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MANUAL

SEMINARIOINTERVENCIONES URBANASCON ENERGA SOLAR FOTOVOLTAICA

SECCION 1

TECNOLOGA FOTOVOLTAICA EN EDIFICIOS

CURSO DE INTERVENCIONES URBANAS CON ENERGA SOLAR FOTOVOLTAICA 3

EN TODO ESTS VOSEN TODO ESTS VOS

1. IntroduccinLa utilizacin de fuentes energticas renovables resulta vital en la estrategia de de-sarrollo de polticas de sostenibilidad, no solo porque representa el aprovechamiento de un recurso inagotable, sino tambin porque su uso tiene un impacto mucho ms bajo en el medio ambiente comparado con las fuentes energticas convencionales para la produccin de energa.De hecho, las preocupaciones medioambientales probablemente llevarn a la adop-cin masiva de sistemas de generacin de energas renovables, antes que ocurra una crisis en el suministro de combustibles convencionales como ser los fsiles.Una de las tecnologas energticas renovables ms importantes para la produccin de energa elctrica es la correspondiente a los sistemas solares fotovoltaicos, la cual se basa en la transformacin directa de la radiacin solar en energa elctrica, me-diante el efecto fotovoltaico. Esta tecnologa no solo tiene bajo impacto ambiental, sino tambin puede utilizarse en reas urbanas sin perturbar el estilo de vida de sus habitantes.Esta seccin introductoria detalla los principios bsicos de la integracin de los sistemas fotovoltaicos en edificios, proporcionando una visin global del concep-to. Las consideraciones especficas sern revisadas con ms detalle en captulos subsecuentes.

Figura 1: Fachada ventilada fotovoltaica de innegable valor esttico e imbatible en trminos de aislamiento trmico y acstico, que produce electricidad limpia y gratuita gracias al sol.


1a. Los sistemas fotovoltaicosLos sistemas solares fotovoltaicos (FV) convierten la luz solar directamente en elec-tricidad, sin producir ningn tipo de emisin o ruido. Si bien la magnitud de la poten-cia producida por un generador fotovoltaico est relacionada directamente con la in-tensidad de la radiacin solar que incide sobre los paneles fotovoltaicos, se produce energa elctrica aun cuando las condiciones de luminosidad no son las ideales.

La celda solar fotovoltaica es la unidad fundamental de los sistemas fotovoltaicos. Est compuesta de un material semiconductor y posee la estructura de un diodo pla-no. Estos dispositivos son ms eficientes para la conversin de energa solar en elec-tricidad a medida que la temperatura decrece. Por consiguiente, al disear sistemas fotovoltaicos en edificios, se deben tomar medidas especiales para mantener la tem-peratura tan baja como sea factible.

Un mdulo fotovoltaico consiste esencialmente en un conjunto de celdas fotovoltai-cas interconectadas elctricamente y encapsuladas. Posee en su parte anterior un vidrio de caractersticas especiales y en su parte posterior una proteccin mecnica de Tedlar y Polister. Todo este conjunto se inserta en un marco de aluminio anodiza-do y se lo sella para evitar el ingreso de humedad. Los mdulos fotovoltaicos pueden producirse en un amplio rango de tamaos y formas.

Los mdulos fotovoltaicos producen corriente elctrica continua y sus circuitos pue-den disearse para proveer los valores de tensin e intensidad de corriente requeri-dos especficamente. En la mayora de las aplicaciones fotovoltaicas en reas urba-nas, la energa elctrica producida se transforma a corriente alterna, de forma tal que la misma pueda ser utilizada directamente en el suministro elctrico del edificio. Los recientes desarrollos tecnolgicos han llevado a la produccin de mdulos de corriente alterna, mediante un inversor electrnico de corriente continua/corrien-te alterna, el cual se instala directamente en la parte posterior del mdulo. Estos son denominados micro inversores y permiten que el mdulo fotovoltaico entregue en forma directa corriente alterna.

La orientacin de los mdulos fotovoltaicos afectar la cantidad de radiacin solar que ellos reciben y por consiguiente la energa generada. Puesto que la posicin del sol vara durante el da y tambin durante las diferentes estaciones, no es posible encontrar una orientacin que produzca el rendimiento mximo en todo momento del ao, aunque el posicionamiento puede optimizarse para ciertas condiciones particulares. En general, las superficies orientadas entre el noreste y el noroeste (en el hemisferio sur) ofrecen las situaciones ptimas para los sistemas fotovoltaicos. La inclinacin (ngulo de inclinacin respecto a la horizontal) del sistema fotovoltaico determina si este funcionar mejor en el invierno o el verano. Las fachadas verticales favorecen la produccin de energa en el invierno y los techos horizontales en el verano.



Para un funcionamiento ptimo, el sistema fotovoltaico debe tener una inclinacin y orientacin acorde a lo que menciona la teora al respecto; sin embargo, en un am-biente urbano, es difcil de evitar sombras en algunas partes del sistema durante ciertos perodos del ao, debido a la proximidad de estructuras edilicias circundan-tes. Los circuitos elctricos del sistema pueden disearse para minimizar este efecto, pero lo aconsejable es evitar las sombras sobre los mdulos fotovoltaicos ya que esto afecta el rendimiento energtico significativamente. Una alternativa es utilizar dife-rentes orientaciones dentro del mismo sistema fotovoltaico, siempre y cuando el sis-tema elctrico se disee correctamente.

Los mdulos fotovoltaicos se producen en una amplia variedad de formas, tamaos y colores para satisfacer los requerimientos de diseo del edificio. En la mayora de las instalaciones e utilizan mdulos fotovoltaicos con celdas de silicio monocristalino o policristalino, generalmente de un color azulado, aunque tambin existe en el merca-do tecnologa de mdulos transparentes, los cuales se pueden instalar como soporte posterior creando una unidad semitransparente, que permite transmitir la luz solar y que pueden ser utilizados en atrios, claraboyas y superficies vidriadas en general.

Figura 2: Los paneles fotovoltaicos integrados en fachadas con clulas no opacas es otra opcin para que los edificios urbanos sean ms sostenibles. Edificio de SMA Solar Academy en Niestetel (Alemania).


1b. Conceptos arquitectnicosHay una variedad de formas en las que se pueden integrar mdulos fotovoltaicos en el diseo arquitectnico. Los sistemas fotovoltaicos integrados a edificios deben ser ca-paces de proporcionar la proteccin que sera brindada por revestimientos o cubier-tas convencionales y, por otra parte, deben estar diseados de forma tal que la energa elctrica generada pueda ser conectada a la instalacin elctrica del edificio. Algunos proyectos de demostracin, fundamentalmente en Europa, han sido la base para la in-vestigacin en relacin a la incorporacin de mdulos fotovoltaicos como revestimiento exterior de fachadas, como cortina vidriada, como atrio vidriado, tragaluces, etc. Inclusi-ve se han desarrollado tejas fotovoltaicas. Tambin pueden utilizarse los mdulos foto-voltaicos como elementos decorativos formando esculturas que pueden ser visibles des-de el exterior y/o interior del edificio.

Figura 3: ejemplo de sistema fotovoltaico

Figura 5: ejemplo de sistema fotovoltaico semitransparente.

Figura 4: ejemplo de sistema fotovoltaicoaplicado a un edificio.

Figura 6: ejemplo de sistema fotovoltaico integrado a un tejado.



1c. NormativasLos sistemas fotovoltaicos integrados a edificios deben obedecer las normativas co-rrespondientes a los aspectos estructurales y elctricos del pas en el que se instala. La conexin del sistema fotovoltaico a los circuitos elctricos requiere la complacencia con las reglamentaciones de la compaa distribuidora de electricidad. Dado que el sistema puede producir corriente continua de alta tensin, dependiendo del diseo elctrico del mismo, los procedimientos de instalacin deben ser los adecuados. En los dems aspec-tos, los mdulos fotovoltaicos no se diferencian de un elemento ms de los utilizados pa-ra la construccin del edificio, debiendo cumplir con las normativas correspondientes.

1d. Consideraciones econmicasTradicionalmente, las consideraciones econmicas de los sistemas fotovoltaicos analizan solo el costo de electricidad produca por el sistema. Como en todo generador de ener-gas renovables, el rendimiento depende del lugar donde el sistema es instalado y el cos-to principal es el capital inicial que se necesita para su compra e instalacin. Los costos de mantenimiento y funcionamiento son relativamente bajos. En el caso de un sistema fotovoltaico integrado a un edificio, habra que considerar tambin el costo diferencial con respecto a los materiales o revestimientos que se habran usado en una construccin convencional. El costo de la unidad elctrica fotovoltaica depende, por consiguiente, de los detalles de diseo del sistema y del edificio.

En una comparacin directa con la generacin de energa elctrica convencional, los sis-temas fotovoltaicos no son an competitivos desde el punto de vista meramente econ-mico, excepto en ciertas zonas geogrficas especficas con altos niveles de insolacin. Sin embargo, los costos de los sistemas han bajado y se espera que disminuyan an ms como resultado de las mejoras tcnicas y del crecimiento del mercado (ver figura 7). Es-to debe llevar a costos competitivos dentro de los prximos aos.

Por supuesto, en muchos casos, el costo por unidad de electricidad producida no es el nico factor que determina la instalacin de un sistema fotovoltaico como parte de la estructura de un edificio. Una consideracin importante es el aspecto visual que puede lograrse con mdulos fotovoltaicos que podran ser utilizados para lograr un efecto in-novador y futurista. Un segundo factor es la imagen ecolgica o de cuidad por el medio ambiente que transmite la energa solar. Esto es particularmente relevante en el presen-te clima de preocupacin pblica por los problemas medioambientales. En efecto, estas consideraciones pueden ser ms relevantes que el costo por unidad elctrica producida. Este razonamiento es especialmente vlido para edificios de categora, donde el sistema fotovoltaico representara solo una parte pequea del costo total del proyecto.


Figura 7: evolucin histrica del costo de los mdulos solares fotovoltaicos.



Figura 8: La Biblioteca de Matar no solo integra FV en el techo y en la fachada, sino tambin utiliza el aire caliente generado en la parte posterior de los mdulos para contribuir a la calefaccin en invierno.

