A medida que avanzan los efectos del cambio climático en el mundo, se consolida como de importancia extrema la obtención de energía a partir de fuentes naturales virtualmente inagotables como el sol, el viento, el agua y la biomasa, lo que las ubica en una posición estratégica en el mundo. Sus ventajas para su uso en reemplazo de la producción de energía empleando combustibles fósiles, se basa en la gran cantidad de energía que contienen y/o por su regeneración por medios naturales e incluyen la posibilidad de mitigar la emisión de gases de efecto invernadero a la atmósfera.
De los medios desarrollados al presente que utilizan los mencionados orígenes para la generación de energía, la de mayor proyección de crecimiento es el efecto fotovoltaico, este genera una energía limpia y con la ventaja adicional que se puede obtener en el lugar donde se la necesita. En el fenómeno físico se utiliza una parte del espectro electromagnético de la energía del sol para producir electricidad, sin mediar ciclos termodinámicos ni reacciones químicas, sólo mediante el efecto fotovoltaico. La transformación se realiza por medio de dispositivos fabricados con semiconductores denominadas celdas fotovoltaicas, que son sensibles a la luz solar y que, al incidir la radiación emitida por el sol sobre ellas, provoca un movimiento de electrones dando lugar a la circulación de corriente eléctrica entre sus caras y un circuito eléctrico exterior permitiendo así aprovechar la energía generada. La cantidad de energía eléctrica generada, entre otros parámetros, tiene relación directa con la intensidad de la radiación solar recibida. Un conjunto de celdas conectadas entre sí, componen los denominados módulos o paneles solares fotovoltaicos.
En la Argentina, la idea de formar una red solarimétrica data de la década del 70’, luego de varios cambios organizativos generados por dificultades institucionales y financieras, comenzó a funcionar La Red Solarimétrica. A partir de una propuesta de Dr Grossi Gallegos, se crea el Grupo de investigación “GerSOLAR” en la Universidad Nacional de Lujan(UNLU)en el año 2002. Desde el año 2015 La UNLU, el INTA (Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria, YPF Tecnología (Y-TEC) y la Agencia Nacional de Promoción Científica y Tecnológica, a través del Fondo Argentino Sectorial (FONARSEC), participan Sistema Argentino de Evaluación de Energía Solar (ENARSOL) para la instalación de estaciones que midan la irradiación solar global en plano horizontal, además de las componentes directa y difusa en todo el país. De esta manera, todo el territorio argentino posee valores de irradiación diaria media mensual, las que se pueden encontrar en la siguiente dirección http://energiasdemipais.educ.ar/fuentes-de-energia-potencial/mapa-de-rad…
Irradiación global horizontal diaria media mensual en kWh/m2día
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La energía solar se mide como irradiación solar, es la magnitud que mide la energía por unidad de área de radiación solar incidente en una superficie colocada en un intervalo de tiempo y un lugar bien especificados. Esta magnitud es frecuentemente designada como radiación solar. Su valor depende críticamente de la latitud, la época del año, las horas del día y el clima imperante en el lugar.
En el dimensionamiento de sistemas fotovoltaicos generalmente la energía solar se expresa como irradiación solar, en unidades de energía diaria promedio mensual por unidad de área. Una unidad reconocida es el Kilovatios hora por metro cuadrado (kW h/m2), es la cantidad de irradiación solar global diaria promedio que recibe una superficie horizontal a nivel del suelo.
Generalmente cuando hablamos del consumo eléctrico de distintos dispositivos, dato necesario para el dimensionamiento de un sistema fotovoltaico, nos referimos a la cantidad de energía que se necesita para el funcionamiento de los mismos, este consumo se mide en kWh y dependiendo de cuanta energía se utilice es la cantidad que debe proveer mínimamente el sistema. Por ejemplo, una bomba de agua cuya capacidad de realizar trabajo se expresa en HP (en inglés horsepower), que es unidad de potencia, y es equivalente a aproximadamente 1 HP = 745,7 W (vatios), si funciona durante una hora consumirá 745,7 Wh o 0,745 kWh que es la métrica utilizada para indicar la energía consumida por el motor.
Un sistema fotovoltaico debe estar compuesto por un conjunto generador (módulos fotovoltaicos), el sistema de almacenamiento de energía, si fuera necesario, un sistema de acondicionamiento, un dispositivo de gerenciamiento de la energía (regulador de carga) y un conversor de la energía a las necesidades de la carga (inversor), también si fuera necesario. Cuando tenemos dimensionada la demanda energética, debemos proyectar el conjunto de módulos fotovoltaicos, para lo cual es necesario hacer agrupamientos en serie y en paralelo con el objeto de lograr la tensión y corriente necesarias.
