Paper Energia Solar Fotovoltaica

LA ENERGÍA DE LA NATURALEZA: UNA ALTERNATIVA CON VISTA AL FUTURO Edna Carolina Orjuela Espitia Bogotá D.C, Colombia

RESUMEN La tendencia mundial orientada al desarrollo sostenible marca una nueva era de responsabilidad ambiental y cambio social en los países, a través del uso de energías renovables; encontramos la energía solar fotovoltaica como una opción para la autogeneración y el autoconsumo eléctrico en las empresas y las Familias. El aprovechamiento aprovechamien to de la energía solar por conversión fotovoltaica constituye quizás el sector más popular y de mayor crecimiento en los últimos años.

ABSTRACT The global trend focused on sustainable development marks a new era of environmental responsibility and social change in the countries, through the use of renewable energy. We found the photovoltaic solar energy as an option for self-generation and electricity consumption in companies and Families. The use of solar energy for photovoltaic conversion is perhaps the most popular and fastest growing industry in recent years.

PALABRAS CLAVES: Desarrollo sostenible, electricidad, energía, renovable, sol, fotovoltaica.

KEYWORDS: Sustainable development, electricity, energy, renewable, sun, photovoltaic system.

INTRODUCCIÓN En el transcurso de los últimos 30 años, la palabra “desarrollo sostenible” ha tomado fuerza en el ámbito político, económico y social a nivel global. No obstante, sus implicaciones son enormes teniendo en cuenta que en términos simples, se hace referencia a un tipo de desarrollo que utilice los recursos disponibles en el presente, sin comprometer el futuro de las generaciones que están por venir [8].

internacional la relevancia de una energía moderna, menos contaminante y eficiente. Razón por la cual el planeta entero se ha visto impulsado a permanecer en la constante búsqueda de alternativas, las cuales sean distintas a las fuentes convencionales de generación eléctrica como los combustibles fósiles (carbón y gas natural) y las fuentes nucleares, teniendo en cuenta sus implicaciones negativas conocidas por todos [7] [8]. La energía es primordial para casi todo los grandes desafíos y oportunidades en la actualidad, lo cual ayudaría a reducir la pobreza y mejorar las condiciones y el nivel de vida de la mayoría de la población mundial. Bien sea para los empleos, la seguridad, el cambio climático, la producción de alimentos o para incrementar los ingresos [9]. Por lo tanto, el acceso a la energía para todas las personas es esencial, de acuerdo a lo mencionado por Naciones Unidas una de cada cinco personas carece todavía de acceso a la electricidad moderna [13].

ENERGÍA RENOVABLE Los humanos desde tiempos remotos se han beneficiado de fuentes de energía renovable, en particular la solar, la eólica y la hidráulica. Desde muchos siglos atrás ya se utilizaban y su empleo era continuo durante toda la historia. Sin embargo, estas fuentes de energía se fueron abandonando por ser consideradas inestables en el tiempo y con la llegada de la “Revolución Industrial”, en donde el petróleo alcanzo un bajo precio. En aquella época no se pronosticaba un agotamiento de las fuentes, ni otros problemas ambientales derivados derivados de su uso [17].

El crecimiento demográfico del mundo crece exponencialmente, principalmente en aquellos países en vía de desarrollo.  Asimismo, los modelos de consumo de estas poblaciones se incrementan, exigiendo cada día un mayor número de bienes, los cuales proceden de los recursos naturales [7].

Entretanto en las últimas décadas, el aumento del costo de los combustibles fósiles y los problemas ambientales derivados del ejercicio de explotación, permitieron que fuéramos testigos del renacimiento de las energías renovables. No obstante, el punto de origen se constituye en 1970 con la crisis del petróleo donde el desarrollo de estas energías toma fuerza, cuando la sociedad empezó a tomar conciencia de que los recursos fósiles se agotarían, dejando un panorama incierto para las generaciones futuras y adquiriendo mayores dimensiones en el ámbito energético del planeta [6] [17].

Indiscutiblemente existe una relación estrecha entre la energía y el desarrollo sostenible que coloca en el panorama nacional e

Se entiende por energías renovables o energías del futuro, todas aquellas que producen electricidad a partir del sol, el

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viento y el agua. Dado que son fuentes inagotables pero que aún presenten grandes dificultades de almacenamiento y son menos eficientes ya que las instalaciones tienen poca potencia y el costo de producción es elevado. Entre las energías renovables se cuentan la eólica, geotérmica, hidroeléctrica, mareomotriz, solar, la biomasa y los biocarburantes [14].

individuales hechas de materiales semiconductores como el silicio (cristalino y amorfo) [4]. Cuando brilla el sol, una célula solar se comporta casi como una batería, la luz solar recibida separa los electrones de modo que forman una capa de carga positiva y una de carga negativa en la célula solar; esta diferencia de potencial genera una corriente eléctrica [4].

