Uso de los sistemas solares fotovoltaicos en la selva
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Uso de los sistemas solares fotovoltaicos en la selva
Uso de los sistemas solares fotovoltaicos en la selva Premio Iberoamericano Martina Krátká Diciembre 2007 Nombre: Martina Krátká Edad: 26 Semestres: 9 Email: [email protected] Dirección: K Háječku 562, 330 26 Tlučná Teléfono: +420 607 255 202 Universidad: Universidad de Bohemia Occidental en Pilsen, Facultad de ingeniería eléctrica – especialización Ecológica técnica Tutor: Mgr. Margarita Gianino Sánchez Contenido Introducción Energía solar Energía del sistema fotovoltaico Instalación de un sistema fotovoltaico en la selva Aspectos económicos Las posibilidades del aprovechamiento de la energía solar en la selva Ecoturismo y la energía solar Proyectos ya realizados Conclusión Bibliografía Adjuntos I. Intensidad de la radiación solar en Latinoamérica II. Proyectos ya realizados Introducción El sol es desde hace millones de años el más importante proveedor de energía en la Tierra. Sin él no sería posible la vida en nuestro planeta. Las materias primas de energía fósiles como petróleo, gas y carbón, que se extraen en gran proporción son también un depósito de energía solar desde antaño. A causa del desarollo técnico y de la „sed de energía“ los depósitos de energía se van acabando. De ahí resulta la necesidad de buscar un reemplazo de los combustibles fósiles por una alternativa. Esta búsqueda debería ser más intensa a causa de los cambios climáticos. Por la quema de los combustibles fósiles, penetran en la atmósfera gases como CO2, NOx, CxHy y otros, que causan el efecto invernadero, la disminución del ozono que origina el agujero en la capa de ozono en los polos y otros fenómenos. Los cambios del clima podemos sentirlos en los últimos años en todo el mundo por el creciente número de catástrofes naturales y de situaciones excepcionales, como veranos increíblemente calientes, inviernos templados, huracanes, inundaciones (como, por ejemplo, las de este año en los estados de Tabasco y de Chiapas en México o en Colombia), y otras. Es obvio que hay que intervenir ante ello. Una solución posible es el aprovechamiento de fuentes de energía renovables, como la energía eólica, la hidroeléctrica, la biomasa, la de las olas y corrientes marinas, y por supuesto la energía solar. La energía solar se presenta como más fiable y con mayores posibilidades de aprovechamiento. Y hay que tener en cuenta que para cuidar nuestra atmósfera no solo es necesario usar las energías renovables, „verdes“, en regiones con alta población, donde hay mayor consumo de energía, sino también en regiones con poca población, alejadas de la civilización, como las comunidades en la selva latinoamericana. Energía solar La potencia de la radiación solar varía durante el día y también durante todo el año (en la selva no depende tanto de las estaciones del año sino de las temporadas de lluvia y de las temporadas secas), depende también de las condiciones atmosféricas y de la latidud. Las regiones selváticas en Latinoamérica se aprovechan de la radiación solar aproximadamente doce horas al día durante todo el año. Su intensidad en Latinoamérica tiene un promedio de 4 – 6 kWh / m2 diarios (véase el mapa de la radiación solar adjunto). Significa que la potencia de la radiación solar en la selva es muy alta (comparada con Europa, donde el aprovechamiento de la energía solar es muy común: la intensidad de la radiación solar es de 2 - 3 kWh / m2 diarios). La radiación solar se puede utilizar directamente para la producción de calor, frío y electricidad. La conversión de la radiación solar en calor (conversión fototérmica) puede suceder de forma pasiva (por medio de materiales sensibles al calor en los edificios, por ejemplo tejados o partes de tejados de vidrio) o de forma activa (por medio de la instalación de dispositivos técnicos – colectores solares). El uso del calor producido de esta manera en la selva tiene sentido especialmente en las mayores alturas (en los Andes). El aprovechamiento sirve para calentar edificios y casas privadas, y también para calentar agua, especialmente en las zonas turísticas (Cuzco). El mayor aprovechamiento de la energía solar en la selva