensible de su eficiencia y de su vida útil, que normalmente debiera ser de entre 20 y 30 años.

Principales características de los sistemas fotovoltáicos

Simplicidad•

Son livianos y pequeños. Sus dimensiones son muy reducidas y se pueden instalar fácilmente sobre eltejado de las viviendas, entre otros lugares.

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Eficiencia•

Auscencia de partes móviles (es por esto y por el hecho de que se limpian por la lluvia que...)• No exigen mantenimiento.•

− Si aumentan las exigencias de consumo, basta con aumentar el número de paneles sin necesidad deintervención de especialistas.

Inalterables al paso del tiempo•

− Una vez hecha la inversión inicial, no se originan gastos posteriores. El consumo de energía eléctrica esgratuito.

Resistentes a las condiciones climatológicas más adversas: Lluvia, nieve, viento, etc.• No contaminan (ni siquiera acústicamente, ya que no producen ningún ruido). Se dice que no producedesechos, residuos ni basura ni olores, ni vapores, ni ningún tipo de impacto ambiental. La verdad esque me cuesta creer de que sea tan así...

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No "descompone el paisaje" con torres, postes o líneas eléctricas.• La electricidad que se obtiene es el forma de corriente continua y generalmente a bajo voltaje, con loque se evitan los accidentes tan peligrosos que ocurren actualmente con las líneas eléctricas.

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No consumen combustible• No necesitan radiación solar directa (funcionan también en días nublados).• La electricidad se produce en el mismo lugar donde se consume. No necesita transformadores,canalizaciones subterráneas ni redes de distribución a través de las calles.

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Escasos y nuevos• Caro en costos (precisamente por la característica anterior)• Aplicación hasta el momento reducida• Aplicación potencial (posibilidades) enorme•

Sistemas fotovoltáicos hoy

Cómo ya hemos dicho, lo importante de este tipo de energía es que hoy se está utilizando un porcentaje muymenor de todo el potencial que tiene en realidad. El hombre, por tanto, debe concentrarse en la tarea de seguirperfeccionando los métodos ya existentes y, a la vez, de inventar nuevos métodos para aprovechar el sol. Debeavanzar en hacer de este método algo usual y competitivo, en el sentido de poder ser una alternativa a otrossistemas energéticos.

Si se consigue que se siga avanzando en eso y, por tanto, que el precio de las células solares sigadisminuyendo − iniciándose así su fabricación a gran escala − es muy probable que en un futuro no muylejano una buena parte de la electricidad consumida en los países ricos tenga su origen en la conversiónfotovoltaica. Este sistema, se entiende, obviamente complementado − y no excluyente − de otras fuentes de

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energía convencional.

Hoy en día, como ya hemos dicho, este sistema es muy caro. Sus costos han decrecido ostensiblemente desdeque fueron aplicados por primera vez en la NASA, pero aún no han alcanzado un precio competitivo en el"mercado de las energías". Son así de caras, esencialmente porque sus los costos de sus materiales y demanufacturarlas son muy altos. Pese a que el Silicio es un material abundante, el tipo que se usa para fabricarestas células debe ser muy puro. Sacarle todas sus impurezas − es decir, su refinamiento − es carísimo.Además, hacer estas células requiere mucho trabajo (capital humano en ese sentido). Estos hechos hacen quesea muy caro el sistema. Sion embargo, se ha ido superando gradualmente. La automatización tanto en elproceso de purificación del material como en la fabricación de células, ha aportado a simplificar el sistema y aabaratar los costos. Los precios de las células ha caído en picada...De 3.500 ptas. Cuando comenzaron a serfabricadas en los 70 a unas 500 ptas. que cuestan hoy. Eventualmente el aumento de la eficiencia de lascélulas (es decir, la posibilidad de que se necesiten cada vez menos células para generar una misma cantidadde energía) permitirá abaratar aún más los costos (actualmente se está haciendo un enorme esfuerzo por bajarel costo hasta 200 ptas.).

Hoy los estudios de investigación de este tipo de energía se basan en dos áreas, fundamentalmente: enaplicaciones y manufactura de células. En lo que se refiere a manufacturas, se estudian tanto las materiasprimas utilizadas como los métodos de fabricación de células. Hoy se estudia la posibilidad de reemplazar elSilicio por otros materiales semi−conductores, que quizás necesiten un menor refinamiento antes de serusados en el proceso. En cuanto a la manufactura de las células, lo que se estudia es la posibilidad de métodosmás sencillos de purificación del material, de cortar los cilindros de material en finas capas para hacer lascélulas y de una producción más eficiente de células en general.

