{"id":7874,"date":"2017-09-18T06:03:00","date_gmt":"2017-09-18T06:03:00","guid":{"rendered":"http:\/\/domosistemas.com\/?p=7874"},"modified":"2017-09-18T06:03:00","modified_gmt":"2017-09-18T06:03:00","slug":"energia-electrica-para-uso-residencial-obtenida-a-partir-de-energia-solar-componentes-para-la-conversion","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/domosistemas.com\/?p=7874","title":{"rendered":"Energ\u00eda el\u00e9ctrica para uso residencial, obtenida a partir de energ\u00eda solar. Componentes para la conversi\u00f3n."},"content":{"rendered":"

Hemos venido abordando, en esta serie de art\u00edculos<\/a> dedicados al aprovechamiento de la energ\u00eda solar, las facilidades crecientes y las tecnolog\u00edas efectivas que actualmente existen a nuestra disposici\u00f3n, al considerar la luz del sol como opci\u00f3n energ\u00e9tica masiva en esta nueva etapa de mayor conciencia ecol\u00f3gica.<\/p>\n

El proceso de conversi\u00f3n de energ\u00eda solar en energ\u00eda el\u00e9ctrica es m\u00e1s o menos sencillo: como primer paso, debe captarse la radiaci\u00f3n a fin de poder utilizar esa energ\u00eda para fines pr\u00e1cticos (recordemos que toda forma de luz, incluida por supuesto la solar, no es m\u00e1s que una radiaci\u00f3n electromagn\u00e9tica).<\/p>\n

Esta misi\u00f3n de recepci\u00f3n de energ\u00eda luminosa, se le asigna a las conocidas celdas solares (o fotovoltaicas), integradas en paneles solares.\u00a0Es all\u00ed donde ocurre, f\u00edsicamente, la conversi\u00f3n de energ\u00eda solar en el\u00e9ctrica.<\/p>\n

\"Celdas<\/p>\n

Imagen de Wikipedia<\/a><\/p>\n

No toda la energ\u00eda recibida por la celda se transforma en energ\u00eda el\u00e9ctrica<\/strong>:\u00a0la baja eficiencia energ\u00e9tica en la conversi\u00f3n ha sido una limitaci\u00f3n\u00a0hist\u00f3rica\u00a0en el uso de celdas solares para aplicaciones pr\u00e1cticas (para m\u00e1s detalles\u00a0sobre este punto, ver Nota 1 al final del art\u00edculo<\/a>).<\/p>\n

Si consideramos por un momento una celda fotovoltaica como una \u201ccaja negra\u201d (o sea, que no importa en este momento lo que contiene adentro ni como se produce la conversi\u00f3n), en dicha caja negra tendremos una entrada que recibe energ\u00eda lum\u00ednica<\/strong>, y una salida en la cual hay un voltaje DC<\/strong>, proporcional a la entrada.<\/p>\n

\"PanelEn esta fotograf\u00eda se aprecia como al recibir suficiente luz solar, este panel de silicio de 36 celdas fotovoltaicas entrega una salida de 9,83 VDC<\/em>.<\/p>\n

Una vez hemos capturado una porci\u00f3n de la energ\u00eda luminosa circundante mediante celdas fotovoltaicas, nos encontramos ahora con al menos 3 obst\u00e1culos a superar para hacerla utilizable a nivel pr\u00e1ctico y dom\u00e9stico:<\/p>\n

– La potencia de salida es poca por celda (t\u00edpicamente 1,65 W).<\/p>\n

– De noche la energ\u00eda recibida es escasa o nula.<\/p>\n

– El voltaje a la salida, como dijimos, es DC (entre 0,5 V y 0,6 V por celda).<\/p>\n

 <\/p>\n

Para disponer a nivel pr\u00e1ctico de la potencia que recibimos de las celdas, debemos integrar (agrupar) cierto n\u00famero de ellas en paneles<\/strong>, para as\u00ed lograr un conjunto que suministre energ\u00eda suficiente para realizar un trabajo \u00fatil en cierta cantidad de tiempo (por ejemplo, hacer funcionar un acondicionador de aire, o mover un port\u00f3n el\u00e9ctrico).<\/p>\n

Es decir, el n\u00famero y dimensiones de paneles solares estar\u00e1 en relaci\u00f3n directa a la cantidad de energ\u00eda que necesitamos obtener. En el mercado existen paneles fotovoltaicos comercialmente disponibles para instalaciones de 12 VDC y 24 VDC, y potencias a partir de 60 W.<\/p>\n