En particular la energía solar es una fuente de vida que da origen a la mayoría de las demás formas de energía presentes en la tierra, es la energía del sol recibida en la tierra en forma de radiación electromagnética (luz, calor y rayos ultravioleta primariamente), la cual ha sido generada por un proceso de fusión nuclear [11].Si bien es una fuente que presenta importantes ventajas frente a otras, trae consigo una serie de dificultades para su aprovechamiento.

Cuanta más luz del sol reciba una célula, más será la potencia de corriente eléctrica generada; para aumentar dicha potencia, se combinan varias células y se conectan formando un panel solar, estos captan la energía solar transformándola directamente en eléctrica en forma de corriente continua, que se almacena en acumuladores, para que pueda ser utilizada fuera de las horas de luz; estos paneles a su vez se pueden integrar para aumentar aún más la potencia formando una planta fotovoltaica [4].

Entre sus ventajas predominan su naturaleza inagotable, renovable y su energía no contaminante. A pesar de esto para su utilización, es preciso enfrentarse a grandes retos como lo son su intermitencia, su variabilidad fuera del control humano (depende del clima y del número de horas de sol al año) y su baja densidad de potencia [14]. Son esta dificultades las que traen la necesidad de transforma la energía solar a otra forma de energía para poder ser almacenada y posteriormente usada [18]. La energía solar puede transformase en otras forma de energía como calor y electricidad, pero además como biomasa y energía eólica. El aprovechamiento de la energía solar se puede realizar de dos formas: por conversión térmica de alta temperatura (sistema fototérmico) y por conversión fotovoltaica (sistema fotovoltaico) [11]. De manera puntual en Colombia las aplicaciones se centran en el calentamiento de agua (uso domestico, industrial y recreacional) y para la generación de electricidad a pequeña escala. También existen otras aplicaciones menos populares como lo son el secado solar para productos agrícolas y la destilación solar de agua de mar u otras aguas no potables [14].

ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA El aprovechamiento de la energía solar por conversión fotovoltaica constituye quizás el sector más popular y de mayor crecimiento de la tecnología solar. El efecto fotovoltaico consiste en la conversión de la luz en electricidad [1]. Este proceso se logra de manera natural haciendo uso de determinados tipos de materiales que tienen la propiedad de adsorber fotones, presentes en los rayos del sol, y emitir electrones [6]. Las instalaciones solares fotovoltaicas se rigen por un sencillo principio: están formadas por paneles solares (modulo fotovoltaicos) individuales, que a su vez tiene celular solares

En la práctica, la potencia máxima de la instalación se calcula con base a la radiación solar del lugar, las necesidades de energía eléctrica del usuario y la superficie disponible para la instalación de los paneles solares. Los módulos fotovoltaicos admiten tanto radiación directa como difusa, pudiendo generar energía eléctrica incluso en días nublados [15]. Tradicionalmente esta energía se utilizaba en las zonas donde no era rentable la instalación de líneas eléctricas convencionales. Sin embargo con los años su uso se ha diversificado resultando de gran interés las instalaciones solares. Existen dos tipos de instalaciones fotovoltaicas [16]: -1. Las instalaciones aisladas de la red eléctrica y se utilizan cuando la red de distribución eléctrica está alejada de los puntos de consumo y son bastantes útiles para la electrificación de puntos inaccesibles a la red como viviendas rurales, sistema de bombeo fotovoltaico, sistemas de comunicaciones aislados, alumbrado público, etc; -2. Las instalaciones conectadas a la red por medios de estas instalaciones la electricidad limpia generada se inyecta a la red y se venda a la compañía eléctrica. La energía fotovoltaica tiene muchísimas aplicaciones, en sectores como las telecomunicaciones, automoción, náuticos, parquímetros. También podemos encontrar instalaciones fotovoltaicas en lugares como carreteras, ferrocarriles, plataformas petrolíferas o incluso en puentes, gaseoductos y oleoductos. Tiene tantas aplicaciones como pueda tener la electricidad [6]. La única limitación existente es el coste del equipo o el tamaño del campo de paneles. Un sistema sencillo está formado principalmente por un panel solar, un controlador de carga de baterías, un inversor o convertidor de corriente directa en corriente alterna (opcional) y las baterías de acumulación. Además, los elementos

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consumidores pueden ser luminarias, radios, televisores, computadoras y otros equipos electrodomésticos [2].