1e. El medio ambienteLa fuerza ms importante que impulsa el uso masivo de la tecnologa fotovoltaica es de carcter ecolgico o medio ambiental. Los sistemas fotovoltaicos producen energa elctrica, que es una de las formas ms valiosas y verstiles de la energa y lo hacen sin emisiones contaminantes de ningn tipo y, en particular, sin emisiones de gases que con-tribuyen al efecto invernadero.

Por supuesto, ninguna tecnologa de generacin de energa es completamente benig-na con respecto al medio ambiente. En el caso de la tecnologa fotovoltaica, las fases de mayor impacto ambiental ocurren durante la fabricacin y deposicin de los mdulos y los equipos asociados al sistema. Los procesos industriales utilizados para la fabricacin de los mdulos fotovoltaicos son similares a aquellos utilizados para producir cualquier otro dispositivo semiconductor y los impactos medio ambientales pueden ser controla-dos por la adopcin de prcticas industriales adecuadas.

En funcionamiento, el sistema fotovoltaico presenta riesgos muy bajos, sin ruidos ni emi-siones que perturben sus actividades. Aunque el sistema fotovoltaico puede operar a elevadas tensiones de corriente continua, el sistema elctrico no es accesible y no pre-senta peligro de contacto con cualquiera de las superficies de los mdulos. Estudios de situaciones de emergencia, particularmente incendios, han mostrado que los mdulos presentan menores riesgos que otros materiales convencionales del edificio.

En la actualidad, se utilizan fuentes convencionales de energa durante la fabricacin de los mdulos, lo que hace que estos tengan asociados un nivel de emisiones de CO2. El tiempo de recuperacin energtica, es decir, el perodo de tiempo que se necesita para que el sistema genere la misma cantidad de energa que se utiliz para su fabricacin, depende de varios factores pero est demostrado que puede reducirse a unos pocos meses, en condiciones climticas favorables. En las peores condiciones, el tiempo de re-cuperacin energtica no supera los 2,5 aos y as, para el resto de la vida del sistema, del orden de los 30 aos, la energa elctrica producida puede decirse que est libre de emisiones de CO2.


1f. Argumentos en favor de FVQuizs la tecnologa de energa renovable ms prometedora y adaptable a reas ur-banas es la fotovoltaica. Esta provee una manera elegante y limpia de producir elec-tricidad directamente del sol sin daar el medio ambiente, al mismo tiempo que pre-senta un nuevo desafo a los conceptos de los diseos arquitectnicos.

Las tecnologas de la energa solar tienen muchas ventajas, pero tambin deben ser capaces de reunir los requisitos bsicos de toda fuente de energa: ser confiable, eco-nmica, compatible con las normas y prcticas de la industria al mismo tiempo que ser totalmente aceptable por el pblico.

El uso de elementos de energa solar en el diseo de edificios presenta una opcin viable hacia la construccin de las ciudades sustentables del futuro. Hoy en da, la mayora de los edificios se disean aprovechando al mximo la energa solar natural; en el futuro la utilizacin de la energa solar se extender, maximizando la energa so-lar utilizada y produciendo edificios equilibrados energticamente. Idealmente, este uso de la energa solar debe ser logrado con diseos tales que no comprometan los aspectos estticos ni los econmicos.

Los argumentos para el uso de la tecnologa fotovoltaica en edificios son muy varia-dos. Entre ellos destacamos los siguientes:

1. Los mdulos fotovoltaicos, cuando se integran en edificios, ocupan una estructura ya existente: el propio edificio. No se necesita espacio adicional para captar la ener-ga del sol. Esto es particularmente significante en las reas densamente pobladas de la Argentina.

2. La electricidad se genera directamente donde se consume, evitando prdidas de distribucin.

3. La sinergia con otras partes del edificio reduce la inversin adicional. Los mdulos fotovoltaicos integrados forman componentes arquitectnicos de la piel exterior del edificio que reemplazan a los materiales tradicionales.

4. La calidad arquitectnica de una fachada fotovoltaica da una nueva alternativa frente a otros materiales convencionales bien establecidos (por ejemplo, mdulos fo-tovoltaicos en lugar de mrmol).

5. La utilizacin de sistemas fotovoltaicos estimula a menudo el concepto de uso ra-cional de la energa, tanto en residencias particulares como en oficinas.

6. Los mdulos fotovoltaicos son una expresin arquitectnica de innovacin y de al-ta tecnologa. En particular, refuerzan la imagen medio ambiental empresaria cuando se los utiliza como un componente en edificios corporativos de categora.



La combinacin de las ventajas de esta tecnologa, las posibilidades de su integra-cin en los edificios y la escasa factibilidad prctica de otras fuentes de energa reno-vables en aplicaciones urbanas sugiere que los sistemas fotovoltaicos son la clave a una solucin limpia y eficaz para nuestras ciudades sustentables del futuro.

1g. Perspectivas de la tecnologa fotovoltaica en ArgentinaEn Argentina, la tecnologa fotovoltaica se utiliza en una muy variada cantidad de aplicaciones, fundamentalmente en regiones donde la red elctrica convencional no est disponible o en regiones remotas donde la extensin de la red elctrica es de-masiado costosa. Sin embargo, el sector residencial consume ms del 30% de la ener-ga primaria total producida en el pas. El consumo de energa elctrica crece signifi-cativamente y los picos de consumo en el verano generalmente exceden los picos de consumo invernales. Las regiones urbanas de Buenos Aires, Rosario y Crdoba tienen una poblacin combinada de ms de 15 millones de pesonas.

Esto justifica que se preste especial atencin al uso racional de la energa en el sector domiciliario y al posible uso de fuentes renovables de energa para reducir el consu-mo de combustibles contaminantes (fsiles o nucleares) y su impacto ambiental.Los sistemas fotovoltaicos integrados a edificios funcionan como pequeos genera-dores dispersos embebidos en reas urbanas y presentan varias ventajas, entre las que se encuentran que no necesitan espacio adicional para su instalacin, no requie-ren inversiones adicionales para infraestructura, tienen bajo costo de montaje y no producen contaminacin ambiental.

Dado que la curva de produccin fotovoltaica coincide con el pico de consumo debi-do a los sistemas acondicionadores de aire, las compaas elctricas pueden ser tam-bin beneficiadas debido a:

La reduccin del pico de consumo y la consecuente reduccin en los costos de generacin.

Menor inversin en la red de distribucin.

Reduccin de los costos de transmisin.

En el corto y mediano plazo, las aplicaciones que se prevn para la tecnologa foto-voltaica integrada a edificios en Argentina estn relacionadas con los desarrollos ur-banos y periurbanos en las zonas donde la capacidad de la infraestructura elctrica existente est cercana al pico de la demanda. En este caso, los sistemas fotovoltai-cos conectados a la red elctrica son una solucin tcnicamente posible. Los siste-mas fotovoltaicos pueden aplicarse para satisfacer la demanda elctrica del sector de servicios de los desarrollos urbanos, o bajar el pico de demanda debido al uso


fundamentalmente de sistemas acondicionadores de aire.

Otra potencial aplicacin es la incorporacin de los mdulos fotovoltaicos en la cara norte de las fachadas de los edificios. En este caso:

El pico de carga elctrica y la mxima generacin fotovoltaica son casi simultneos en la mayora de los edificios de oficinas.

Las superficies fotovoltaicas verticales son viables debido a la gran superficie dis-ponible y a la gran aceptacin que tienen los mdulos fotovoltaicos diseados para fachadas, como superficies decorativas.

Las dimensiones normalizadas de los sistemas de cerramiento de fachadas permiten la integracin directa de los mdulos a estos.

En la mayora de los edificios, el consumo elctrico total es bastante mayor que la energa generada por los sistemas fotovoltaicos. Esto significa que solo pequeas cantidades de energa elctrica son exportadas a la compaa elctrica, sin presentar mayor dificultad alguna.

La utilizacin de sistemas fotovoltaicos da una imagen de compromiso con el medio ambiente.

Otras aplicaciones especiales como por ejemplo los sistemas de seguridad robus-tos, actividades y equipamientos que son vulnerables a cortes de energa pueden ser consideradas.

Evaluar los beneficios relativos de la tecnologa fotovoltaica en aplicaciones arqui-tectnicas en diferentes regiones climticas, es un desafo para arquitectos e inge-nieros que son los que disean y construyen nuestro hbitat, teniendo en cuenta aspectos culturales, sociales, estticos y ecolgicos. Para aplicar eficazmente esta tecnologa dentro de la arquitectura Argentina, sus principios y condiciones de fun-cionamiento deben verse en un contexto regional y deben adaptarse para asegurar que se conviertan en un elemento ms del conjunto de herramientas apropiadas para un diseo bio-climtico.

Argentina y en particular Buenos Aires, es muy conocida por su arquitectura moder-na. No hay duda que la sociedad aceptar esta nueva tecnologa en edificios. Por otra parte, la disponibilidad del recurso solar en Argentina indica un gran potencial para las aplicaciones fotovoltaicas, en particular para aquellas relacionadas con la arqui-tectura. De este modo, el potencial de la electricidad fotovoltaica como un medio pa-ra enfrentar los problemas antes mencionados es enorme.



2. SISTEMAS FOTOVOLTAICOS: Principios de funcionamientoLa naturaleza modular de los generadores fotovoltaicos favorece su utilizacin en siste-mas de suministro de energa para un rango sumamente amplio. El espectro de potencia suministrada en sus aplicaciones se extiende desde unos mW para relojes o calculado-ras; potencias del orden del kW para electrificacin rural o residencial en lugares remo-tos, bombeo de agua, etc. hasta grandes estaciones generadoras con potencias del or-den de los MW.

Todo el rango de aplicaciones fotovoltaicas puede ser dividido en tres categoras:

Figura 9: Edificios como este de la Universidad de Buenos Aires podra ser FV utilizando vestido para proporcionar una piel visualmente atractiva y tambin producir electricidad para el consumo dentro del edificio.


Sistemas remotos o autosuficientes, donde el sistema proporciona corriente continua mediante un banco de bateras.

Sistemas aislados, donde el sistema suministra corriente alterna mediante un inversor, sin conexin a la red elctrica, utilizndose bateras para asegurar el suministro conti-nuo de electricidad.

Sistemas conectados a la red elctrica.