Sin embargo, independientemente del n\u00famero y dimensiones de estos paneles, una vez que el sol se oculta (o en caso de que la vegetaci\u00f3n de la zona o a\u00fan las condiciones clim\u00e1ticas, causen la poca incidencia de luz solar) no tendremos entrada apreciable (luz) en nuestra \u201ccaja negra\u201d y por tanto poca o ninguna salida, ning\u00fan voltaje DC.<\/p>\n

\"Esquema<\/p>\n

Esto nos lleva a un segundo paso en nuestro proceso de conversi\u00f3n: almacenar esa energ\u00eda<\/strong>, mientras haya suficiente luz solar, en acumuladores o bater\u00edas<\/strong>, las cuales son normalmente de plomo-\u00e1cido o de n\u00edquel-cadmio, y de ciclo profundo. Las bater\u00edas de ciclo profundo son capaces de entregar una corriente moderada durante un largo tiempo, digamos ocho (8) horas, antes de agotar su carga.<\/p>\n

Esta clase de bater\u00edas son las adecuadas para alimentar cargas residenciales<\/strong>, porque est\u00e1n dise\u00f1adas para entregar corrientes el\u00e9ctricas en cantidades moderadas durante varias horas; y aceptan ser descargadas hasta en un 90%, sin deteriorarse aceleradamente por esta condici\u00f3n. Recordemos que nuestra instalaci\u00f3n solar puede estar varias horas sin recibir luz exterior, y la energ\u00eda que demande el hogar durante este tiempo saldr\u00e1 de las bater\u00edas de ciclo profundo.<\/p>\n

\u00c9sta es una diferencia b\u00e1sica en relaci\u00f3n a las bater\u00edas de aplicaci\u00f3n automotriz<\/strong>, las cuales son capaces de entregar altas corrientes, pero durante muy poco tiempo, ya que su misi\u00f3n es proveer de mucha energ\u00eda al motor de arranque de un motor de combusti\u00f3n interna solo mientras \u00e9ste se pone en marcha, momento en el cual el arranque es desconectado y la bater\u00eda es luego r\u00e1pidamente recargada por el alternador del autom\u00f3vil. Una bater\u00eda de aplicaci\u00f3n automotriz, al llegar a un punto de descarga en que el voltaje sea menor a 10, 5 voltios, reducir\u00eda dr\u00e1sticamente su vida \u00fatil, si estos ciclos de carga\/descarga se repiten con frecuencia.<\/p>\n

\"Ejemplos<\/p>\n

Im\u00e1genes de Wikipedia: se\u00f1al DC<\/a>, se\u00f1al AC<\/a><\/p>\n

Ahora bien, para retomar nuestro proceso de conversi\u00f3n, solo recordemos que una fuerza electromotriz, y con ella su valor num\u00e9rico -el voltaje-, tiene dos versiones posibles cuando consideramos sus valores en funci\u00f3n del tiempo: puede ser pulsante, o sea variable en el tiempo (AC, Altern Current<\/em>), o constante en el tiempo (DC, Direct Current<\/em>).<\/p>\n

Podemos almacenar energ\u00eda en una bater\u00eda de plomo-\u00e1cido o de n\u00edquel-cadmio, si el valor medio de voltaje en sus bornes es distinto de cero<\/strong>\u00a0(la situaci\u00f3n \u00f3ptima ocurre cuando la se\u00f1al de voltaje DC que recibe la bater\u00eda no tiene absolutamente ninguna oscilaci\u00f3n, ni rizado. Matem\u00e1ticamente, esto ser\u00eda cuando el valor m\u00e1ximo de la se\u00f1al es igual a su valor medio). Esta condici\u00f3n se cumple sin problemas en la forma de onda que entrega un panel solar a su salida: se\u00f1al de voltaje DC estable, sin variaciones, ni oscilaciones en el tiempo.<\/p>\n

\"Bater\u00edas<\/p>\n

Imagen de bater\u00edas de ciclo profundo: Webosolar<\/a><\/p>\n

Aclarado este punto, solo debemos tener en cuenta que la carga de bater\u00edas (con corriente el\u00e9ctrica en amperios DC, proveniente de los paneles), debe administrarse y controlarse<\/strong>. Esto consiste en incrementar la corriente de carga cuando las bater\u00edas hayan suministrado la mayor parte de su carga, y en disminuir (o incluso anular) la corriente de carga si la bater\u00edas est\u00e1n plenamente cargadas.<\/p>\n