sirve para producir electricidad. Gracias al efecto fotoeléctrico en los semiconductores se logra la conversión de la radiación solar para la electricidad. En la selva hay muchas comunidades indígenas, ciudades y centros turísticos que no están conectados a la red eléctrica por las grandes distancias y por la densa vegetación, y en las que la electricidad se necesita para alimentar los aparatos electrodomésticos, el teléfono, el alumbrado, las computadoras, etc. En estos lugares se produce la eletricidad por los agregados de diesel eléctricos. Pero no es necesario contaminar el aire en los „pulmones del mundo“ con gases invernaderos si la intensidad de la radiación solar en la selva es tan alta. Energía del sistema fotovoltaico Un sistema fotovoltaico es un dispositivo que a partir de la radiación solar produce energía en condiciones de ser aprovechada por el hombre. Podemos distinguir dos tipos de aplicaciones de energía solar fotovoltaica: los sistemas conectados a la red (lo que no es posible en la selva) y los sistemas aislados (las posibilidades de aplicación son enormes, especialmente en viviendas aisladas como las de la selva). Para generar electricidad solar fotovoltaica se necesita un generador solar, compuesto por un conjunto de paneles fotovoltaicos, por lo general de color negro o azul oscuro, que captan la radiación luminosa procedente del sol y la transforman (aprovechando las propiedades de los materiales semiconductores) en electricidad que está en corriente continua y baja tensión (12 ó 24 V), y sus características instantáneas (intensidad y tensión) varían con la irradiación (intensidad energética) de la energía solar que ilumina las células y con la temperatura ambiente. Para transformar la electricidad producida por un generador fotovoltaico en electricidad con las mismas características que las de la red convencional (corriente alterna a 110 voltios y frecuencia de 60 Hz) se necesita un inversor (en los sistemas aislados, que no se enchufan a la red, no es necesario; los aparatos podemos alimentarlos con la tensión que produce el generador fotovoltaico – véase el esquema). El inversor ya puede ser incorporado a los módulos fotovoltaicos, formando un único sistema compacto que se puede conectar directamente a las cargas. En un sistema aislado, como ocurre en la selva, es muy necesario tener en todo el sistema un acumulador que almacene la energía producida por el generador y que permita disponer de corriente eléctrica fuera de las horas de luz o de días nublados (en los días nublados también se genera electricidad, pero el rendimiento energético es menor cuanto menor es la intensidad de la radiación). Los acumuladores comunes de plomo, como los de los coches (para arrancar), no son convenientes, porque estan diseñados para descargarlos completamente y luego cargarlos. Su uso como acumuladores solares los daña y disminuye su vida, en algunos casos hasta únicamente 200 ciclos de carga. Los acumuladores solares soportan hasta 2 000 ciclos de carga. Por esta razón no se usan los acumuladores comunes de plomo, aunque son más baratos. Una vez almacenada la energía eléctrica en el acumulador hay dos opciones: sacar una línea directamente del acumulador para la instalación y utilizar lámparas y elementos de consumo de 12 ó 24 Vcc o bien transformar la corriente continua en alterna de 110 V a través de un inversor. Otro componente de un sistema fotovoltaico es un regulador de carga, cuya misión es regular la corriente de carga y descarga, evitar sobrecargas o descargas excesivas del acumulador, que le produciría daños irreversibles, y asegurar que el sistema trabaje siempre en el punto de máxima eficiencia. Esquema de una instalación solar fotovoltaica con inversor (se puede conectar a la red): Una instalación solar fotovoltaica sin inversor, utilización a 12Vcc (un sistema aislado): de: http://www.gstriatum.com/energiasolar/articulosenergia/16_funciona_paneles.html Instalación de un sistema fotovoltaico en la selva Un módulo solar fotovolatico puede instalarse casi en cualquier lugar, donde haya espacio suficiente – tanto en los tejados de las casas, como en las terrazas, o en los balcones, etc. En el caso en que no haya ningún lugar conveniente es posible construir