Los sistemas fotovoltaicos integrados a edificios pertenecen a la ltima categora.Los sistemas conectados a la red elctrica interactan con esta a travs de un inversor, por lo tanto, no requieren almacenamiento de energa ya que la continuidad del suminis-tro elctrico est asegurada. Durante el da, el generador fotovoltaico proporciona ener-ga elctrica que se utiliza para los consumos del edificio y el excedente es inyectado a la red elctrica. Durante la noche, la energa elctrica es tomada de la red.

Este tipo de aplicaciones incluye desde sistemas pequeos, descentralizados, con los mdulos fotovoltaicos instalados en los techos de las residencias, fachadas de edificios comerciales, hasta grandes centrales fotovoltaicas, que ocupan grandes reas, estando los mdulos montados sobre estructuras de soporte especialmente diseadas. El rango de potencia se extiende desde los cientos de Watts hasta los MW.

2a. Fundamentos de la celda fotovoltaicaLa parte activa ms pequea de cualquier sistema fotovoltaico es la celda solar fotovol-taica. Esta est compuesta fundamentalmente de silicio, el segundo elemento ms abun-dante (despus del oxgeno) en la corteza terrestre. No tiene partes mviles y puede, por consiguiente, operar casi indefinidamente sin deteriorarse.

Las celdas fotovoltaicas consisten, esencialmente, en una oblea de silicio de 0,2 0,3 mm de espesor (en el caso de la tecnologa de silicio amorfo, donde el material se obtiene por deposicin de una pelcula delgada, por ejemplo de silicio, la oblea es an ms del-gada) en las que se unen dos capas delgadas de materiales semiconductores diferentes, conocidos como tipo p (semiconductor positivo) y tipo n (semiconductor negativo). Uniendo estos semiconductores se crea una unin del tipo p-n (ver figura 10) que produ-ce un campo elctrico en la regin de la unin. Este campo hace que las partculas con cargas negativas se muevan en una direccin y las positivas en direccin opuesta.

Cuando los fotones de la luz de una longitud de onda conveniente inciden en la unin, transfieren parte de su energa a los electrones en el material, ponindolos en un nivel de energa ms alto. En este estado excitado, los electrones pasan a ser portadores de carga elctrica, movindose a travs del material. Una tensin elctrica se genera entre los contactos externos y cuando se cierra el circuito mediante una carga, circula una corriente elctrica.



Al incidir la radiacin solar en la celda fotovoltaica, se generan los portadores de carga que permiten que circule una corriente elctrica a travs de la carga conectada entre los terminales. El nmero de portadores de cargas libres creado es proporcional a la intensi-dad de la radiacin solar incidente, por lo que la corriente elctrica generada en la celda fotovoltaica es tambin proporcional a la intensidad de la radiacin solar.

Ahora, no toda la radiacin solar incidente sobre la celda se convierte en electricidad. El rendimiento elctrico de una celda fotovoltaica se define como el cociente entre la ener-ga elctrica que produce la celda y la radiacin solar incidente que hace producir dicha energa elctrica. Este rendimiento depende de la tecnologa utilizada y del tipo de cel-da. En el siguiente cuadro (cuadro 1) se muestran diferentes valores de rendimiento para distintas celdas fotovoltaicas.

Figura 10: Seccin transversal de una celda fotovoltaica de silicio cristalino


Tipo de material Celda fotovoltaica de laboratorio Celda fotovoltaica comercial

Tamao (cm2) (%) Tamao (cm2) (%)

Monocristalinas 4 23,3 100 17,5

Celdas parablicas 0,15 29,5 26 17,2

Policristalinas 100 17,8 100 14,2

Silicio amorfo (monojuntura)

1 11,5 1000 5 8

Silicio amorfo (multijuntura)

1 13,7 500 5 - 8

2b. Tecnologa para la fabricacin de celdas solaresVarios materiales semiconductores son aptos para la fabricacin de celdas solares. Para evaluar las diferentes tecnologas, se aplican varios criterios. Los ms importantes son:

Valores de rendimiento altos.

Disponibilidad de material semiconductor.

Estabilidad electrnica del material.

Costos aceptables para el material.

Costos de produccin industrial adecuados.

Bajo impacto ambiental de los procesos industriales asociados y del material en s.

Las tecnologas que se utilizan actualmente y que estn disponibles comercialmente pa-ra la produccin de celdas solares son:

Celdas de silicio monocristalino, las cuales poseen las siguientes caractersticas:

El proceso de produccin est basado en la tecnologa de semiconductores conven-cionales, es decir, es un proceso industrial maduro.

El rendimiento de las celdas que se producen industrialmente est entre el 15 y el 18%.

Hay gran potencial para llegar a rendimientos mayores al 23% con procesos de pro-duccin ms sofisticados.

Las celdas tienen gran estabilidad electrnica y como resultado se obtienen celdas con rendimiento estable durante dcadas.

Cuadro 1: Valores de rendimiento que se logran con diferentes celdas de silicio



La materia prima es prcticamente ilimitada.

El material es innocuo al medio ambiente.

Se necesitan capas de silicio de espesor considerable, dado el bajo coeficiente de ab-sorcin, por lo que se necesitan cantidades de material relativamente grandes.

Entre las innovaciones que se estudian para mejorar el rendimiento y para optimizar el uso de materia prima, es la de usar texturas piramidales en la cara superior de la celda, para aumentar la cantidad de luz atrapada y esconder los contactos elctricos para mejorar la resistencia elctrica y minimizar las prdidas debido a sombras.

Celdas de silicio policristalino, cuyas caractersticas son similares a las monocristali-nas, con las siguientes diferencias:

Las celdas no son obleas de silicio sino que se logran con silicio fundido en forma de lingotes o trazado en lminas.

El rendimiento es sustancialmente ms bajo (entre un 12 y un 15%).

Costos de produccin en serie sensiblemente menores, con la misma robustez industrial. Celdas de silicio amorfo (aSi), que poseen las siguientes caractersticas:

Fciles de prepara en grandes reas.

Se necesitan capas de silicio delgadas (menores a un micrmetro).

Se integran fcilmente para formar mdulos de reas considerables, estructurando adecuadamente los contactos elctricos.

Las celdas de monojuntura logran valores de rendimiento de alrededor del 10%.

El rendimiento de la celda decae con el tiempo, por lo que solo rendimientos del or-den del 4 6% son garantizados para los mdulos comerciales.

No han cumplido las expectativas de lograr procesos industriales sin degradacin, a costos sustancialmente menores que los de la tecnologa cristalina.

Existen otros tipos de celdas fotovoltaicas donde se han utilizado nuevos materia-les para su constitucin. Los mismos estn basados en la tecnologa denominada pelcula o capa delgada (de forma similar al silicio amorfo). La principal venta-ja de esta tecnologa es que tiene el potencial de producir celdas a bajo costo, con procesos automatizados.


Uno de esos materiales es el telurio de cadmio, un compuesto de los elementos cad-mio y telurio. El rendimiento de este material es ligeramente ms alto que el silicio amorfo, pero tambin es ms costoso. Mdulos de telurio de cadmio ya estn dispo-nibles comercialmente.

Otros materiales utilizados son el diseleniuro de cobre indio, un compuesto de cobre, indio y selenio y el diseleniuro de cobre galio indio que es similar pero incluye galio. Mdulos fotovoltaicos fabricados con estos materiales tienen rendimientos de casi el 10%. Los problemas radican en que el indio es relativamente costoso; que algunos pa-sos del proceso de produccin involucran el uso de gases de diseleniuro de hidrgeno que es muy txico y que resulta complejo controlar las proporciones de los elementos en reas grandes.

Un material que se utiliza para aplicaciones especiales como la espacial, es el arseniuro de galio. Este tiene una estructura similar a la del silicio cristalino, pero est formado por galio y tomos de arsnico. Resulta muy conveniente para el uso en sistemas fotovoltai-cos porque las celdas solares producidas con este materia tienen un muy alto rendimien-to y pueden trabajar a temperaturas elevadas. El problema fundamental es su costo y adems, el galio y el arsnico son materiales bastante raros.

2c. Caractersticas elctricas de las celdas fotovoltaicasPara utilizar celdas fotovoltaicas eficazmente debemos saber cmo se comportan cuan-do se les conecta una carga elctrica. Cuando no hay ninguna carga conectada a los ter-minales de la celda, es decir, cuando la celda se encuentra a circuito abierto, la corriente en el circuito tiene su valor mnimo (cero) y la tensin de la celda est en su valor mximo, conocido como el valor de tensin a circuito abierto Voc. Por otra parte, cuando los ter-minales de la celda se interconectan directamente son carga alguna, es decir, cuando se cortocircuitan, la corriente alcanza su valor mximo, conocido como corriente de corto-circuito Isc. Variando la resistencia entre cero e infinito, la corriente y la tensin variarn. La curva corriente tensin (curva I-V) que se obtiene caracteriza la celda. La misma entre-gar su mxima potencia cuando la resistencia externa sea tal que su valor corresponda al punto de mxima potencia en dicha curva (Pmax). Las caractersticas de las celdas o m-dulos se determinan en las condiciones normalizadas de radiacin solar, densidad atmos-frica y temperatura de la celda: 1000 W/m2; AM: 1,5 y 25C. (Ver figura 11)

La intensidad de corriente generada por la celda o el mdulo fotovoltaico es directamen-te proporcional a la intensidad de la radiacin solar incidente (ver figura 12). La tensin depende fundamentalmente del material con que est construida la celda.

La temperatura tambin afecta la curva I-V (ver figura 13) y, por lo tanto, incide en el rendimiento de la celda. Aunque la corriente aumenta levemente con la temperatura



Figura 11: Curva I-V para una celda o un mdulo fotovoltaico.

Figura 12: Curva I-V para diferentes valores de radiacin solar.


(a razn de aproximadamente 0,07% por C), la tensin disminuye significativamente (aproximadamente 0,5% por C). La temperatura es un parmetro que debe ser conside-rado cuando se disean sistemas fotovoltaicos ya que el rendimiento de la celda depen-de de la temperatura de la misma y pueden llegar a alcanzar temperaturas de 50 C ms altas que las ambientales.

