Energía solar fotovoltaica: qué es y cómo funciona (Ejemplos)

Chile es uno de los países líderes a nivel mundial en la explotación de energía solar fotovoltaica. Esto se debe, principalmente, a que la zona norte del país tiene la mayor incidencia solar de todo el planeta, en especial la región del desierto de Atacama y alrededores. De hecho, en esa zona norte de Chile se encuentra la Planta Termosolar Cerro Dominador (210 megavatios), la planta de energía solar concentrada más grande de América Latina. 

El camino aún es largo por recorrer, pero, en comparación con otros países del resto del mundo, Chile ha avanzado bastante. Por ejemplo, la meta del país era lograr un 20% de producción eléctrica a partir de energías renovables para el año 2025. Lo interesante es que, para la fecha de hoy, ya hemos superado ese objetivo. En la actualidad, ya vamos por encima del 31,1% de producción de electricidad mediante fuentes de energías renovables, y la energía solar fotovoltaica es responsable de un 15% de esa producción (Asociación Chilena de Energías Renovables y Almacenamiento).

¿Qué es la energía solar fotovoltaica?

La energía solar fotovoltaica es una forma de energía que aprovecha la radiación solar para generar electricidad. Este proceso se basa en la capacidad de los materiales fotovoltaicos, como el silicio, para convertir la luz solar en energía eléctrica.

Esta fuente energética no produce gases de efecto invernadero ni otros residuos contaminantes. En este sentido, la energía fotovoltaica es limpia, renovable y sostenible, lo cual reduce la dependencia de combustibles fósiles.

¿Cómo se obtiene la energía solar fotovoltaica?

La energía solar fotovoltaica se obtiene a través de un proceso llamado efecto fotovoltaico o conversión fotovoltaica. En este proceso los paneles solares, compuestos por células fotovoltaicas, capturan la luz del sol y la transforman en corriente eléctrica continua, que luego puede ser convertida en corriente alterna para alimentar hogares, negocios, industrias y sistemas eléctricos en general. De aquí que la energía solar fotovoltaica se relacione con diferentes tipos de corriente.

¿Cómo funciona la energía solar fotovoltaica?

Para entrar más en detalle, la obtención y el uso de la energía solar fotovoltaica funciona de la siguiente manera:

1. Captura de la luz solar: los paneles solares, también conocidos como módulos fotovoltaicos, están compuestos por células solares individuales, las cuales contienen materiales semiconductores, generalmente silicio, que tienen la capacidad de absorber fotones de luz solar.

2. Generación de electrones: cuando los fotones de la luz solar golpean la superficie de las células solares, transfieren su energía a los electrones en el material semiconductor, esto les permite liberarse de sus átomos y crear un flujo de corriente eléctrica.

3. Corriente continua: los electrones liberados se mueven a través del material semiconductor en una sola dirección, creando corriente eléctrica continua (corriente continua o CC) en el proceso.

4. Conversión de corriente continua a corriente alterna (CA): la mayoría de los dispositivos y la red eléctrica utilizan corriente alterna (CA), por lo que se utiliza un inversor para convertir la corriente continua generada por los paneles solares en corriente alterna utilizable.

5. Uso de la energía: la corriente alterna generada por el inversor puede alimentar directamente dispositivos eléctricos o ser inyectada en la red de distribución eléctrica para su entrega y uso en empresas, hogares u otras instalaciones.

¿Cómo son las plantas de energía solar fotovoltaica?

Las plantas de energía solar fotovoltaica suelen ser de diferentes tamaños, desde instalaciones residenciales y comerciales hasta parques solares a gran escala que ocupan grandes áreas de terreno.

En este sentido, su diseño y configuración varían según la ubicación y los requisitos específicos. Sin embargo, algunos componentes comunes que comparte la mayoría de las plantas de energía solar fotovoltaica son los siguientes:

1. Paneles solares: están compuestos por células solares que capturan la luz solar y la convierten en electricidad. Los paneles se montan en estructuras llamadas soportes o seguidores solares para optimizar la exposición al sol.

2. Inversores: son dispositivos que convierten la corriente continua (CC) generada por los paneles solares en corriente alterna (CA) utilizable, ya que la mayoría de las cargas eléctricas y la red eléctrica utilizan CA.

3. Estructuras de montaje: sostienen los paneles solares, y estos pueden ser fijos o móviles (para el seguimiento de la luz solar).

4. Sistema de seguimiento solar (opcional): algunas plantas solares utilizan seguidores solares que ajustan automáticamente la orientación de los paneles para seguir la posición del sol durante el día, lo cual aumenta la eficiencia de generación de energía solar fotovoltaica.

5. Subestación eléctrica: recoge la electricidad generada por los paneles solares y la transfiere a la red eléctrica o al lugar de uso. Incluye transformadores y equipos de seguridad.

6. Conexiones eléctricas: cableado y sistemas de distribución para transportar la electricidad desde los paneles solares hasta la subestación eléctrica y, finalmente, a los consumidores o la red.

7. Controladores y monitoreo: sistemas de control y monitoreo supervisan el rendimiento de los paneles solares y aseguran un funcionamiento eficiente y seguro.