también un soporte especial (véase la foto). Dos paneles fotovoltaicos en una construcción especial en Santa Lucía, Honduras de: Martín Gómez: Proyectos de energías renovables en México y Latinoamérica, sept. 2006 En el lugar de instalación de los paneles fotovoltaicos hay solamente un aspecto muy importante y fundamental a tener en cuenta: hay que asegurar que no existen obstáculos que les puedan dar sombra a los paneles durante todo el día, y especialmente durante las horas centrales del día, cuando la radiación solar es mayor y con esto también el efecto del sistema. La sombra puede reducir el efecto de todo el sistema notablemente. Esto en la selva significa que es necesario buscar un sitio libre, donde no haya una vegetación muy densa. La superficie que ocupa este tipo de instación depende de la potencia que se quiera instalar y también del tipo de paneles que se utilicen. Pero en general hay que contar con que cada kWp (kilovatio pico = la máxima potencia generada durante 1 hora en condiciones óptimas; la energía producida en estas condiciones es 1kWh) ocupa una superficie de entre 7 y 11 m2. En lo que se refiere al peso de los paneles, depende también del tipo del panel, pero en general hay que considerar unos 15 kg.m-2. Pero, por ejemplo, el viento puede suponer en algunos casos una carga adicional. Hay que tener en cuenta otras condiciones para poder localizar bien los paneles fotovoltaicos, como son la orientación y la inclinación. La orientación depende del hemisferio en que se encuentra el sistema fotovoltaico. Esto quiere decir que si está en el hemisferio norte, la orientación del panel es hacia el sur, y al contrario. El ángulo óptimo de la inclinación del panel se define por la latitud del lugar donde se va a instalar – empleando una inclinación comprendida entre 5° y 10° menos que la latitud (por ejemplo, serían unos 35° en el centro de la Península Ibérica). La selva se encuentra en las latitudes de 20° norte – 20° sur. De ello resulta que ya cerca del ecuador los paneles deberían estar en una posición horizontal, lo que no sería ideal, porque podría suceder que los paneles se ensuciaran fácilmente. Entonces, en cualquier caso, es recomendable una inclinación de mínimo 15°. Con esto se permite que el agua de la lluvia se escurra. Eso también ayuda a la autolimpieza de las hojas de los árboles, etc. Aspectos económicos Para producir un panel fotovoltaico se necesita un semiconducor, hoy el más usado es de silicio, que es muy costoso. Esto significa, que un sistema solar fotovoltaico es una inversión pretenciosa. Los costos para un sistema aislado son de entre 1200 a 1800 euros.m-2, que significa 10 – 15 euros.Wp-1.* El precio de un sistema fotovoltaico dependería de la potencia de los paneles que se instalaran y de los otros componentes, como el acumulador (por ejemplo, el acumulador de la firma Banner de 100 Ah sale por 150 euros*), el regulador (este precio ya es despreciable), los cables, etc. Instalar un sistema solar fotovoltaico requiere una inversión primaria muy alta, pero hay que evaluar el retorno económico y también hay que pensar en las ventajas del sistema. Un módulo policristálico produce en 3,3 años la misma cantidad de energía que se invierte en su fabricación. En el caso de un módulo amorfo la situación es todavía más rentable – su retorno energético es de 1,8 años.* El retorno económico tarda más. Pero no hay que preocuparse por que ese sistema no llegue al momento de retorno económico, porque la duración de los paneles es mucho más larga, aunque no se sabe con certeza de cuántos años será. Las instalaciones más antiguas, de los años 60 y 70, aún están operativas. Pero, por lo general, la vida de los módulos fotovoltaicos es de unos 25 – 30 años (en el mercado hay módulos con garantías de 10 – 20 años). Por experiencia se sabe que los paneles solares fotovoltaicos hasta ahora no han dejado de generar electricidad, aunque con la edad el rendimiento energético se reduce un poco. * de: J. Beranovský, J. Truxa: Alternativní energie pro váš dům El uso del sistema fotovoltaico en la selva tiene una gran ventaja, comparada con los países europeos, la radiación solar no cambia mucho durante todo el año, genera más o menos la misma cantidad de electricidad, por