Cuando las celdas fotovoltaicas estn entregando energa a los consumos elctri-cos en condiciones de funcionamiento reales, la intensidad de la radiacin solar va-ra constantemente. Algunos sistemas fotovoltaicos incorporan un dispositivo elec-trnico, generalmente instalado en el regulador de carga y control o en el inversor, llamado seguidor del punto de mxima potencia. Este dispositivo se encarga de que el sistema siempre est operando alrededor del punto de mxima potencia de la celda fotovoltaica, entregando as la mxima energa a los consumos, indepen-dientemente de los niveles de radiacin solar.

Figura 13: Curva I-V para diferentes valores de temperatura.



2d. De las celdas a los generadores fotovoltaicosPara obtener potencias ms elevadas, las celdas fotovoltaicas individuales se interconec-tan en serie conformando los mdulos fotovoltaicos. A su vez, estos mdulos se pueden interconectar entre s en serie y en paralelo para configurar el sistema apto para gene-rar la energa elctrica necesaria para los consumos. Luego, se incorporan los dispositi-vos necesarios para el acondicionamiento de la energa, formando el sistema completo o generador fotovoltaico. Pueden conformarse generadores para una gran diversidad de aplicaciones en el rango de potencias que van desde los mW a los MW.

El mdulo solar fotovoltaico est formado generalmente por un nmero de celdas que va entre los 36 y las 72, de acuerdo a la aplicacin especfica. A este conjunto se lo encapsula generalmente en EVA (Etilen Vinil Acetato) y en su parte posterior posee una proteccin mecnica de Tedlar y Polyester, mientras que en su parte anterior posee un vidrio de ca-ractersticas especiales. Todo este conjunto se lo inserta en un marco de aluminio anodiza-do, el cual se sella en su parte posterior mediante una silicona (ver figura 14).

Los mdulos fotovoltaicos que se adquieren en el mercado vienen listos para ser conec-tados elctricamente. Los sistemas fotovoltaicos integrados a edificios utilizan muchas veces laminados fotovoltaicos en lugar de mdulos. Estos consisten esencialmente en un mdulo sin el marco de aluminio.

El rendimiento elctrico de un mdulo se calcula igual que el rendimiento de una celda, es decir, se divide la potencia generada por el mdulo por la radiacin total que incide sobre

Figura 14: Conformacin de un mdulo fotovoltaico


el mismo. Como no toda el rea del mdulo est cubierta por las celdas solares, el rendi-miento de los mdulos es un poco ms bajo que el de cada celda que lo compone.

Varios mdulos pueden ser combinados por medio de conexiones elctricas y mec-nicas para crear un generador fotovoltaico. A la interconexin de mdulos fotovoltai-cos en serie se la denomina cadena y al montaje electromecnico de mdulos y otros componentes necesarios para formar una unidad de suministro de energa en corriente continua se la denomina grupo fotovoltaico. El generador fotovoltaico es el conjun-to de los grupos fotovoltaicos. Entonces, un generador fotovoltaico incluye:

El grupo fotovoltaico. Los mdulos fotovoltaicos poseen determinados valores nor-malizados de corriente y tensin, lo que nos da la potencia del mismo. Para poder ob-tener mayores potencias, los mdulos se interconectan en serie y/o en paralelo. Cuan-do se los conecta en serie se obtienen mayores tensiones y cuando se los conecta en paralelo se obtienen mayores corrientes.

Diodos de by pass. Estos diodos son un camino alternativo para la corriente elctri-ca del mdulo. Se utilizan para proteger a las celdas solares contra las condiciones de sombreado parcial, que pueden llevar a la destruccin de la misma. Generalmente es-tos diodos estn alojados en la caja de conexiones de los mdulos.

Diodos de bloqueo. Estos diodos son utilizados para evitar la circulacin de corrien-te hacia una serie particular desde el resto del generador. Esto reducira el rendimien-to del generador y bajo ciertas circunstancias podra llevar a una destruccin de los cables de interconexin y de los propios mdulos. Sin embargo, utilizando mdulos certificados clase II y cables de buena calidad, virtualmente se elimina la necesidad de usarlos. Tambin pueden venir incorporados en los dispositivos electrnicos del generador.

Fusibles. Protegen a los cables de un exceso de corriente. En generadores fotovoltai-cos deben utilizarse si se conectan cadenas en paralelo y la corriente de cortocircui-to del generador excede la corriente nominal del cableado de una cadena. En muchos sistemas residenciales los cables entre mdulos pueden llevar la corriente de varias ca-denas paralelas sin que se sobrecarguen. Una pauta de diseo conservadora indica que se deben colocar fusibles siempre que haya ms de 4 cadenas en paralelo.

Cables. Normalmente los cables utilizados estn doblemente aislados y protegidos contra radiaciones ultravioletas. Los cables deben resistir temperaturas elevadas que se generan detrs de los mdulos. La seccin del cable est determinada por la cada de tensin mxima admisible a lo largo del conductor a la corriente nominal.

Terminales. Las conexiones de un generador fotovoltaico son numerosas y dado que en la mayora de ellas circula corriente continua, se deben adoptar estrictas normas de seguridad al realizarlas. Una mala conexin puede anular una serie entera y en el peor



de los casos causar un incendio. Se deben usar conectores que faciliten la conexin elctrica y el reemplazo de los mdulos ante un eventual desperfecto.

Dispositivos de proteccin. Se utilizan dispositivos de proteccin contra sobretensio-nes y descargas elctricas que evitan que los transitorios elctricos entren en el siste-ma. Tambin se utilizan interruptores termomagnticos e interruptores diferenciales.

Tablero de conexin. Los dispositivos antes mencionados se localizan y conectan elctricamente en uno o ms tableros de conexin. Este debe estar adecuado al dise-o de integracin del edificio y satisfacer las normas de seguridad de cualquier tablero de conexin. Adems deben estar protegidos contra altas temperaturas y radiaciones ultravioletas. Debe estar instalados de forma tal que sean de fcil acceso para la reali-zacin de los mantenimientos.

Estructura de soporte. En esta se fijan los mdulos fotovoltaicos al edificio. Deben estar diseadas para soportar todas las cargas mecnicas, las cargas de viento, nieve, expansin y contraccin trmica y deben tener una vida til acorde a la vida til del sis-tema. La misma debe ser en lo posible simple, para permitir el montaje sin dificultad, al igual que los mantenimientos. Las estructuras de integracin en fachadas tienen por lo general conductos especiales por donde pasan los cables.

2e. InversoresLos inversores son los componentes principales de un generador fotovoltaico, despus de los mdulos. Son los dispositivos electrnicos que convierten la corriente continua (CC) en corriente alterna (CA). En sistemas conectados a la red elctrica, el inversor es el eslabn entre el generador solar y la red de CA. Sus caractersticas tcnicas tienen una gran influencia en la eficiencia del sistema fotovoltaico. El inversor realiza la con-versin en sintona con la CA de la red elctrica y lo realiza de manera compatible con las curvas I-V de los mdulos.

Los sistemas fotovoltaicos conectados a la red elctrica consisten en los siguientes componentes:

Mdulos fotovoltaicos.

Inversor.

Circuito de seguridad. El inversor es el corazn del sistema. Los dispositivos de seguridad sirven como inter-face con la compaa elctrica. Ellos desconectan el sistema fotovoltaico cuando las condiciones de conexin a red son irregulares.


Los inversores pueden utilizarse en diferentes configuraciones:

Inversores del sistema completo, donde se utiliza un solo inversor para todo el sistema.

Inversores de serie, donde se utiliza un inversor por cada cadena del sistema.

Inversor integrado a los mdulos o micro inversores, los cuales se colocan directa-mente en la parte posterior de cada mdulo, de forma tal que cada uno de ellos me entrega directamente CA.

2e.1 Requisitos para la conexin a red de inversoresLos inversores son diseados para satisfacer los siguientes requisitos:

Alto rendimiento. Los niveles de eficiencia de los inversores deben ser del orden del 90% o ms para el rango de carga de hasta el 10% de la carga nominal.

Distorsin armnica baja. La distorsin armnica afecta la calidad de la CA, que debe ser, idealmente, senoidal pura. Los inversores deben, por consiguiente, entregar una on-da senoidal pura.

Ajuste automtico al punto de mxima potencia. Para obtener la mxima potencia del generador, el inversor debe ajustar automticamente su punto de operacin para hacer-lo coincidir con el punto de mxima potencia de los mdulos, considerando que se pro-ducen variaciones de radiacin solar y de temperatura.

Bajo consumo elctrico. El consumo interno de energa elctrica del inversor debe ser mnimo para maximizar el rendimiento del sistema. Es deseable obtener valores menores al 1% de la potencia nominal del inversor. Idealmente, el inversor debe tener un modo de consumo cero durante la noche.

Figura 15: Esquema de un sistema fotovoltaico conectado a la red elctrica



Proteccin contra sobretensin y sobrecorriente. Esto proteger al inversor en caso de una sobrecarga que podra ocurrir debido a problemas en el sistema fotovoltaico o en la red elctrica. Si el generador fotovoltaico, en condiciones de radiacin solar elevada pro-duce ms potencia que la potencia nominal del inversor, este debe abandonar el punto de mxima potencia para limitar la corriente elctrica.

Proteccin contra isla. Esta proteccin es esencial para proteger al personal de la compaa elctrica que trabaje en mantenimiento o reparacin de la red elctrica. Bajo ciertas condiciones, un sistema fotovoltaico podra continuar operando an cuando la red elctrica se haya apagado. Este comportamiento se llama isla. Los inversores de-ben poder reconocer esto y proteger contra el mismo.

Requerimientos de la compaa elctrica. A veces la compaa elctrica local impone sus propios requisitos adicionales para la conexin de sistemas fotovoltaicos. La de-manda ms comn es que los interruptores estn siempre accesibles al personal de la compaa.

2e.2 Eleccin del inversorLos mdulos fotovoltaicos raramente entregan su potencia nominal mxima, por consi-guiente, la potencia nominal del inversor no necesita coincidir con la de los mdulos. Eli-giendo la potencia nominal del inversor menor que la potencia de los mdulos se obtie-ne un mejor rendimiento del sistema. La potencia nominal de un inversor en un sistema fotovoltaico ptimamente orientado debe ser 80 a 90% de la potencia nominal de los mdulos. Para fachadas, con un 50 a 60% es suficiente.

