Tecnología y aplicaciones

El uso de células fotovoltaicas posibilita la conversión directa de luz solar en energía eléctrica. La luz solar separa las cargas positivas y negativas en las células fotovoltaicas, que, al igual que en una pila, se encuentran en ambos polos de la célula solar para su aprovechamiento. Una cantidad determinada de células fotovoltaicas (por ejemplo 48) se unen eléctricamente en un panel fotovoltaico. Si consideramos el panel fotovoltaico como el corazón de un sistema fotovoltaico, la célula fotovoltaica sería el corazón del panel fotovoltaico.

Más del 90 % de las células fotovoltaicas utilizadas a nivel mundial se componen de silicio cristalino preservado durante siglos.
Las tecnologías de lámina delgada están desempeñando un papel cada vez más importante, ya que fabricarlas supone la posibilidad de reducir los costes de material, disponen de una superficie homogénea y, como células fotovoltaicas cristalinas, ofrecen otras características operativas. Es cierto que el descenso del precio del silicio cristalino ha hecho disminuir significativamente desde 2009 la diferencia de precio entre los paneles cristalinos y los paneles de capa fina, sin embargo, la tecnología de capa fina posee un enorme potencial en el futuro ya que aumenta las posibilidades de aplicación de la energía fotovoltaica. Este factor afecta también a tecnologías como la fotovoltaica orgánica, todavía en estado de desarrollo y experimentación, y que se apoya en los procesos de fotosíntesis de la naturaleza. En este momento, las células de capa fina tienen todavía un rendimiento muy bajo, en comparación con los módulos convencionales, así, para obtener la misma potencia, es necesario una superficie de instalación mayor. Al elegir los paneles fotovoltaicos apropiados, se deben tener en cuenta los costes totales de los paneles (precio por kilovatio) y los costes del sistema por kilovatio / hora (“Costes de producción”). Los lugares con un alto porcentaje de luz solar directa incrementan la rentabilidad de una inversión.

Actualmente, las centrales de energía solar acopladas a la red (aquellas que funcionan con inversores solares y producen corriente alterna alimentando las redes eléctricas públicas) son las que más crecen en el mercado mundial. Existen diferentes niveles de potencia para las centrales fotovoltaicas acopladas a la red: desde las pequeñas en edificios con 1 KWp (kilovatio pico) de potencia y una superficie de unos 10 m2; hasta las más grandes al aire libre con más de 100 MWp (megavatios pico) de potencia. Las centrales solares pequeñas con una potencia nominal usual de 3 – 4 kWp pueden integrarse de un modo óptimo en edificios existentes. Las centrales de tamaño mediano, de unos 30 a 100 kWp, suelen instalarse en naves industriales, edificios de oficinas o de uso agrícola, colegios, ayuntamientos u otros edificios públicos. Ocasionalmente, también existen instalaciones industriales sobre tejado en megavatios. No obstante, las grandes instalaciones con potencias entre 1 y 60 MW se construyen generalmente como instalaciones al aire libre.

Los sistemas fotovoltaicos ofrecen, además, la posibilidad de disponer de energía eléctrica sin tener que depender de una red eléctrica existente. Para abastecer de electricidad lugares muy alejados de la red (fuera del sistema), se han de pagar altos costes en la construcción de redes de distribución y de transferencia. Asimismo, los sistemas solares con baterías integradas, funcionan como un sistema de almacenamiento de energía y también sirven para el abastecimiento en zonas con frecuentes problemas de apagones. La versión más sencilla de abastecimiento en sistemas aislados de la red, es la utilización inmediata de la corriente continua, generada por la radiación solar, en aparatos eléctricos.

Asimismo, la energía fotovoltaica puede utilizarse para el montaje de sistemas ubicados en instalaciones aisladas de la red. Estas instalaciones autónomas pueden suministrar electricidad a edificios aislados o incluso a varias poblaciones, aunque la electricidad debe transformarse previamente en corriente alterna con un inversor. Para garantizar el suministro de electricidad también en horas de radiación solar insuficiente, es necesario integrar un módulo de almacenamiento (por ejemplo, una batería) en el montaje estos sistemas autónomos. Una variante económica y cómoda de suministro eléctrico aislado de la red a largo plazo es la combinación de plantas de energía hidráulica o eólica con centrales fotovoltaicas o, dado el caso, también se podrían utilizar generadores de electricidad (sistemas híbridos) accionados por diésel o biocombustibles. La energía fotovoltaica también puede servir para ahorrar en combustibles necesarios (como el diésel) para la producción de energía eléctrica, ya que estos tienen que viajar grandes distancias hasta las zonas rurales más alejadas.