En el año 1995 había en la Unión Europea un total de 66 empresas dedicadas a la producción de célulasfotovoltáicas y la producción de éstas llegó a los 22 KWp, lo que representa un 30% de la producción mundialen este campo. Sin embargo, aproximadamente un 50% de esta producción se destina a la exportación a paísesen vías de desarrollo.

La UE es el sector dónde más intensamente se ha desarrollado la industria fotovoltáica. Alemania, Italia,Suiza y España son los países más avanzados en este sentido y tienen la potencia instalada más grande. Unestudio realizado por EPIA (Asociación Europea de Industrias Fotovoltáicas) anunció que para el año 2010, lapotencia total de los sistemas instalados llegará a ser 70Wp. La tendencia es, claramente marcada hacia unaumento de las aplicaciones conectadas a la red eléctrica e integradas a los edificios.

En los primeros años de desarrollo de la energía fotovoltáica, su aplicación se centró en aplicaciones para laseñalización. Más tarde el área que ha tenido un mayor crecimiento ha sido la electrificación rural (que setratará aparte) y hoy, repito, se da una tendencia hacia la implantación de estaciones fotovoltáicas conectadasa las redes, tanto en centrales grandes como en instalaciones pequeñas en edificios. Queda mucho más poravanzar en este campo, pero hay que mencionar que este mercado ha tenido un crecimiento espectácular. En1992, la producción de placas solares fotovoltáicas llegó a los 58MW duplicándose en 7 años, para al final delsiglo, llegar a los 250MW/año.

Aplicaciones concretas de hoy

Se ha hablado sólo del hecho de que hoy, esta energía es alta en costos, esencialmente por tratarse de algoincipiente y nuevo. Pero no se han mencionado sus aplicaciones. Hoy tiene varias aplicaciones que sí sonrentables, aunque aún no podemos referirnos a ella como una fuente de energía común. Hoy se utiliza parasistemas de regadío, estaciones de radio y, sobre todo para proveer energía a cabinas, pueblos, centrosmédicos u otros sitios tan aislados y remotos, que el costo de la producción de energía fotovoltáica es menorque el costo de producir energía a partir de diesel o, más caro aún, extender cables hasta allá. Sin embargo,como veremos a continuación, mientras más se abaraten los costos de producción de este tipo de energía, más

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opciones de aplicaciones va a tener. Para eso, aparentemente, no falta demasiado...

Energía Fotovoltáica del mañana

Como ya mencionamos, este tipo de energía se perfila actualmente como una posible solución definitiva alproblema de electrificación en zonas aisladas, dadas sus características. Especialmente dada su falta de partesmóviles y su simplicidad. Gracias a estas propiedades, presenta una clara ventaja sobre otras alternativas, paraproveer una solución a problemas de electrificación de determinados sectores, por ejemplo, el campo. Esto es,si analizamos nuestras características geográficas, un hecho bastante relevante y digno de analizar para el casochileno. Esto, por tener una especial relevancia, se tratará de manera separada.

Cómo ya mencionamos, por otra parte, mientras más se abaraten los costos del sistema, más usos se van aencontrar a esta posibilidad energética. Incluso las casas podrán tener instalado este sistema en la parte de sustechos que reciban radiación solar y podrán así proveerse de electricidad. Este sistema serviría no sólo paracasas, sino que también para cuadras enteras. Así, barrios completos o sectores comerciales podrían serabastecidos por una central fotovoltáica. Esto producirá cambios no sólo en la sociedad − por tratarse de laincorporación de una estructura nueva que afectaría lo cotidiano − sino también en las estructuras, porejemplo, en la legislación (que tendría que mencionar el tema).

Aplicaciones incipientes

En zonas rurales

Las imágenes dicen más que muchas palabras. He aquí ejemplos de diversas aplicaciones de sistemasfotovoltáicos en zonas rurales. Es importante reiterar que esta alternativa se presenta como una solucióndefinitiva para zonas que, por su aislamiento, no pueden disponer de la electricidad necesaria para vivir.

En edificios

A diferencia de las aplicaciones de electrificación rural, dónde la energía producida se utiliza para elautoconsumo, las centrales fotovoltáicas dan la energía generada directamente a la red eléctrica, como encualquier otra central convencional de generación eléctrica.

Durante los últimos años se ha comenzado a desarrollar fuertemente la instalación de sistemas fotovoltáicosen edificios. Esto se debe más que nada a que sería ilógico no aprovechar las posibilidades arquitectónicas queofrecen los edificios para instalar estos sistemas. Digamos que ofrecen un habitat bastante ad hoc para aplicarel sistema.