Esta previsi\u00f3n obedece a la necesidad de prolongar al m\u00e1ximo la vida \u00fatil de las bater\u00edas. Para lograr este prop\u00f3sito se usa un regulador de carga, el cual es un componente de naturaleza electr\u00f3nica, imprescindible en toda instalaci\u00f3n destinada a convertir con fines pr\u00e1cticos energ\u00eda solar en el\u00e9ctrica. Al ser las bater\u00edas de ciclo profundo bastante m\u00e1s costosas que las bater\u00edas de uso automotriz, no podemos darnos el lujo de acortar su vida \u00fatil prematuramente por una mala gesti\u00f3n en sus ciclos de carga. La regulaci\u00f3n de carga de bater\u00edas constituye as\u00ed un tercer paso<\/strong> en nuestro proceso de conversi\u00f3n de energ\u00eda solar en el\u00e9ctrica.<\/p>\n

\"Regulador<\/p>\n

Regulador de carga marca Morningstar<\/p>\n

Bien, habiendo creado entonces una reserva de energ\u00eda para las horas de menor incidencia de luz, y habiendo provisto un ente regulador para la carga inteligente de las bater\u00edas a fin de prolongar la vida \u00fatil de \u00e9stas, disponemos de una fuente de voltaje DC estable durante cierto tiempo, y capaz de entregar la potencia requerida para alimentar una carga el\u00e9ctrica.<\/p>\n

El obst\u00e1culo a superar ahora es que las cargas el\u00e9ctricas dom\u00e9sticas<\/strong>, es decir los aparatos o artefactos el\u00e9ctricos, en su inmensa mayor\u00eda, funcionan con voltaje AC<\/strong>: acondicionadores de aire, refrigeradores, motores para bombas de agua, televisores, fuentes ATX de computadoras de escritorio, cargadores de m\u00f3viles y laptops, y un largo etc\u00e9tera. O sea, en su dise\u00f1o y especificaciones de los fabricantes, se previ\u00f3 que funcionaran con voltaje AC porque ese es el tipo de forma de onda presente en la red el\u00e9ctrica de distribuci\u00f3n de las empresas de servicio el\u00e9ctrico. En otras palabras, es el est\u00e1ndar de la industria el\u00e9ctrica (ver Nota 2 al final del art\u00edculo<\/a>).<\/p>\n

Nuestra situaci\u00f3n hasta este punto es \u00e9sta: tenemos unas cargas dom\u00e9sticas que requieren voltaje AC para funcionar, pero solo tenemos disponible un banco de bater\u00edas que suministran voltaje DC, con lo que entramos al cuarto y \u00faltimo paso en nuestro proceso de conversi\u00f3n de energ\u00eda solar en el\u00e9ctrica con fines dom\u00e9sticos: hacemos ondular esta corriente DC<\/strong> disponible en las bater\u00edas, mediante un inversor.<\/p>\n

Por \u201condular\u201d entenderemos ac\u00e1 el proceso de transformar electr\u00f3nicamente una se\u00f1al de valor invariable en el tiempo (DC), en una se\u00f1al peri\u00f3dica, que alcanzar\u00e1 valores m\u00e1ximos y m\u00ednimos equidistantes del valor cero para repetir indefinidamente el mismo ciclo, es decir, en una se\u00f1al AC.<\/p>\n

\"InversorVista interior de un inversor fotovoltaico. N\u00f3tese los\u00a0capacitores<\/a>\u00a0(cilindros azules), empleados para almacenar energ\u00eda de forma breve y mejorar la forma de onda senoidal a la salida (imagen de Wikipedia<\/a>)<\/em>.<\/p>\n

T\u00e9cnicamente, un inversor es una fuente conmutada cuya entrada recibe voltaje DC, en este caso proveniente de las bater\u00edas. Mediante la conmutaci\u00f3n a altas frecuencias de semiconductores (tales como como transistores de potencia de compuerta aislada, y tiristores), se genera una se\u00f1al alterna senoidal (o una aproximaci\u00f3n geom\u00e9trica a ella), y en algunos casos, dependiendo del fabricante y del modelo en particular, una se\u00f1al cuadrada.<\/p>\n

Existen en el mercado dos presentaciones b\u00e1sicas de inversores para ser empleados con ese fin, dependiendo de si nuestra instalaci\u00f3n solar ser\u00e1 aislada (o aut\u00f3noma), o conectada a la red el\u00e9ctrica de distribuci\u00f3n de la compa\u00f1\u00eda de servicios.<\/p>\n