Ventajas y desventajas de la energía solar fotovoltaica

Comprender las ventajas y desventajas de la energía solar fotovoltaica nos permite tener una perspectiva más global sobre este sistema, para así saber cómo aprovechar mejor esta fuente de energía y, al mismo tiempo, tomar las previsiones debidas.

Ventajas de la energía solar fotovoltaica

Las principales ventajas de la energía solar fotovoltaica son:

• Utiliza una fuente de energía inagotable y no emite gases de efecto invernadero ni contaminantes atmosféricos, contribuyendo a la lucha contra el cambio climático y la reducción de la contaminación.
• La luz solar está disponible en todo el mundo, lo que hace que la energía solar fotovoltaica sea una opción viable en muchas regiones.
• La tecnología solar ha experimentado una disminución constante de costos, lo cual permite que sea cada vez más asequible para los consumidores y las empresas.
• Los sistemas solares pueden generar electricidad para el consumo en el lugar, esto reduce las facturas de energía o incluso las elimina por completo.
• Los paneles solares requieren poco mantenimiento y tienen una larga vida útil, gracias a ello se minimizan los costos operativos a lo largo del tiempo.

Desventajas de la energía solar fotovoltaica

Algunas posibles desventajas de la energía solar fotovoltaica son:

• La generación de energía solar fotovoltaica depende de la disponibilidad de luz solar, esto significa que no produce electricidad de noche ni en días nublados. Se requieren sistemas de almacenamiento o fuentes de respaldo para abordar esta intermitencia.
• A pesar de la disminución de los costos, la instalación de un sistema solar fotovoltaico todavía puede ser costosa, lo cual puede limitar su adopción, especialmente en áreas con recursos financieros limitados.
• Las instalaciones solares a gran escala requieren grandes extensiones de terreno, esto suele ser problemático en áreas urbanas densamente pobladas o en tierras agrícolas.
• Los sistemas de almacenamiento, como las baterías, son costosos y requieren un mantenimiento adecuado. También presentan desafíos ambientales en términos de reciclaje y disposición al final de su vida útil.
• Los paneles solares tienen una eficiencia limitada en la conversión de la luz solar en electricidad, ya que no pueden aprovechar completamente toda la energía solar incidente.

Ejemplos de energía solar fotovoltaica 

Algunos ejemplos de energía fotovoltaica en cuanto a sus distintas aplicaciones posibles son:

1. Paneles solares en viviendas: muchos hogares tienen instalados paneles solares en sus techos para generar electricidad y reducir las facturas de energía. Por otro lado, en algunas regiones existe un sistema de medición neta que les permite a los propietarios de viviendas vender el exceso de electricidad generada por sus paneles solares de vuelta a la red eléctrica y recibir créditos por ello. Esto les ayuda a reducir aún más las facturas de electricidad.

2. Instalaciones industriales, comerciales y empresariales: edificios comerciales y empresas utilizan sistemas fotovoltaicos para alimentar sus operaciones y reducir los costos energéticos, como pueden ser en las naves industriales. En estos casos, la electricidad generada por los paneles solares se utiliza para alimentar las máquinas, equipos, sistemas de iluminación y otros dispositivos eléctricos de la planta de producción.

3. Sistemas de bombeo solar: se utilizan en áreas remotas para extraer agua de pozos y abastecer a comunidades o irrigar cultivos. Acá, se instalan paneles solares en un área cercana al punto de bombeo de agua, generalmente en el campo o en una estructura elevada para maximizar la exposición solar. La CC generada se conecta directamente a una bomba de agua especial diseñada para funcionar con energía solar.

4. Electrificación rural: proyectos en países en desarrollo emplean sistemas solares fotovoltaicos para llevar electricidad a comunidades que carecen de acceso a una red eléctrica convencional.

¿Qué diferencia hay entre energía solar térmica y energía fotovoltaica?

La principal diferencia entre la energía solar térmica y la energía solar fotovoltaica radica en cómo aprovechan la luz solar. La energía solar térmica convierte la radiación solar en calor, utilizando colectores solares para calentar un fluido que puede utilizarse para calefacción, agua caliente o generación de vapor para electricidad. En cambio, la energía solar fotovoltaica sirve para transformar directamente la luz solar en electricidad a través de células fotovoltaicas en paneles solares.

La energía solar térmica es ideal para aplicaciones de calefacción y agua caliente, mientras que la solar fotovoltaica es eficaz para generar electricidad para diferentes instalaciones de consumo. Lo importante es que ambas tecnologías son cruciales en la transición hacia fuentes de energía más limpias y sostenibles.

Por otro lado, ya sea para instalaciones de energía solar fotovoltaica o energía solar térmica, es importante contar con los equipamientos eléctricos más adecuados, que sean duraderos, resistentes y versátiles, capaces de adaptarse a cualquier requerimiento. Por ejemplo, los armarios de poliéster AX son ideales para proporcionar infraestructura para las plantas de energía solar fotovoltaica, ya que estos armarios pueden ser instalados en exteriores.