Se trata de reales centrales fotovoltáicas pequeñas, pero con la diferencia de que una parte de la energíagenerada se usa para el autoconsumo del edificio y el excendente es el que se envía a la red. Esto se desarrollacada vez con más fuerza, pero aún no se aprovecha tanto como se podría...

III. Conclusión

Lo que vivimos hoy podría calificarse de crisis energética, sin caer en tanta exageración. Decir, sin embargo,que avanzamos hacia un estado crítico no alcanza a ser ni siquiera mínimamente cuestionable...Existenfuentes de energía convencionales: el cárbon, el gas, el petróleo...Ellas producen efectos contaminantesimportantes; esto es debido a que se "explotan". No estamos hablando de sobre−explotación, sin embargo yeso es algo importante de notar para seguir mi argumento. El mero hecho de explotar algo − ese nombre:"explotación" − sugiere la idea de tomar algo de la naturaleza y comenzar a darle un uso distinto al que tieneen estado natural. Su estado natural es uno de mera existencia. Al explotarlo se le da un uso con otro fin,orientado a permitir otra existencia (la nuestra como hombres) más que a procurar la suya propia. De hecho, a

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veces, atenta contra su vida este "procurarle un servicio al hombre" por personificarlo para clarificar mi punto.En vez de existir, ese elemento de la naturaleza comienza a procurar que el hombre exista. Para ese fin,incluso debe estar dispuesta a dejar de existir como cosa. Tal es el caso de los recursos no−renovables. El sol,en este sentido, no sería explotado. Su mera presencia, su mera existencia ya nos permite aquel uso que lohace funcional a nuestra actividad y a nuestra vida. No lo transformamos, no lo gastamos. Si no lo usamos, nodura más. Si no lo usamos, sigue existiendo y los que pierden somos nosotros. Está ahí con independiencia desi queremos o no explotarlo y al final sólo podemos usar esa energía que irradia y no explotarla ya que no esnecesario...Se nos entrega sola. Es por esto que me parece poco racional el pensar y sofisticar tecnologías parausar y abusar de otros recursos energéticos que se gastan si tenemos esta imponente e ilimitada fuente deenergía frente a nuestras narices. Desperdiciarla escapa toda racionalidad y es casi una contradicción connuestra naturaleza.

Sólo una parte insignificante de la energía del sol llega a la tierra en forma de radiación. Pero esa energía −insignificante desde ese punto de vista − es enorme. La cantidad de energía en forma de radiación que llegadurante un día a nuestro planeta, es equivalente a la cantidad de energía que serían capaces de generar,funcionando en su plena potencia, 400 millones de centrales eléctricas con una potencia de 500MW.Unasuperficie de dos kilómetros de ancho por uno de largo del desierto de Atacama, recibe a su vez la mismacantidad de energía que serían capaces de generar, en plena potencia y durante 24 horas de un día el conjuntode todas las centrales hidroeléctricas de Colbún Machicura. Finalmente, el consumo actual de energía delmundo entero, incluyendo el petróleo y sus derivados, el carbón, la madera, la hidroelectricidad, la gneraciónde plantas atómicas, es el equivalente a 20.000 centrales eléctricas iguales a Colbún Machicura. Esto es,aproximadamente, el 0.0005% de la energía solar que llega a nuestra tierra. Y nosotros no lo estamosaprovechando...

Es imprescindible corregir este error "histórico" por llamarlo de alguna manera. Debemos sustituir las fuentesde energía convencional por la energía solar − energía renovable por excelencia − antes de que lleguemos − sies que no estamos ya − a una crisis energética. Si eso pasa, será sólo nuestra culpa, ya que la naturaleza nos haproveído de lo necesario y somos nosotros quienes no somos capaces de aprovecharlo.

IV. Bibliografía

Horn, Christof: "Introducción al uso de electricidad solar en comunidades rurales", Instituto de DesarrolloAgropecuario, Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación. Stgo, 1991.

Komp, Richard: "Practical Photovoltaics", Ann Arbor, aatec publications, 1983.

Maycock, Paul D: "Photovoltaics: Sunlight to electricity in one step", Andover, Brick House Publishing Co.,Inc. 1981.

Solarex Corp: "Making and Using Electricity from the Sun" (Manual del Technical Staff, traducido alEspañol).

SITIOS VISITADOS EN INTERNET

http://geocities.yahoo.com

http://gob.mxler/voltaica/calor

http://gob.mxler/casainteligente.htm.

http://censolar.es/menu2.htm

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Además se debe añadir una entrevista personal que sostuve con el Presidente de Solar Co.,Sergio Conrado.

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