Este documento describe los componentes y funcionamiento de los sistemas de energía solar fotovoltaica. Explica que los paneles fotovoltaicos convierten la energía solar en energía eléctrica a través del efecto fotovoltaico en las células solares. También describe los diferentes tipos de sistemas (pequeño, intermedio y grande), sus componentes (panel, batería, regulador, inversor) y los costos asociados. Finalmente, discute las ventajas e inconvenientes de esta tecnología renovable.

1. BENEMÉRITA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE PUEBLA
DHTIC
LA ENERGÍA SOLAR, EL FUTURO DE LA HUMANIDAD (Perspectiva aplicativa)
ARTURO HERNÁNDEZ PÉREZ
11 de abril de 2012

2. LA ENERGÍA SOLAR, EL FUTURO DE LA HUMANIDAD (Perspectiva aplicativa)
La energía solar es un recurso inminente para todo ser humano, su intensidad varía en
el transcurso del día debido a la rotación de la Tierra, y cambia en las estaciones
debido a la translación de ésta con respecto del Sol.
La cantidad de energía que se recibe del Sol anualmente se estima en 1.49x10^8
kWh, energía muy superior al consumo mundial. Ésta es limpia, inagotable y no cuesta,
sin embargo el problema es como poder convertirla en una forma de energía que se
pueda aprovechar, como la eléctrica.
La conversión de energía solar en eléctrica se produce en las células solares que
son parte del efecto fotovoltaico.
Los paneles fotovoltaicos surgen de la necesidad y alta factibilidad para convertir
la energía solar en eléctrica útil al hombre; estos paneles son hasta ahora la mejor
forma de llevar a cabo esta conversión de manera directa a través del efecto antes
mencionado que explicaremos a continuación.
El sistema fotovoltaico esta compuesto por 4 partes principales que son: el panel
fotovoltaico (el alma de este sistema, ya que es el que genera la corriente eléctrica),
una batería, un regulador, y un convertidor.
La parte más importante como ya se había mencionado es el panel, que por lo
general contiene de 30 a 48 células fotovoltaicas. Cada una de estas células esta
formada por un material semiconductor, ya que en este tipo de materiales los electrones
de valencia no están tan fuertemente unidos a los núcleos del átomo y esto permite que
el efecto fotovoltaico se lleve a cabo, es decir que los fotones provenientes de la
radiación solar que inciden sobre ella arranquen los electrones de valencia de los
átomos que constituyen a la célula.

3. Para crear una célula fotovoltaica primero se cortan delgadas obleas de material
semiconductor (como el silicio), para poder originar un campo eléctrico, positivo en un
lado y negativo en el otro, a la zona negativa se le llamará “P” y a la positiva “N”.
Posteriormente se deben incrustar impurezas en la parte superior de la célula, las
impurezas deben ser de un material cuyos átomos tengan más electrones de valencia
que los del material de la célula. Posteriormente se coloca una lámina a lo largo de la
parte de abajo de la célula cuya función es sacar la corriente fotovoltaica por la zona P,
y luego de atravesar el circuito entrará a la célula por la zona N a través de una
pequeña rejilla que no evite la llegada íntegra de los fotones del Sol a la célula.
Bien, como ya se había mencionado el panel esta formado por varias células
conectadas entre sí, ya que una sola no aportaría la energía suficiente para alimentar
las instalaciones que se tienen en la actualidad; la eficiencia de los paneles solares
depende de varios factores como su posición o la ubicación geográfica, pero también
de otro muy importante que es la reflexión de la luz causada por las células, es decir la
oblea que forma a las células fotovoltaicas es sumamente pulida lo que hace que pueda
llegar a reflejar hasta una tercera parte de la luz que incide sobre ella, para evitar esto
se lleva a cabo un procedimiento llamado “texturizado” en el cual se vuelve rugosa la
superficie (por medio de pequeñas pirámides microscópicas), lo que hace que la luz sea
reflejada hacia el interior de las células.
Además del panel, otra parte muy importante del sistema fotovoltaico es la
batería, ya que ésta es la encargada de almacenar mediante un proceso reversible la
energía eléctrica en forma de energía química, para poder disponer de ésta en periodos
que no es posible la generación de ella.
Las otras partes importantes del sistema fotovoltaico son:
 El regulador: que se encarga de controlar el estado de carga de la batería, evitando
tanto la descarga por debajo del nivel mínimo, como la sobrecarga.
 Otro elemento es el convertidor, que adapta la energía proveniente del generador
fotovoltaico o de las baterías, que generalmente es en forma de corriente continua a
corriente alterna, o simplemente la deja pasar como corriente continua.