DESARROLLO DE LA ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA EN EL MUNDO Y EN COLOMBIA Los países que hacen parte de la Unión Europea se han constituido como la principal potencia en el mundo al desarrollar y aplicar energías renovables como la energía fotovoltaica para su abastecimiento energético. Esto confirma su objetivo de promover un crecimiento respetuoso con el medio ambiente y sostenible en el tiempo. Alemania, Italia y Francia hacen parte de los países con un crecimiento acelerado en lo que se refiere a este tipo de energía renovable, siendo Alemania el pionero tras la entrada en vigor de la Ley sobre fuentes de energía renovable en el año 2000 [3]. De acuerdo al Informe McKinsey sobre la energía solar de abril de 2012 [3]: “Las instalaciones anuales globales de energía solar fotovoltaica podrían multiplicarse por 50 para 2020 con respecto a 2005, alcanzando tasas de instalación que podrían rivalizar con las del gas, la energía eólica y la energía hidroeléctrica, e incluso podrían llegar a superar las de la energía nuclear.” En definitiva Colombia presenta un interés por hacer parte de las tendencias globales en lo que se refiere a fuentes no convenciones de generación de energía eléctrica y particularmente en la energía solar fotovoltaica, en este sentido se sanciona un marco jurídico atrayente para las empresas y familias que piensen seriamente un cambio radial hacia la autogeneración y el autoconsumo eléctrico [12]. Con la aprobación de la ley 1715 de mayo de 2014, el Gobierno Nacional incentiva el uso de energías renovables, fomenta la inversión, la investigación y el desarrollo de tecnología limpias. De esta manera el país avanza hacia la producción sostenible de energía solar fotovoltaica [5], incluso esta ley permitirá que el estado compre electricidad a los hogares que excedan su producción de energía. En este sentido la energía solar fotovoltaica representa para los colombianos una fuente ilimitada del recurso energético el cual no hemos podido aprovechar al máximo. Cualquier familia o negocio, tanto pequeño como grande, puede evaluar la posibilidad de invertir en energía solar fotovoltaica, un sistema conformado por componentes sencillos y modulares que pueden ser instalados en tejados o espacios subutilizados; en busca de aprovechar la irradiación del sol la cual es totalmente gratuita durante al menos 25 años, el tiempo aproximado de duración del sistema fotovoltaico [12].

Según Juan David García gerente de América Fotovoltaica “Los costos de implementación de un sistema generador de energía solar fotovoltaica son muy accesibles para los propietarios de vivienda, y representan a mediano plazo un ahorro significativo en la factura de electricidad” Como resultado de esta nueva iniciativa del país hacia las energías renovables, el pasado 24 de Abril de 2015 se inauguró en Barranquilla el primer Centro de Investigación Solar en la Universidad del Norte, con el objetivo de unir los esfuerzos de la academia, el sector industrial, privado, las instancias gubernamentales y legislativas [5]. Lo anterior, en busca de impulsar las energías renovables y así generar un cambio social, eficiencia energética y responsabilidad ambiental. Según lo dicho por Gerardo Cañas Jiménez, director del Instituto de Planificación y Promoción de Soluciones Energéticas para las Zonas No Interconectadas (IPSE) “Para el país es muy importante buscar formas efectivas para combatir la pobreza, impulsando el desarrollo de las comunidades, llevando el progreso a través de la luz, los colombianos contarán con soluciones reales generando energía limpia, amigable con el medio ambiente” La alternativa solar fotovoltaica ofrece independencia a los consumidores y usuarios de la red eléctrica convencional, lo cual representa en términos de calidad de vida y reducción de costos un logro enorme para los colombianos. Es un cambio radical en la dinámica del mercado energético del país, es decir, entre proveedor y usuario, teniendo en cuenta que en un futuro puede estar cambiando el modelo centralizado del que hoy hacemos parte, donde unos pocos producen y por lo tanto tienen la capacidad de influir en los precios.

CONCLUSIONES 1. El avance y uso de fuentes energéticas renovables, se han

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convertido indiscutiblemente en un principio de desarrollo sostenible a nivel mundial, considerando su estrecha relación con la energía, lo cual ayudaría a reducir la pobreza y mejorar las condiciones y el nivel de vida de la mayoría de la población. La producción de electricidad a partir de los rayos del sol en los últimos años representa la tercera fuente con mayor capacidad en el mundo al momento de hablar de energía no renovable, considerando su naturaleza inagotable, renovable y su energía no contaminante; aunque su implementación representa una inversión inicial considerable a largo plazo se ve recompensado con la reducción en los costos energéticos. La energía solar fotovoltaica representa para el mundo y particularmente para Colombia una fuente ilimitada de

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recursos que no compromete las generaciones futuras, y que en el corto plazo representa un cambio en el modelo convencional de suministro de energía tanto para el área rural como urbana. La implementación de un sistema fotovoltaico permite la electrificación de puntos inaccesibles a la red como viviendas rurales, sistema de bombeo y de comunicaciones aislados, alumbrado público, etc.; desafío para los países en vía de desarrollo teniendo en cuenta su necesidad de garantizar el acceso energético en cualquier parte del territorio nacional.

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