Se pueden plantear distintas alternativas de composición de paneles teniendo en cuenta en primer lugar la potencia, eficiencia, calidad, costo, vida útil y tiempo de garantía ofrecidos.
En el mercado encontramos diversas marcas y dimensiones, tanto eléctricas como físicas. El número de celdas que contiene cada módulo o panel está bastante estandarizado, variando entre 60 y 72 celdas o más, según la tensión que proveen. Vale aclarar que las dimensiones de los paneles no están relacionadas con la eficiencia, sino con lograr la tensión y/o corriente adecuada para cada situación. En la mayoría de las instalaciones domiciliarias, se utilizan paneles estándar de 60 celdas (100cm x 165cm aproximadamente) y en plantas productoras de energía de 72 celdas (100cm x 195cm) con una eficiencia del 15 al 19%, capaces de entregar una potencia nominal de entre 180 a 340 W.
Debido al carácter variable de la radiación solar, se hace necesario la utilización de acumuladores de energía que garanticen la disponibilidad de energía en situaciones desfavorables. Este componente es seguramente el que represente la mayor inversión, en el orden del 50% de la inversión total. El encargado de sostener la autonomía del sistema fotovoltaico es el conjunto de acumuladores, en las baterías es importante considerar dos parámetros la densidad energética (Kilovatios hora/kilogramos) y la eficiencia energética (la relación entre la energía de entrada y salida).
Un elemento clave para el funcionamiento del sistema, que permitirá asegurar la provisión de energía, es el regulador de carga, encargado de proteger las baterías (sistema acumulador) de cargas y descargas excesivas, manteniéndolas en condiciones favorables de funcionamiento y prolongando así su vida útil.
Otro componente importante del sistema son los inversores que cumplen la función de transformar la tensión continua que provee el generador fotovoltaico en la tensión alterna necesaria para el funcionamiento de las cargas eléctricas previstas. Múltiples dispositivos requieren corriente continua para funcionar (los que utilizan pilas), y otros tantos utilizan corriente alterna (220V, 50 Hz).
Las estructuras o soportes que dan estabilidad mecánica al sistema, deben ser confiables y seguras, con posibilidades de movilidad para el mejor posicionamiento respecto del sol en función de la época del año. En general y con preferencia se construyen de materiales no inoxidable como el aluminio y la tornillería debe ser de acero, aluminio y madera torneada. En terrenos ubicados en el hemisferio sur, como es el caso de la provincia de Santiago del Estero, las estructuras deben sostener a los módulos con su cara útil en dirección al Norte y ser capaces de soportar vientos de 120 Km/h,. Es importante tener cuidado en elegir el sitio apropiado y espacio adecuado para la instalación de los equipos, evitando la posibilidad de que los módulos queden expuestos a recibir la sombra generadas por objetos circundantes y los tableros eléctricos y sistemas de acumulación, así como los dispositivos reguladores de carga e inversor deben estar protegidos de las inclemencias del tiempo.
En la ruralidad de Santiago del Estero, una de las consultas más frecuentes es el dimensionamiento de sistemas de bombeo fotovoltaicos y boyeros. Para el primer caso, necesitamos saber a priori el ciclo hidráulico requerido a partir de los datos en detalle del nivel estático, abatimiento, altura de descarga, fricción y longitud final de la cañería prevista, además del volumen de agua demandado diariamente.
En la mayoría de los casos el sistema es simple, cuando la bomba se alimenta directamente de los paneles, solamente con un controlador intermedio, como lo muestra el esquema. Pero se debe tener la previsión de almacenamiento de agua que cubra la demanda de al menos tres días, con el objeto de asegurar la provision en dias nublados consecutivos.
Las bombas compatibles con los sistemas fotovoltaicos pueden ser bombas centrifugas o bombas volumétricas. Las bombas centrifugas trabajan hasta los 60 metros de profundidad, las llamadas sumergibles (con motor en superficie o motor sumergible), con la posibilidad de sumar impulsores para aumentar la profundidad mencionada, las bombas centrifugas de superficie que oscilan en los 8 a 10 metros.
Las bombas volumétricas son utilizadas para el bombeo de caudales bajos y grandes profundidades.
Fuente: INTA por Mabel Elizabeth Amarilla y Ruben Fernández UNSE