consiguiente no se necesita otra fuente de electricidad (como podría ser un agregado de diesel eléctrico). A causa de la alta radiación solar sube el rendimiento de todo el sistema y se reduce el tiempo de retorno económico. Además, el mantenimiento de los paneles solares es muy simple – solamente hay que limpiarlos en las temporadas secas (hay que hacerlo por la noche para no aminorar la producción energética; durante la temporada de lluvia, la limpieza es natural y se aprovecha la lluvia). También hay que decir que los sistemas fotovoltaicos generan electricidad a partir de la intensidad de la radiación solar, no del calor. Esto seguramente eleva sus posibilidades de aprovechamiento – se pueden usar no solo en la selva tropical (la selva amazónica, Lacandona, etc.), sino también en mayores alturas, como en los Andes (Lago Titicaca, Cuzco, etc.) Por supuesto, hay que tener en cuenta que la inversión en el sistema fotovoltaico no es continua, se hace una sola vez. Si en las comunidades se usan agregados de diesel eléctricos, hay que pensar siempre en tener suficiente gasolina y en no despilfarrarla, porque si se acaba, hay que comprar más. Y eso puede ser a veces muy complicado, especialmente en las comunidades en el corazón de la selva, donde ni hay carreteras. Pero también hay que tener en cuenta que la gasolina es un combustible fósil, no renovable, y que hoy en día se van acabando las fuentes del petróleo. Aunque en muchos países de Latinoamérica hay grandes yacimientos de petróleo, estos yacimientos tienen una vida limitada. Cuanto más se va acabando el petróleo, más sube su precio, y con esto sube el precio de la gasolina para los agregados de diesel eléctricos. Entonces, hay que pensar en sustituirlo por los paneles solares fotovoltaicos. „Un ejemplo reciente es la electrificación de la comunidad insular de Amantaní en el Lago Titicaca, donde se invirtió con la mejor intención hace cuatro años (cuando aún no se tenía una experiencia precisa en Perú sobre las ventajas de las energías renovables) un millón de dólares en una red local y un grupo Diesel de 250 kW para suministrar electricidad a 600 familias: desde su puesta en marcha en septiembre de 1997 el sistema no funcionó durante muchos meses (por falta de combustible o por desperfectos) y, en el mejor de los casos, operaba 3 horas diarias, de 18:00 a 21:00 horas. Los usuarios no están dispuestos a pagar ni los costos del combustible requerido para la operación de este suministro deficiente y limitado de electricidad y es previsible que en cualquier momento el sistema se paralice por completo.” (de: http://fc.uni.edu.pe/mhorn/electrificacion.htm) Como ya hemos mencionado, la inversión de un sistema fotovoltaico es muy grande, especialmente para las comunidades de la selva, que son pobres. Esta gente necesita una ayuda financiera del gobierno y felizmente ya existen muchos proyectos que apoyan la extensión de esta fuente de energía ecológica en la selva. La Unión Europea tampoco es menos y ofrece su ayuda a las regiones con gran pobreza. Las posibilidades del aprovechamiento de la energía solar en la selva El aprovechamiento de la energía solar en la selva es enorme, desde las casas familiares, las escuelas, hasta el transporte y el turismo. Durante el día, cuando se produce electricidad, se alimentan muchos aparatos domésticos, teléfonos, televisión y radio, aparatos y computadoras en las escuelas (ayuda a la educación a distancia) y otros. El sistema fotovoltaico también se usa para el bombeo de agua y para su purificación. Durante el día también se cargan las baterías, que dan electricidad, por la noche especialmente para la luz. El tiempo que será posible alumbrar depende de la capacidad de las baterías y de la intensidad solar durante el día. Otra posibilidad de aprovechar la electricidad del sistema fotovoltaico es la producción del frío en los refrigeradores. Un refrigerador que funciona gracias a los paneles solares no necesita conectarse a la red eléctrica ni necesita baterías. La energía solar es capturada por los paneles solares y transformada en corriente eléctrica continua, que enciende el compresor y con esto se realiza el ciclo de refrigeración. Como resultado se produce hielo. El aire frío luego