2e.3 Mdulo integrado al conversor (MIC)

Existe un atendencia tecnolgica en materia de inversores, relacionada con la reduccin de su tamao y su potencia, de forma tal que cada mdulo pueda llevar su propio inver-sor. Esta configuracin se denomina mdulo integrado al conversor (MIC). La gran ven-taja de estos sistemas es que no necesitan circuitos de CC, ya que cada mdulo produce directamente CA. Adems, el generador es menos susceptible a problemas de sombrea-do parcial que en los sistemas con un solo inversor ya que, al haber sombra sobre un m-dulo, se anula la serie entera a la que pertenece ese mdulo. Por otra parte, se reducen las prdidas que ocurren cuando se conectan en serie mdulos de diferente rendimiento. Esta tcnica ofrece sobre todo ventajas para las fachadas fotovoltaicas.


Para un sistema conectado a la red elctrica, lo que importa es maximizar el rendi-miento del sistema durante el ciclo anual completo. En Buenos aires, esto se logra con un ngulo de inclinacin de aproximadamente 35 y 0 acimutal. Los ngulos de inclinacin de menos de 15 deben evitarse para asegurar la auto limpieza de los m-dulos cuando llueve. Cuando los mdulos estn integrados a las fachadas, se reduce el rendimiento energtico global a lo largo del ao, pero puede generar ms energa durante el invierno, cuando el sol est ms bajo en el horizonte.

3b.2 SombreadoCuanto ms homognea la iluminacin solar sobre los mdulos, mejor ser el ren-dimiento. Si alguno de los mdulos est sombreado durante parte del da, los nive-les de radiacin sobre el sistema no sern homogneos, afectando su rendimiento. An sombras pequeas afectan el rendimiento. Esto se debe a que en un mdulo, las celdas solares se conectan en serie y cada celda opera como si fuera una fuente de potencia. Esto significa que la celda con la iluminacin ms baja determina la corrien-te de operacin de todas las celdas, no solo del mdulo, sino de toda la serie a la que est conectado el mdulo. Bajo circunstancias extremas, esta celda puede pasar de ser fuente de potencial a ser una carga resistiva. Esto puede destruir trmicamente la celda y tambin el mdulo. Para evitar este efecto, llamado punto caliente, se colo-can los diodos de by pass, como se explic anteriormente. El efecto del sombreado parcial puede ser minimizado mediante un diseo adecuado del circuito de CC. Ideal-mente el generador fotovoltaico no debe presentar obstrucciones a la radiacin solar durante todo el ao. Debe ponerse especial atencin a sombras que puedan proyec-tar edificios contiguos, rboles, montaas o pequeas obstrucciones como chime-neas, antenas, etc.

Figura 16: el ngulo de inclinacin es el ngulo entre la horizontal y la direccin perpendicular al mdulo. El ngulo acimutal describe la orientacin con respecto al norte geogrfico.



3b.3 Incompatibilidad

Un efecto similar al descrito en el punto anterior acurre cuando se conectan en serie mdulos con diferentes curvas I-V. Estas variaciones se originan en el proceso de fa-bricacin y producen una fluctuacin en las especificaciones tcnicas de los mdulos de alrededor del 10%. Como en el caso anterior, el mdulo ms dbil determina la corriente a travs de todos los mdulos en serie. Por lo tanto, deben elegirse mdu-los con las mismas especificaciones tcnicas para cada serie.

3b.4 Efectos de temperatura

Como ya se mencion, la temperatura influye en el rendimiento de los mdulos. De ser posible, la parte posterior de los mdulos debe ser ventilada libremente. En caso que los mdulos estn apoyados sobre la piel del edificio, fachada o techo, debe de-jarse un espacio de alrededor de 10 cm.

3b.5 Acumulacin de suciedad La acumulacin de suciedad en la superficie de los mdulos normalmente no es un pro-blema, a menos que el edificio est localizado en un rea muy sucia. Para un edificio co-mercial que limpia regularmente las fachadas se recomienda una limpieza anual.

3c. Mtodos de fijacinLos mdulos fotovoltaicos son generalmente fijados a la estructura de los edificios por medio de alguno de los siguientes mtodos:

Fijacinporintegracintotal.

Fijacinpormediodeestructuras.

Fijacinentechosplanospormediodeestructuras.

3c.1 Integracin totalLa funcin tradicional de la piel del edificio, techo, pared o fachada ha sido la de ac-tuar como barrera impermeable y la de proteger al edificio y sus ocupantes del me-dio ambiente exterior. Este concepto fue evolucionando en el sentido que la piel del edificio ahora tambin debe proporcionar proteccin al ruido, calor (flujo en am-bas direcciones) y otros elementos. Adems, este juega un papel importante en los


desarrollos actuales orientados hacia mejorar la eficacia de energa y el impacto me-dio ambiental de edificios.

Elementos fotovoltaicos (mdulos, laminados, etc.) pueden cumplir estas funciones cuando los mdulos reemplazan a los techos o a las fachadas convencionales, es decir, pasan a ser parte de la estructura del edificio. Pueden usarse de la misma forma que los revestimientos convencionales teniendo la ventaja que, adems, producen electricidad. Este tipo de fijacin integrada ofrece mucha flexibilidad en el diseo esttico.

Un tipo especial de elemento fotovoltaico es la teja fotovoltaica. Estas son tejas con-vencionales a las que se les ha incorporado celdas fotovoltaicas y las conexiones elctricas necesarias. Estas tejas fotovoltaicas se colocan como las tejas comunes y desde el punto de vista elctrico son de fcil instalacin y mantenimiento.

Las fachadas son el lugar ms popular para la fijacin de mdulos. Estas ofrecen un lugar en el edificio desde donde los mdulos pueden cumplir varias funciones; ade-ms de producir energa elctrica, los mdulos pueden servir para proyectar una identidad corporativa de los dueos del edificio. Las fachadas fotovoltaicas se basan en los mismos tipos de fijacin que las fachadas convencionales. Se debe, sin embar-go, tener en cuenta cuales son las modificaciones que hay que hacer para permitir las conexiones elctricas.

Se analizan a continuacin las fachadas convencionales y cules son los requisitos que tienen que tener para poder adaptarlas a una fachada fotovoltaica.

Parasoles. La preocupacin de los arquitectos por los niveles de satisfaccin de los ocupantes de edificios respecto a la iluminacin y al confort visual, ha llevado a la in-corporacin de grandes superficies vidriadas y al uso de dispositivos que limiten la luz directa y la ganancia de calor. Los sistemas de proteccin solar externos se usan cada vez ms como expresiones arquitectnicas funcionales. Estos sistemas de pro-teccin, parasoles, son fijos o ajustables y colocados en la cara externa de las ven-tanas o incorporados en los accesos a las vas de mantenimiento de las fachadas. Se fabrican de metal, vidrio o plstico, de acuerdo a las especificaciones del arquitecto.

La incorporacin de mdulos fotovoltaicos en parasoles tiene muchas ventajas: los sistemas mviles pueden aumentar al mximo el aprovechamiento de la energa solar incidente; el rea disponible para los mdulos puede ser mayor que la de las paredes verticales; los parasoles, en general, estn montados en estructuras con una ventila-cin adecuada que es muy favorable al funcionamiento de los mdulos (figura 17).

Sistemas con paneles laminados. Las fachadas con paneles laminados se constru-yen en fbrica. Los paneles tpicos tienen un piso de alto y no ms de ocho metros de ancho para que puedan transportarse fcilmente al sitio de construccin del edifi-cio. Una vez en la construccin, los paneles se elevan y colocan en sus respectivos lugares. La instalacin es un proceso relativamente simple dado que el trabajo de



Revestimiento tipo rainscreen. Estas estructuras son normalmente diseadas para agre-gar la mnima carga estructural al edificio. Se fabrican de aluminio y son colgadas de canales fijos a la estructura del edifico que tienen la funcin de ser, adems, canales de drenaje para agua de lluvia. As, las fachadas rainscreen usan dos formas de proteger al edificio del agua de lluvia: proporcionan un espacio ventilado que separa fsicamente la estructura del edificio del revestimiento y canales de drenaje. El revestimiento forma la piel exterior y proporciona una barrera de agua.

Este sistema se desarroll inicialmente para ser usado en la restauracin de edificios. Sin embargo, ahora es usado normalmente en cualquier proyecto arquitectnico. Un revesti-miento fotovoltaico debe ser un sistema liviano, igual que su smil convencional, que use canales de drenaje y tenga una cmara de aire. El espacio de ventilacin de las fachadas de rainscreen servir, adems, para refrescar los mdulos, aumentando as su rendimien-to. El anlisis econmico de este sistema puede ser relativamente favorable debido a la simplicidad de su construccin e instalacin y al uso estructural de los mdulos fotovol-taicos (figura 18).

Figura 17: sistemas de parasoles fotovoltaicos


construccin principal se ha llevado a cabo en la fbrica. Este tipo de sistemas se usa en construcciones ubicadas en el centro de la ciudad donde la facilidad de la instala-cin adquiere una importancia relevante.

El uso de paneles fotovoltaicos en este sistema tiene ciertas ventajas. Se fabrican las estructuras en un ambiente controlado, lo que ayuda a que se desarrollen proce-dimientos para manejar unidades poco familiares en la industria de la construccin. Puesto que el panel entero se fabrica de antemano, la caja de conexin elctrica tam-bin puede incorporarse en esta fase y el cableado en sitio se realiza simplemente entre las cajas (figura 19).

Muro cortina. Este tipo de sistema puede ser visualmente similar al sistema de pane-les estructurales, pero hay diferencias considerables en el mtodo de construccin. Los componentes individuales del sistema se entregan en el sitio de la construccin y el pro-ceso constructivo incluye el armado de la fachada in situ y la instalacin en el edificio.

Las fachadas muro cortina que incorporan mdulos fotovoltaicos, usan unidades pre armadas de vidrios dobles o simples con aislacin trmica donde el mdulo

Figura 18: Ejemplo de revestimiento fotovoltaico tipo rainscreen Escuela Blandford Dorset Inglaterra



fotovoltaico es el panel vidriado de delante de la unidad. El diseo de la fachada de-be ser tal que el comportamiento trmico no afecte los niveles de confort en el inte-rior del edificio. Los mulliones verticales pueden usarse para llevar el cableado del sistema fotovoltaico al inversor. Sin embargo, las condiciones de temperatura de es-tos sistemas deben ser controladas.