4. Todas las partes mencionadas con anterioridad son necesarias para la instalación
de un sistema fotovoltaico.
Por otro lado, es necesario conocer las normas básicas para nuestro sistema
fotovoltaico, como son limpiar la superficie del panel muy de vez en cuando, por mucho
dos veces al año, o mantener las baterías y el regulador en un lugar o contenedor libre
de humedad o agua para evitar la corrosión o el daño de estas partes.
Por último, el panel solar puede estar montado sobre tres tipos de soportes que
debemos tomar en cuenta ya que “(…) tanto la irradiancia como la radiación solar
captada por un panel fotovoltaico dependen de la orientación e inclinación de éste”
(Castro, 2000, p.33)
El primer tipo de soporte para el sistema fotovoltaico es sin seguimiento, es decir la
superficie colectora es fija, por lo que son los más económicos y simples ya que no
tienen elementos móviles, para este tipo de sistemas se debe de evaluar el ángulo
óptimo del panel para tener un buen aprovechamiento. El siguiente sistema es de
seguimiento en un eje, es decir sólo tiene un tipo de movimiento; y el tercero y más
sofisticado es el de seguimiento y dos ejes, éste maximiza el aprovechamiento de la
energía solar ya que permite que los rayos solares incidan siempre de manera
perpendicular al panel. Este sistema es el más difícil y costoso de conseguir y
generalmente lo usan instalaciones especiales de alta potencia que mandan energía a
la red eléctrica de algún lugar.
“El objetivo de cualquier superficie colectora de energía solar es optimizar la energía
recibida a lo largo del día y para ello el caso ideal es que la radiación solar incida
perpendicularmente sobre la superficie de los paneles en el momento” (Castro, 2000,
p.33)
Con respecto a la energía que se puede obtener a través de una instalación
fotovoltaica deberá ser necesario conocer los valores de radiación en el tiempo y lugar
donde se encuentre nuestra instalación, es por ello que debemos tomar como base de

5. medición los parámetros geográficos, como la altitud del lugar, día del año y la hora del
día, así mismo tomaremos en cuenta las características meteorológicas del lugar.
Además de lo anterior es importante tratar el siguiente punto:
Dentro de las protecciones de descargas eléctricas, debemos tener en cuenta que
nuestro aparato se mantiene a la intemperie, por lo que debemos tener en cuenta la
ubicación, el ángulo de inclinación, etcétera, y cómo se encuentra expuesto a una
descarga eléctrica durante una tormenta, se recomienda colocar un apartarayos de
óxido metálico para proteger nuestro sistema de captación de energía, además de que
proporcionará mayor seguridad a todo nuestro sistema de control.
También se debe de tener en cuenta la protección de la baterías, pues estas son las
que representan un costo mucho mayor que los demás equipos eléctricos que se
encuentran en nuestro sistema fotovoltaico, cabe destacar que los interruptores
termomagneticos son otros elementos que nos ayudan a controlar las descargas
eléctricas producidas durante la operación de nuestro sistema.
Como se comentó con anterioridad nuestro objetivo primordial es proteger nuestra
batería y así poder alagar la vida del acumulador, para ello también se utiliza un
regulador de carga, que es el encargado de la entrada y salida de corriente excesiva o
descarga que pueda dañar a la batería, todo esto lo hace apoyándose con otros
dispositivos electromecánicos tales como: relés, contactores y transistores.
Algo muy importante que podemos aprovechar al instalar celdas fotovoltaicas en
el hogar, es que si éstas no pueden ser satisfechas por el panel fotovoltaico, podemos
solicitar a CFE que complemente la energía que requiere la casa, de tal manera que
podamos obtener energía de nuestro panel, y de modo que cuando la batería del panel
este descargada podamos obtener energía de CFE para así satisfacer nuestro
consumo energético.

6. En un sistema fotovoltaico básico para una casa autosustentable se observa lo
siguiente:
 Capacidad = 65 Wp
 Dimensiones = 0.751x0.652x0.036 (en metros)
 Peso = 6 kg.
 Capacidad efectiva del sistema = 225 Watts-hora/día
 Consideraciones:
� Tiempo de uso efectivo (promedio) = 5.5 horas
� Eficiencia del sistema = 63 por ciento
� Pérdidas en el voltaje = 15 %
� Pérdidas de la batería = 15 %
� Pérdidas del controlador = 5 %
� Pérdidas en el cableado = 2 %
 Concepto Monto
 Panel fotovoltaico 4,510.00
 Batería de respaldo 1,500.00
 Controlador de carga 800.00
 Accesorios (tubos, soportes, cajas, cables, etc.) 5,190.00
 Total: 12,000.00
Para un sistema intermedio podemos decir:
 Capacidad = 85 Wp
 Dimensiones = 1.007x0.652x0.036 (en metros)
 Peso = 8.3 kg.
 Capacidad efectiva del sistema = 262 Watts-hora/día
 Consideraciones:
� Tiempo de uso efectivo (promedio) = 5.5 horas
� Eficiencia del sistema = 56 por ciento
� Pérdidas en el voltaje = 15 %
� Pérdidas de la batería = 15 %