circula por el refrigerador ayudado por un ventilador. La temperatura deseada se mantiene gracias a un termostato. Los refrigeradores se pueden usar para refrigerar vacunas o alimentos. Situación en Chihuahua en México (zona rural pero no selvática): de: Martín Gómez: Proyectos de energías renovables en México y Latinoamérica, Sept. 2006 Uno de los campos de aprovechamiento de los sistemas fotovoltaicos representa el transporte: el transporte de automóviles y de barcos. Este uso no es todavía muy común, pero hay que pensar en él. Si no hoy, seguramente en el futuro tendrá un gran aprovechamiento. Ya se construyeron coches que se mueven usando solamente la energía solar. Lastimosamente este tipo de transporte no se ha consolidado en el mercado, porque su velocidad es muy baja. Eso sería también un problema en la selva, porque las distancias entre las comunidades y los pueblos son muy largas, y un viaje de una ciudad al pueblo más cercano puede durar, no horas, como ahora usando coches de gasolina, sino hasta unos días. Tal vez el transporte de barcos aproveche mejor la energía solar. En la selva hay muchos ríos, así que seguramente se podría reemplazar también el transporte de automóviles de gasolina por barcos, que usarían un panel fotovoltaico. Ademas, a veces la vía fluvial es la única posibilidad de comunicar poblados de difícil acceso. Los barcos con motores de combustión no contaminan solamente el aire, sino también el agua de los ríos con restos de gasolina y aceite. Y eso es nocivo para la vida de los ríos y de sus riberas. Por ejemplo, en el río Amazonas, donde el transporte de barcos es muy grande, hay mucha contaminación y los delfines rosados que viven allí la acusan. Los barcos accionados por un electromotor que usa la energía de paneles solares fotovoltaicos no producen residuos contaminantes al medio ni emiten ruido. Los construidos hasta ahora permiten una velocidad de 4 – 6 nudos dependiendo de la corriente del río. Ya son comunes también los hornos solares, que usan la radiación solar, no la energía fotovoltaica. Ecoturismo y la energía solar De ecoturismo se habla en los últimos años en todos los países de Latinoamérica. Los países latinos son muy ricos en biodiversidad y ofrecen muchas oportunidades de aventura a los turistas. Y la impresionante naturaleza no llama la atención solamente de la gente de las ciudades, sino también de los turistas de todo el mundo, especialmente de los europeos y norteamericanos. Por eso nos encontramos con el ecoturismo, que lleva a la gente a otros sitios, lejos de la civilización, para vivir una aventura y para descubrir un mundo nuevo. El ecoturismo es una manera de viajar sin dejar grandes y dañosas huellas de civilización en la pureza de la naturaleza. Pero muchos turistas no quieren renunciar al lujo de la vida en las ciudades al que están acostumbrados. Y con el lujo crece la exigencia energética. Esto significa que el ecoturismo no siempre es turismo ecológico, que no contamina el medio ambiente. Para mejorar el desarollo del ecoturismo y que sea realmente ecológico seguramente puede servir el aprovechamiento de la energía solar (véase la gráfica – opinión de la gente de la isla Taquile en el Lago Titicaca). Opiniones de los Taquileños para mejorar el servicio turistico: de: http://fc.uni.edu.pe/mhorn/electrificacion.htm Para mejorar el lujo de los turistas se puede hacer mucho, especialmente en los hoteles. Seguramente hay que instalar aparatos de aire acondicionado o calefacción; depende de que si el hotel está en la selva tropical o en alturas mayores, donde puede hacer frío. La potabilización y el calentamiento del agua puede llevarse a cabo también usando la energía solar. Y, por supuesto, hay que tener electricidad en enchufes para poder cargar cámaras o baterías y para usar otros aparatos eléctricos. Un mejor desarollo del ecoturismo sería también la extensión del uso de los barcos acccionados por la energía solar en las zonas turísticas. Por ejemplo, muchos turistas en Perú hacen en el Lago Titicaca recorridos para conocer las islas flotantes. Otro ejemplo puede ser el río Usumacinta, que forma una parte de la frontera entre México y Guatemala. En este río tienen que tomar un barco todos los turistas, y no son pocos, que