Si los paneles fotovoltaicos se construyen de vidrio/resina/vidrio, un rasgo arquitec-tnico que puede explotarse es la transparencia proporcionada por el rea entre las celdas solares que permite a la luz solar entrar al edificio a travs de la resina transl-cida del laminado. La disposicin de las celdas en el panel puede variarse para con-trolar la proporcin de luz que los atraviesa figura 20).

3c.2 Fijacin por medio de estructurasLa fijacin de paneles fotovoltaicos por medio de estructuras externas al edificio es un mtodo adecuado para obras de remodelacin y reacondicionamiento. Las es-tructuras son adheridas a la fachada o al techo y los paneles son asegurados a es-ta estructura de apoyo. Esta debe tener ductos especiales por donde poder pasar

Figura 19: Ejemplo de paneles pre armados


y proteger los cables. Estos ductos penetran en el edificio por canales a prueba de agua. Puesto que los cables se exponen al medio ambiente, necesitan ser selecciona-dos adecuadamente.

3c.3 Fijacin en techos planos por medio de estructuras tradicionalesEn este caso se pueden utilizar estructuras similares a las usadas para instalaciones en zonas remotas. Para evitar la penetracin del techo al fijar la estructura, se utilizan pesas de hormign u otro material pesado, utilizando as la gravedad para proporcio-nar las cargas de fijacin.

3d. Costos y economaLas consideraciones econmicas de los mdulos fotovoltaicos deben basarse en las dos funciones principales que cumplen en el edificio: producir energa elctrica y ser un elemento constructivo del edificio. La importancia relativa de estas funciones de-pende del edificio en cuestin, particularmente cuando el sistema fotovoltaico se usa para proporcionar un rasgo arquitectnico definido, como ser los nuevos efectos ar-quitectnicos que proyectan esta tecnologa y el mensaje ambientalista. Adems, los mdulos fotovoltaicos pueden cumplir roles adicionales como el de proteccin solar, que tiene o puede tener un valor en s mismo.

3d.1 Costos de los sistemas fotovoltaicos

Para calcular el costo de cada unidad de energa producida por cualquier tecnologa, debe conocerse la siguiente informacin:

El costo de capital del generador.

Los costos operativos, incluyendo el mantenimiento y el combustible consumido.

La vida til del generador.

Los parmetros financieros durante el perodo esperado de operacin del generador, como por ejemplo las tasas de inters.

El rendimiento energtico total durante el perodo de operacin del generador.

Estos factores son generalmente conocidos para las tecnologas convencionales, aunque los efectos de las variaciones del precio de los combustibles durante el pe-rodo de funcionamiento del equipo deben ser estimados ya que no son conocidos exactamente. Aunque los mismos factores deben ser incluidos para el clculo del costo de la energa producida por una tecnologa de energa renovable, hay algunas diferencias importantes.



Figura 20: esquema de muro cortina y ejemplo de muro cortina con fijacin puntual.

Figura 21: Sistema fotovoltaico de 75,48 kWp Edificio Torre Garena Alcal de Henares Madrid Espaa


Para un sistema de energa renovable, donde el combustible puede considerarse co-mo un regalo de la naturaleza, el equilibrio entre los costos de capital y los costos operativos es considerablemente diferente del que se establece en centrales de ener-gas convencionales. Esta diferencia es particularmente importante para sistemas fotovoltaicos, donde los costos de mantenimiento pueden ser sumamente bajos pero no los de capital. As, los sistemas fotovoltaicos son de costo de capital intensivos y, como resultado, la tasa interna de retorno (TIR) tiene una gran influencia en el costo final de la unidad energtica producida.

Puesto que muchas tecnologas de energas renovables estn en fase de desarrollo, la vida til del sistema no siempre se conoce exactamente. En el caso de los sistemas fotovoltaicos integrados a edificios, la vida til depender de la forma en la que se ha integrado el sistema y de la vida til de los componentes asociados. Sn embargo, puede esperarse que los mdulos fotovoltaicos tengan una vida til similar o mayor a la de los materiales convencionales del edificio.

El combustible de un sistema de energa renovable depende de las condiciones cli-mticas (radiacin solar incidente, temperatura, velocidad del viento, etc.). Hay una variacin estadstica de estos parmetros. Por otra parte, la produccin de energa depender del diseo del sistema (por ejemplo, la orientacin e inclinacin para un sistema fotovoltaico). Por consiguiente, el rendimiento energtico de sistemas simila-res variar segn donde y como se lo ha instalado.

El costo del mdulo fotovoltaico se expresa normalmente en U$S/Wp, donde Wp es la potencia pico bajo condiciones de ensayo normalizadas. El costo del mdulo por Wp es una convencin que permite la comparacin de costos de mdulos con rendi-mientos diferentes y que se desarroll originalmente para los sistemas remotos, don-de el parmetro ms importante es la potencia del sistema. Para sistemas integrados a edificios donde el rea cubierta es la variable predominante, el parmetro apropia-do es U$S/m2.

Los mdulos fotovoltaicos son los componentes ms costosos del sistema. Los pre-cios internacionales oscilan entre U$S 0,7 y 1,4. Esto es equivalente a aproximada-mente U$S 100 200/ m2 para mdulos de silicio cristalino.En el caso de los dems componentes del sistema energtico, es usual considerar los costos por potencia nominal de la unidad. Los costos de instalacin estn incorpora-dos en los costos del edificio y variarn segn el diseo del edificio en cuestin. En la figura 22 podemos ver un grfico de evolucin de los costos de generacin de ener-ga fotovoltaica con proyeccin al ao 2040.



Adems de su capacidad para la generacin de electricidad, un revestimiento fotovol-taico tiene una funcin estructural y, por consiguiente, un valor asociado con dicha fun-cin. El costo efectivo es un concepto que se utiliza para cuantificar el hecho de que un mdulo fotovoltaico cumple, adems, la funcin de elemento del edificio que reempla-za. Este costo efectivo es el costo del sistema fotovoltaico menos el costo del revesti-miento (u otro elemento constructivo) que se habra usado si el sistema fotovoltaico no hubiese sido instalado. As, el costo efectivo tiene en cuenta solo el valor adicional del sistema fotovoltaico cuando se calcula el costo de la electricidad generada por el sistema integrado.

Cuando se reemplazan revestimientos de bajo costo, el costo representara una dife-rencia real muy pequea. Sin embargo, cuando se reemplazan revestimientos costosos como el granito o el mrmol, el sistema fotovoltaico puede tener un costo ms bajo y la electricidad generada considerarse gratuita.

La decisin de incluir un sistema fotovoltaico involucra consideraciones estticas, inno-vadoras y medio ambientales. La potencia instalada no necesariamente coincidir con la mxima potencia posible de acuerdo a la superficie disponible, sino que los sistemas fo-tovoltaicos se colocan en reas seleccionadas del edificio para proporcionar los efectos deseados especficos.

Hay dos factores fundamentales que influirn en la economa de los sistemas fotovoltai-cos en el futuro: los costos de capital asociados a los sistemas fotovoltaicos se reducirn substancialmente como resultado del incremento del mercado fotovoltaico y el desarro-llo de esta tecnologa; adems, aumentar la presin sobre las tecnologas de generacin

Figura 22: evolucin de los costos de generacin fotovoltaica


elctrica convencionales para que incluyan en el costo de la energa as generada los costos externos que reflejan el impacto medioambiental de estas tecnologas, haciendo que el costo relativo de la electricidad fotovoltaica sea cada vez menor.

4. Conceptos de arquitectura de bajo impacto ambientalLos principios de arquitectura solar y diseo bioclimtico son fciles de incorporar en el proceso de diseo y fueron utilizados en la vivienda tradicional durante siglos. Con el creciente costo de la energa convencional y la necesidad de conservar energa con el fin de conservar el ambiente, el mensaje a los arquitectos, proyectistas, constructores e ingenieros es que disear edificios solares eficientes es posible, econmicamente conve-niente y deseable.

La utilizacin de las energas renovables en la arquitectura requiere un enfoque integral con el fin de reducir la demanda de energa convencional y aprovechar la captacin de las energas naturales a travs de un diseo apropiado. El diseo en armona con el clima y la naturaleza permite reducir al mnimo la energa convencional utilizada para la cale-faccin e iluminacin artificial y, en la mayora de los casos, eliminar totalmente la ener-ga para refrigeracin sin comprometer la calidad de vida de los usuarios. Los conceptos sencillos incluyen:

Aprovechamiento de las caractersticas del terreno.

Orientacin del edificio y sus aberturas.

Zonificacin de los espacios.

Ventilacin selectiva y ventilacin cruzada.

Control de infiltracin por aire.

Incorporacin de masa trmica en los elementos constructivos.

Incorporacin de materiales aislantes en paredes y techos.

Uso controlado del vidrio y el efecto invernadero.

Incorporacin de proteccin solar y control del sol directo.

Uso de la vegetacin y microclima local.

La minimizacin del impacto ambiental implica un emplazamiento correcto del edifi-cio, una forma apropiada, materiales seleccionados por sus caractersticas favorables, artefactos elctricos de bajo consumo y un comportamiento conservacionista de los



usuarios. La importancia de los distintos recursos de diseo bioambiental depender de las caractersticas especficas de cada localidad (en Argentina, ver Norma IRAM 11.603).Los principios bsicos del diseo bioclimtico en la regin de la Pampa Hmeda de Ar-gentina son:

Reducir prdidas de calor del edificio en invierno: una forma edilicia relativamente compacta y buenos espesores de aislamiento trmico liviano (>5 cm en paredes y 10 cm en techos, ver Norma IRAM 11.604).

Captacin controlada de la radiacin solar: fachada orientada al norte con buenas superficies de aventanamiento que captan la radiacin solar en invierno.

Materiales con capacidad trmica (materiales pesados): superficies interiores que disminuyen la variacin de temperatura en verano y almacenan el calor en invierno.

Proteccin solar en verano: aleros y elementos de proteccin solar en la fachada norte y ventanas reducidas al oeste y al este.

Ventilacin en verano: tipo y ubicacin de ventanas que favorecen la ventilacin cru-zada en los espacios interiores.

Control de las infiltraciones de aire fro en invierno: ventanas reducidas al sur, aber-turas de buena calidad y puertas exteriores ubicadas con proteccin del viento, con doble puerta con antecmara en situaciones expuestas.