7. � Pérdidas del inversor = 7 %
� Pérdidas del controlador = 5 %
� Pérdidas en el cableado = 2 %
 Concepto monto:
 Panel fotovoltaico 5,830.00
 Batería de respaldo 1,500.00
 Controlador de carga 800.00
 Inversor 1,000.00
 Accesorios (tubos, soportes, cajas, cables, etc.) 4,870.00
 Total: 14,000.00
Para un sistema grande se observa:
 Capacidad = 130 Wp
 Dimensiones = 1.425x0.652x0.036 (en metros)
 Peso = 12.2 kg.
 Capacidad efectiva del sistema = 400 Watts-hora/día
 Consideraciones:
� Tiempo de uso efectivo (promedio) = 5.5 horas
� Eficiencia del sistema = 56 por ciento
� Pérdidas en el voltaje = 15 %
� Pérdidas de la batería = 15 %
� Pérdidas del inversor = 7 %
� Pérdidas del controlador = 5 %
� Pérdidas en el cableado = 2 %
 Concepto Monto
 Panel fotovoltaico 8,580.00
 Batería de respaldo (dos baterías) 3,000.00
 Controlador de carga 800.00
 Inversor 1,500.00
 Accesorios (tubos, soportes, cajas, cables, etc.) 3,120.00

8.  Total: 17,000.00
Para los tres tipos de sistema:
 Tiempo de vida del sistema fotovoltaico = 20 años
 Tiempo de vida de la batería (promedio) = 4 años
Además de lo anterior, es importante mostrar las ventajas y desventajas de este
tipo de celdas; entre las ventajas más notorias, están los costos, que se han reducido a
lo largo de los últimos años y sigue una tendencia hacia un precio más accesible,
además de que ofrecen una mayor eficiencia en el funcionamiento, actualmente se
utilizan como una solución viable para el alumbramiento público en las ciudades, y es
amigable con la ecología ya que se utiliza una fuente de energía limpia: la del Sol. Por
el contrario, algunas desventajas es que la energía producida es muy reducida y por
ello es necesario colocar varios paneles para obtener la suficiente energía para
alimentar una vivienda, otro punto muy importante es que no siempre funciona en
todos los lugares debido a las zonas geográficas, además de que las baterías que se
necesitan muchas veces no se encuentran en nuestro país y tenemos que importarlas
por lo que se eleva el costo total de nuestra instalación, por último es importante
destacar que la energía producida por el panel es corriente directa, y la mayoría de
nuestros aparatos eléctricos funcionan con corriente alterna por lo que se tiene que
utilizar un convertidor de energía, el cual durante su funcionamiento tiene pérdidas
entre un 10% y 15%.
Nuestro planeta cada vez se encuentra más deteriorado a causa del hombre y su
estilo de vida, la necesidad de cambiar las formas tradicionales de producción de
energía es cada vez más latente y además es vital empezar a utilizar fuentes de
energía renovables y sobre todo limpias, las celdas fotovoltaicas son sólo una de las
muchas soluciones que deben implementarse y son una mínima parte del cambio,
cambio que debe ser alimentado y complementado por otros medios de ahorro como
focos ahorradores, electrodomésticos de bajo consumo de energía, y sobre todo, lo
más importante por la conciencia humana.

9. FUENTES
 Alcor, E. (2002). Instalaciones solares fotovoltaicas (3ª ed.). Sevilla, España:
PROGENSA.
 Castro, M., Carpio, J., Guirado, R., Colmenar, A & Dávila, L. (2000). Energía solar
fotovoltaica. Sevilla: PROGENSA.
 CFE, (2010), Energía Renovable, Extraído el 8 de marzo de 2012,
http://www.cfe.gob.mx/sustentabilidad/energiarenovable/Paginas/default.aspx
 Escudero, A. (2008). Sistemas de energía solar fotovoltaica para equipos de
telecomunicación. Extraído el 12 de marzo de 2012,
http://www.it46.se/courses/solar/materials/es/IT46_es_energia_solar_introduccion.pd
f
 Prospectiva de las Tecnología Solar Fotovoltaica para la Generación de Electricidad.
Extraída el 9 de marzo de 2012,
http://www.energia.gob.observalosiguientemx/webSener/res/168/A7_Fotovol.pdf