visitan las piramides de Yaxchilán, una de las ciudades muy importantes de los Mayas. Pero en toda Latinoamérica hay un sinnúmero de Lagos y ríos, donde salen muchos barcos solamente por el turismo. Proyectos ya realizados En toda Latinoamérica ya se han realizado muchos proyectos de electrificación en zonas rurales por medio de energías renovables. Grandes experiencias en electrificación fotovoltaica tiene Peru. 30% de los Peruanos todavía no tienen electricidad en sus hogares y la electrificación fotovoltaica, que ha aparecido en los últimos años, es una alternativa de solución en muchos casos. En un proyecto en el Lago Titicaca se instalaron en las islas de Taquile, Amantaní, Uros y Soto 421 Sistemas Fotovoltaicos Domiciliarios (SFD)*. Una parte esencial de este proyecto es que los beneficiarios estén pagando (mayormente) los costos de los SFD y serán los propietarios de sus SFD (véase adjunto). En México se realizó un proyecto de electrificación de áreas protegidas en los Montes Azules en la selva Lacandona en Chiapas. Muchos sistemas fotovoltaicos de iluminación * de: http://fc.uni.edu.pe/mhorn/electrificacion.htm existen también en Honduras, Brasil y otros países para poner la vida más comoda en el ambiente rural (véase adjunto). Ya se realizó también un proyecto de un barco que navega con energía solar. Halcón solar, la lancha cubana, se energiza con paneles fotovoltaicos. Se usa para comunicar a los poblados de difícil acceso, pero tiene adamás posibilidades de empleo en el turismo ecológico. La actual version de la lancha tiene capacidad para 6 pasajeros y posee 6 paneles fotovoltaicos de 165 Wp conectados con un motor eléctrico de inmersión, que consume máximo 45 amperes y permite velocidad de 4 -5 nudos. (de: http://www.gstriatum.com/energiasolar/aplicando.html) Conclusión La energía solar ofrece grandes posibilidades de electrificación también de los poblados pobres, que están aislados de la civilización. Pero un gran impedimento para ello es la alta inversión primaria, aunque es la unica inversión porque la vida útil de los paneles solares es de 20 – 30 años o más. Pero la electricidad fotovoltaica se encuentra todavía en pañales y eso confirman los numerosos proyectros de investigación de las células solares en las universidades en todo el mundo. Su meta es subir el rendimiento de los paneles fotovoltaicos, que hoy hace solamente 20 – 30% dependiento del tipo del panel. Se buscan entonces otros materiales para las células fotovoltaicas, que hoy se fabrican basicamente de silicio que sube el precio. Buenas características muestran los semiconductores de materiales orgánicos, pero todavía falta para poder fabricar estos paneles. Para la electrificación solar fotovoltaica de los comunidades aislados deberían hacer más pasos los gobiernos de los países latinos. Primero tienen que pensarse las prioridades económicas y ecológicas, luego hay que enseñar a la gente, que es un sistema fotovoltaico, que ventajas tiene y que se necesario hacer para su mantenimiento. Bibliografía J. Beranovský, J. Truxa: Alternativní energie por váš dům, ERA 2003 H. Ladener, F. Späte: Solární zařízení, Grada 2003 http://archivo.greenpeace.org/GuiaSolar/S-home.htm http://www.gstriatum.com/energiasolar/articulosenergia/16_funciona_paneles.html http://www.gstriatum.com/energiasolar/aplicando.html http://www.instalacionenergiasolar.com/ http://www.instalacionenergiasolar.com/mallorca.html http://fc.uni.edu.pe/mhorn/electrificacion.htm Martín Gómez: Proyectos de energías renovables en México y Latinoamérica, sept. 2006 (http://www.conae.gob.mx/work/sites/CONAE/resources/LocalContent/4289/2/martingomez. pdf) Adjuntos I. Intensidad de la radiación solar en Latinoamérica (kWh / m2 diarios) II. Proyectos ya realizados Una de las islas flotantes de los Titicaca), Uros (Lago con varios paneles fotovoltaicos de: file:///C:/Documents%20and%20Settings/Ma%9Da/Plocha/electrificacion.htm Casa en Taquile (isla en Lago Titicaca) con panel fotovoltaico de: file:///C:/Documents%20and%20Settings/Ma%9Da/Plocha/electrificacion.htm Montes Azules, Selva Lacandona, Chiapas Refrigereción solar en Guatemala Sistemas fotovoltaicos de: Martín Gómez: Proyectos de energías renovables en México y Latinoamérica, Sept. 2006