Vegetacin: sombra en espacios exteriores y sobre fachadas con orientaciones desfa-vorables en verano y refrescamiento evaporativo, sin perjudicar el sol invernal. Las recomendaciones para las instalaciones de acondicionamiento (artefactos y siste-mas de refrigeracin y calefaccin) son las siguientes:

Minimizar la potencia de las instalaciones a travs del diseo arquitectnico y cons-tructivo apropiado. As, en Buenos Aires, se puede evitar el uso de aire acondicionado en casi todos los edificios sin perjudicar el confort de los ocupantes.

Usar combustibles de bajo impacto (gas natural).

Instalaciones eficientes y limpias con alta eficiencia y bajas tasas de emisiones y de polucin.

La eficiencia energtica en iluminacin requiere:

Buena calidad de iluminacin natural con ventanas correctamente dimensionadas; superficies interiores claras y control del sol directo por la orientacin y elementos de proteccin fijos o mviles.

EN TODO ESTS VOS

Buen control de la iluminacin artificial con interruptores ubicados en lugares que facilite el control para el usuario.

Artefactos de bajo consumo, especialmente en los locales de mayor uso. Estos in-cluyen fluorescentes compactos, fluorescentes comunes con balastos electrnicos y luminarias de alta eficiencia. Controles segn la disponibilidad de luz natural, por sensores de movimiento o por reloj, segn la aplicacin.

La eficiencia energtica en los otros artefactos elctricos debe contemplar artefactos de muy bajo consumo en los electrodomsticos y otros artefactos de uso continuo.La ubicacin del edificio tambin influye en su impacto:

Edificios cercanos a servicios de transporte pblico permite evitar o reducir el uso del automvil. Ubicaciones favorables tambin permiten viajes en bicicleta o a pie.

Finalmente los materiales tambin provocan impactos, por lo tanto conviene adoptar las siguientes opciones:

Materiales con procesos de fabricacin de bajo consumo energtico, reduciendo el consumo e impacto ambiental durante el proceso de fabricacin.

Materia prima sostenible, evitando el uso de materiales escasos, no renovables o que daan el ambiente en la etapa de extraccin y/o fabricacin.

Materiales que favorezcan la re utilizacin o reciclaje, cuando el edificio llega al fin de su vida til.

Proyectos flexibles y adaptables permiten una mayor vida til y un mejor aprovecha-miento de los materiales en plazos ms largos.

Los colectores solares (agua caliente), los sistemas solares pasivos (acondicionamiento trmico de edificios) y fotovoltaicos (electricidad) permiten minimizar el impacto am-biental, reducir el consumo de energa y aumentar la autonoma de proyectos de arqui-tectura sostenible. Solamente con un proceso de diseo consciente desde las etapas iniciales del proyecto se puede lograr el control del impacto ambiental y la eficiencia energtica integral.

SECCIN 2

ESTUDIO DE CASOS


HOSPITAL DE GRANADA - ESPAATipo de instalacin: fotovoltaica conectada red.Aplicacin: produccin de energa elctrica con conexin a red.Potencia del sistema fotovoltaico: 15,7 kWp.

Energa anual producida: 21.780 kWhAhorro econmico anual: 6.126Emisiones de CO2 evitadas: 8,6 toneladas CO2.

COLEGIO DE SEVILLA - ESPAATipo de instalacin: fotovoltaica conectada red.Aplicacin: produccin de energa elctrica con conexin a red.Potencia del sistema fotovoltaico: 15 kWp.




ESTACIONAMIENTO EN LA UNIVERSIDAD DE JAEN - ESPAATipo de instalacin: fotovoltaica conectada red.Aplicacin: produccin de energa elctrica con conexin a red.Potencia del sistema fotovoltaico: 140 kWp.

Energa anual producida: 194.217 kWhAhorro econmico anual: 38.524Emisiones de CO evitadas: 76,7 toneladas CO.



ARQUITECTURA FOTOVOLTAICA EN JAPN - SANYO SOLAR ARK

Es un edificio de 315 metros de largo, 37 de alto, con formas curvas, elegantes y ro-tundas a la vez, muy al estilo japons, un edificio puente, un cuadrado curvo y gigan-te forrado de 5.000 paneles fotovoltaicos. Se construy en el 2005 para la exposicin universal de Aichi, como un icono de lo que puede conseguir la arquitectura integra-da con las tecnologas productoras de energas renovables.

Lo particular, es que este edificio surgi a partir de un error, hace varios aos Sanyo anunci la construccin de la central de energa solar ms grande del mundo, con 3,4 MW de potencia, para celebrar su quincuagsimo aniversario. Para este proyecto te-nan previsto aplicar tecnologa de punta, la ms desarrollada, un sistema hbrido de cristal y film de silicio con un 15% de rendimiento. Pero el proyecto fracas a causa de un fraude detectado en la fabricacin de estas clulas solares.



Sanyo etiquetaba sus paneles, predecesores de esta tecnologa hbrida, con rendimientos mayores a los reales. Ah surgi la idea de aplicar esta tecnologa en la construccin de un edificio para mostrar su arrepentimiento sincero por este error, y su buena voluntad y de-terminacin por reconocer pblicamente su equivocacin y por mantener la calidad.

Como resultado de esta enmienda se obtuvo un edificio con las clulas fotovoltaicas re-cicladas procedentes del proyecto abortado, con 75000 leds de colores. As se logr es-te edificio icono, que produce 500.000 kWh al ao y tiene una potencia instalada de 630 kWp de paneles fotovoltaicos, en su interior hay un museo sobre la energa solar y puede ser visto a 300 Km. por hora desde el tren bala.


INSTALACIN FOTOVOLTAICA EN EDIFICIO DE OFICINAS EN ALCAL DE HENARES

De la mano de Grupo Casabella Proyectos Inmobilia-rios S.A., se cre el Parque de Negocios Garena Pla-za, que es como se denomina el conjunto de edifi-cios sobre el que se eleva Torre Garena.

Se presenta como una estructura de hormign de fa-chadas acristaladas y ha sido provisto de los equipa-mientos ms avanzados, entre los que se han cuida-do especialmente los que se refieren a la eficiencia energtica del edificio, destacando su fachada sur totalmente cubierta de paneles fotovoltaicos.



El edificio presenta una altura de 75,60 m y 17 plantas, de las que 14 son plantas de oficinas. La instalacin fotovoltaica se compone de 882 paneles organizados de la si-guiente forma:

Fachada Sur: 720 mdulos opacos rectangulares modelo BP380s organizados en 48 hi-leras con 15 mdulos cada una.

Cubierta: 72 mdulos opacos rectangulares modelo BP380s y 90 mdulos cuadrados transparentes modelo glass-glass.

El CTE, en funcin de la zona climtica y la superficie del edificio, marca una potencia pico mnima a instalar. Torre Garena debera tener un mnimo de 12,10 kWp, pero se han instalado 75,84 kWp.

HOSPITAL OLV EN AALST, BLGICA

Durante aos, el hospital O.L.V.-Ziekenhuis en Aalst ha sido uno de los mejores hospita-les del mundo en cuanto a investigacin y tratamiento de dolencias cardiovasculares. El hospital quera que sus instalaciones fuesen un claro reflejo de su relevancia. En el ao 2005 se crea un campus nuevo y preparado con la ltima tecnologa, del cual la BIPV es una parte importante.


Si tuvisemos que destacar algo del renovado hospital, sin duda sera el atrio. Es el punto central de un recibidor impresionante y tiene todas las cualidades del BIPV: energtica-mente eficiente, aislado y estticamente agradable. Una pendiente orientada 45 grados hacia el sur utiliza la energa solar de la forma ms eficiente posible.

La construccin de la fachada fue precedida por un amplio estudio. La estructura no solo deba ser capaz de albergar las clulas fotovoltaicas, sino que tambin debera contener las conexiones requeridas por los paneles. Tambin se prest atencin al hecho de ser resistente al fuego y fcil de mantener. En un principio se pens en una instalacin mvil de limpieza para la superficie de vidrio, pero despus de que arquitectos y contratistas lo consultasen, se decidi implantar otra solucin: una superficie de la fachada que se lim-pia por s sola con un sistema de desage que elimina el polvo acumulado.

Las clulas fotovoltaicas se introdujeron entre las dos placas de cristal de seguridad. Es-tos mdulos pre-ensamblados (con un tamao de 120x240) estn conectados a los per-files de aluminio con rotura de puente trmico y conexionados al circuito elctrico para transportar la energa elctrica generada.

Tambin se realiz un estudio acerca de la capacidad de soporte de los cuadros de aluminio y la integracin de los puntos de conexin. En particular, cualquier curvatura que presenten los cuadros es peligrosa. Los mdulos que contienen las clulas fotovol-taicas son muy pesados. Hasta la ms mnima curvatura del cuadro puede daarlos o poner en peligro sus operaciones. No hace falta decir que realizar una construccin a prueba del viento y del agua era una condicin indispensable en las especificaciones. Toda la construccin se desarroll y prob de forma especial para este proyecto, lo que result en paneles exteriores verticales cubiertos y elementos de goma especiales. Se llevaron a cabo distintas pruebas de puesta en marcha en un centro de pruebas y se utilizaron las mejores soluciones.



La energa solar alimenta la red elctrica del hospital, para la que se han concedido cer-tificados de energa respetuosa con el medio ambiente. La capacidad anual es de 31,122 kWh. Cada metro cuadrado produce 100 W y el total neto del rea de superficie de las clulas fotovoltaicas es de 500 m.

RENOVACIN DE PALMENHOUSE MUNICH, ALEMANIA

Para la renovacin de este invernadero, financiada por el ayuntamiento de la ciudad de Munich, se sustituy una parte de la vidriera por paneles solares transparentes. Dado que la exposicin directa a los rayos solares es perjudicial para algunas de las plantas tropica-les que se encuentran en el invernadero, los mdulos con 35 % de transparencia se utili-zaron en el tejado.

Datos del Proyecto

Paneles policristalinos Opacos 360 unidades 75 Wp Capacidad Total instalada 27 kWp

LIVING TOMORROW BRUSELAS, BLGICA

Para el exterior de la entrada al Living Tomorrow entrance, el muro Cortina se dise con una cristalera con tecnologa fotovoltaica integrada. La tecnologa fotovoltaica integrada en la fastuosa construccin del tejado solar contribuy en gran medida a reducir el con-sumo de energa y a proporcionar ms luz natural al interior del edificio.