En una pr\u00f3xima publicaci\u00f3n trataremos la situaci\u00f3n con cargas trif\u00e1sicas (por ejemplo, motores para ascensores de edificaciones, y otros de potencias considerables como bombas contra incendio), y las opciones que existen para independizar su funcionamiento de la red el\u00e9ctrica local.
\n<\/a>
\n\u00a1Hasta nuestro pr\u00f3ximo art\u00edculo!<\/p>\n

\n

Nota 1:<\/strong><\/em><\/p>\n

El material m\u00e1s eficiente conocido hasta los momentos para la conversi\u00f3n\u00a0de energ\u00eda solar en el\u00e9ctrica es el arseniuro de galio. Su eficiencia\u00a0 alcanza\u00a0un 40%,\u00a0 y su presencia en la naturaleza es escasa. El galio es un material\u00a0caro, y por lo tanto imposible de ser usado para la producci\u00f3n masiva de\u00a0paneles solares.<\/em><\/p>\n

Por ello t\u00edpicamente las celdas solares se han fabricado, desde hace varias d\u00e9cadas, de\u00a0 silicio, por ser un material de relativa eficiencia energ\u00e9tica (ligeramente mayor a un 20%) la cual se ha ido mejorando con diversas t\u00e9cnicas de producci\u00f3n,\u00a0 y existe abundantemente\u00a0 en la naturaleza en forma de di\u00f3xido de silicio.<\/em>
\n <\/a><\/em>
\n Actualmente se ha retomado el empleo de perovskitas, material que ya hab\u00eda sido probado como conversor lum\u00ednico-el\u00e9ctrico hace d\u00e9cadas, pero que con tecnolog\u00edas de manufactura recientes, amenaza con destronar\u00a0 a corto plazo al silicio como protagonista de las celdas fotovoltaicas.<\/em><\/p>\n

Nota 2:<\/strong><\/em><\/p>\n

La explicaci\u00f3n del porqu\u00e9 el est\u00e1ndar de la industria el\u00e9ctrica es corriente alterna y no directa o continua,\u00a0 se remonta a los inicios de la generaci\u00f3n el\u00e9ctrica masiva con fines comerciales: se impuso el est\u00e1ndar AC debido a que \u00e9sta se puede transmitir a largas distancias elevando el voltaje de transmisi\u00f3n por medio de transformadores en las centrales de generaci\u00f3n, para disminuirlo de nuevo cerca de los centros de consumo, a fin de evitar al m\u00e1ximo las ca\u00eddas de voltaje a lo largo de la\u00a0 l\u00ednea de transmisi\u00f3n, y las p\u00e9rdidas por calentamiento en los conductores de la l\u00ednea.<\/em><\/p>\n

Un voltaje DC, \u00a0por el contrario, no puede ser elevado o disminuido mediante transformadores. Si alimentamos el primario de un transformador con tensi\u00f3n DC, proveniente de una bater\u00eda por ejemplo,\u00a0 el voltaje obtenido a la salida ser\u00e1 invariablemente cero.<\/em><\/p>\n

El post Energ\u00eda el\u00e9ctrica para uso residencial, obtenida a partir de energ\u00eda solar. Componentes para la conversi\u00f3n.<\/a> aparece primero en Dom\u00f3tica Dom\u00e9stica<\/a>.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Hemos venido abordando, en esta serie de art\u00edculos dedicados al aprovechamiento de la energ\u00eda solar, las facilidades crecientes y las tecnolog\u00edas efectivas que actualmente existen a nuestra disposici\u00f3n, al considerar la luz del sol como opci\u00f3n energ\u00e9tica masiva en esta nueva etapa de mayor conciencia ecol\u00f3gica. El proceso de conversi\u00f3n de energ\u00eda solar en energ\u00eda … Sigue leyendo Energ\u00eda el\u00e9ctrica para uso residencial, obtenida a partir de energ\u00eda solar. Componentes para la conversi\u00f3n.<\/span><\/a><\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[1],"tags":[],"class_list":["post-7874","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-uncategorized"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/domosistemas.com\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/7874","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/domosistemas.com\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/domosistemas.com\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/domosistemas.com\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/domosistemas.com\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fcomments&post=7874"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/domosistemas.com\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/7874\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/domosistemas.com\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fmedia&parent=7874"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/domosistemas.com\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fcategories&post=7874"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/domosistemas.com\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Ftags&post=7874"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}