Datos del proyecto

Paneles policristalinos Opacos 14 paneles 100WpTransparentes 33 paneles 136Wp Capacidad total instalada 6 kWp

OFICINAS CENTRALES NATIONAL TELECOM EN SUDN JARTUM, SUDN

En Mayo de 2007, se inici en Jartum, la capital de Sudn, un prestigioso proyecto de 2.300 m2. Se utilizaron sistemas de aluminio para BIPV que se integraron en la torre de oficinas de las oficinas centrales de National Telecom en Sudn.



Datos del proyecto

Paneles aSi standard Opacos 600 paneles 83.8 WpTransparentes 600 paneles 81.0 Wp Paneles aSi para esquinas Opacos 100 paneles 30.0 WpTransparentes 100 paneles 27.9 Wp Capacidad total instalada 104.67 kWp

SECCIN 3

DOCUMENTOS ADICIONALES


EN TODO ESTS VOS

1. Analisis del sector fotovoltaico

Introduccion

La tecnologa fotovoltaica se est convirtiendo rpidamente en una parte vital del sumi-nistro elctrico mundial. Desde fines de la dcada de los 80, la demanda mundial no ha dejado de crecer, aumentando exponencialmente en los ltimos siete aos, hasta alcan-zar un valor de potencia instalada al ao 2013 de 139 GWp (ver figura 23).

La aceptacin de la tecnologa fotovoltaica es cada vez mayor. Inicialmente, las apli-caciones se remitan a reas remotas de todo el mundo, donde alrededor de dos bi-llones de personas no tienen acceso a la electricidad y este era el campo tradicional de las aplicaciones fotovoltaicas. En los ltimos aos, el campo de accin se ha ex-pandido a regiones urbanas, en pases desarrollados, con el advenimiento de su inte-gracin arquitectnica.

Sin embargo, para que la tecnologa fotovoltaica sea considerada como una alternativa seria a las demandas energticas mundiales, es necesario expandirla hacia nuevos mer-cados hacindola ms competitiva en una gama ms amplia de aplicaciones y compara-da con otras formas de generacin elctrica. Para lograr ambos objetivos, el desafo tc-nico es lograr sistemas de menor costo, ms confiables y simples de usar.

Sin embargo, la propia dinmica del mercado energtico hace que la solucin de los aspectos puramente tcnicos no sea suficiente. El mercado fotovoltaico an no ha alcanzado la aceptacin que potencialmente se espera ya que se encuentra con ba-rreras que impiden su rpida expansin. Algunas de estas barreras son el alto costo

Figura 23: potencia fotovoltaica mundial instalada hasta fines del ao 2013


inicial de los sistemas, la falta de normas que regulen la actividad del sector y la falta de apoyo financiero.

EL DESARROLLO TECNOLOGICO DEL SECTOR FOTOVOLTAICOLos principales programas de investigacin y desarrollo que se llevan a cabo en el sector fotovoltaico, tienen como objetivo la reduccin del costo de la electricidad producida por estos. Estos programas estn, en general orientados hacia:

Obtenerdispositivoscadavezmseficientesyconfiables.

Reducirloscostosdeproduccin.

Mejorarloscomponentesdelbalancedelsistema(BOS).

Elcontroldecalidadyaplicaciones.

El desarrollo de los materiales

Actualmente, la tecnologa de silicio cristalino es la ms utilizada para la fabricacin de celdas fotovoltaicas y todo hace indicar que dominar el mercado en los prximos aos. Esta tecnologa ha conseguido celdas de relativamente alta eficiencia, estabili-dad y precios competitivos. Las celdas de silicio amorfo tambin han alcanzado rendi-mientos y performance competitivos. Si bien estas tienen menor eficiencia que las de silicio cristalino, sus costos de produccin son menores, lo que hace esta tecnologa potencialmente atractiva.

Otra tecnologa que prometa una brusca reduccin de los costos es la denominada pelcula delgada, por lo que muchas compaas comenzaron ha realizar sus inver-siones en produccin de celdas con dicha tecnologa. Sin embargo, no ha tenido el auge esperado y continua an en un perodo de transicin, de modo que el riesgo tcnico y econmico estn an presentes. Hace falta ms investigacin e inversiones para desarrollar estos materiales y mejorar su eficiencia y homogeneidad sobre toda la superficie de la celda con un menor costo de produccin. En la actualidad se pro-ducen celdas de pelcula delgada de cadmio-telurio (CdTe), cobre-indio-diselenide (CIS) y Arseniuro de Galio (GaAs).

El desarrollo de los mdulosLos mdulos fotovoltaicos han alcanzado un punto de considerable robustez tcni-ca y su esperanza de vida til excede los 30 aos. En muchas aplicaciones, la calidad y la robustez de los mdulos que se ofrecen en el mercado superan las necesidades. Sin



embargo, el desarrollo de nuevos mdulos y su testeo ocupan una parte importante de los programas de I+D. Temas como mejorar las tcnicas de laminado, la incorporacin de nuevos diseos de celdas en los mdulos y el mejoramiento de los materiales que los es-tructuran son centrales en muchos programas. Con el advenimiento de la incorporacin arquitectnica de la tecnologa fotovoltaica a edificios, ha adquirido especial importan-cia el desarrollo de mdulos sin marco, de dimensiones distintas a los tamaos normales y de colores variados.

Componentes BOSAdems de las celdas fotovoltaicas y de los mdulos, todos los sistemas fotovoltaicos tienen componentes que ayudan a convertir, entregar y almacenar la electricidad gene-rada. Los componentes del balance del sistema (BOS) incluyen reguladores de carga, bateras, inversores, sistemas de control, estructuras de montaje y cableado. Los compo-nentes BOS representan una parte importante en los costos de los sistemas y son res-ponsables de ms del 90% de los problemas tcnicos. Adems, alrededor del 10% de la energa generada por los mdulos es perdida durante su conversin y transmisin a tra-vs de los BOS. Los programas de I+D en el rea de los BOS estn orientados a mejorar el rendimiento y la confiablidad.

Ingeniera y aplicaciones

El diseo de sistemas apropiados para cada aplicacin es y fue una de las principales causas de fallas en los sistemas fotovoltaicos. Normalizacin es, sin duda, uno de los puntos clave para la penetracin y difusin de cualquier tecnologa. En la actualidad hay varios programas orientados a crear un marco regulatorio de referencia que obligue a la industria a producir componentes y sistemas fotovoltaicos con una calidad adecuada. La integracin de sistemas fotovoltaicos en edificios es un rea en donde an hay proble-mas tcnicos no resueltos. La estrecha colaboracin entre arquitectos e ingenieros ha de proveer las soluciones. La interface con el usuario es otra rea donde an hace falta de-sarrollo, no desde el punto de vista tcnico sino para satisfacer las necesidades sociales, culturales, administrativas y organizativas de usuarios, cooperativas, compaas elctri-cas locales y otras instituciones que proveen servicios de electricidad.

EL MERCADO FOTOVOLTAICOLa demanda de mercado para la tecnologa fotovoltaica puede ser dividida en tres reas:

Aplicacionesaisladas.

Aplicacionesdepequeaescala,conectadaalaredelctrica,usualmenteentechosofachadas de edificios (menores a 5 kWp).


Plantasdeproduccinelctricamedianasygrandes.

En la Argentina, por su configuracin social y geogrfica, la aplicacin ms inmediata de la tecnologa fotovoltaica es, sin duda, la de sistemas aislados. La energa elctrica proveniente de la red es ms cara en reas rurales debido a la baja densidad de carga, a la baja densidad de utilizacin y a la prdida por transporte. En esta situacin, la ener-ga solar fotovoltaica es la fuente de energa ms apropiada para apoyar o sustituir la red elctrica. Este es un nicho de mercado que, si es desarrollado adecuadamente, tiene el potencial de ser econmicamente sostenible.

A nivel mundial, el mercado de conexin a red de sistemas pequeos no es un mer-cado libre, sino que es subsidiado por gobiernos de pases que ya tienen estableci-da una estrategia energtica a largo plazo. La razn para estos subsidios es que, por el momento, el costo de la energa fotovoltaica no puede competir con el precio por kWh que el consumidor paga a la compaa elctrica (salvo en algunos pases don-de se est prximo a llegar al grid parity o paridad con la red) y desde un punto de vista econmico tradicional, no es posible recuperar el valor de la inversin inicial. Consideraciones similares son vlidas para las plantas fotovoltaicas de produccin medianas y grandes, que tienen que competir con extensiones de la red elctrica o con plantas generadoras con motores diesel.

Sistemas autnomosEn trminos generales, la tecnologa fotovoltaica puede ser usada en cualquier aplica-cin elctrica en reas donde la red de distribucin no est disponible o presenta defi-ciencias estructurales que la hace poco confiable. Las aplicaciones tradicionales son:

Accesoaaguapotableoparariego.

Accesoarefrigeracinenpuestossanitariosremotos.

Provisindeelectricidadausuariospblicosyprivados.

El tpico sistema solar autnomo incluye un sistema fotovoltaico de entre 100 y 300 Wp, bateras recargables para almacenamiento, un regulador de carga para las bateras, lm-paras fluorescentes y accesorios. Estos sistemas pueden ser claves para el desarrollo econmico en reas remotas.

Dado el carcter rural de la Argentina, el potencial para este tipo de aplicaciones es enorme. Para cuantificar este potencial hacen falta datos concretos de las necesidades de la poblacin rural, que no tiene barreras sociales, abarcando todo el espectro de la es-cala social y, por lo tanto, teniendo diferentes necesidades y demandas.

Los sistemas autnomos fotovoltaicos, al ser modulares, pueden satisfacer ambos



extremos de demanda, desde la ms bsica donde la alternativa es el uso de biomasa, hasta los requerimientos ms sofisticados, donde la alternativa son motores diesel. La lis-ta de pases que tienen campaas de electrificacin rural ya sea iniciadas por el gobierno o por iniciativa privada crece da a da. En Argentina el proyecto PERMER, Proyecto de Energas Renovables en Mercados Rurales, que a llevado adelante la Secretara de Ener-ga de la Nacin y cuyo objetivo principal es el abastecimiento de electricidad a un

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