La generación de electricidad con el sol


Por
Luis Bérriz Pérez*

Crónicas de un círculo de interés sobre el desarrollo energético sostenible (XII). Parte II:
Los diferentes componentes
de un sistema solar fotovoltaico.

 


Era el tercer sábado de junio, exactamente el día 21, solsticio de verano, el día más largo del año, o mejor dicho, el de más tiempo con el Sol por encima del horizonte.
Es curioso saber que en el punto del territorio cubano más alejado del ecuador, en los Cayos Blancos del archipiélago de Sabana, al norte de la provincia de Matanzas, con una latitud de 23° 17', el día solar más largo del año dura 13 horas con 26 minutos, prácticamente lo mismo que en La Habana. Por otro lado, en la Punta del Inglés, cerca de Cabo Cruz, en Granma, el lugar de Cuba más cercano al ecuador, con una latitud de 19° 49', en el solsticio de verano el día dura 13 horas con 12 minutos, prácticamente igual que en Santiago de Cuba. Por el contrario, los días más cortos del año, en el solsticio de invierno, 21 de diciembre, en La Habana dura 10 horas con 35 minutos, mientras que en Santiago de Cuba, 10 horas con 47 minutos.

Yendo al tema, la semana anterior habíamos realizado un círculo de interés sobre la generación de electricidad con el Sol, pero nos dio tiempo solamente para abordar el funcionamiento del módulo fotovoltaico, ya que tuvimos que explicar algunos conceptos básicos sobre energía, un tema que no es nada sencillo y se presta a muchas confusiones. Ese mismo sábado tenía el compromiso de buscar en el aeropuerto a una incansable luchadora por la amistad y la solidaridad entre Cuba e Italia, y por la liberación de los Cinco Héroes, que llegaba de Roma a las 8 de la mañana. No quería dejar de dar el círculo de interés, pues era el último del curso escolar y continuación del anterior.
Por eso habíamos preparado durante la semana la pancarta que nos serviría como medio audiovisual y les había dicho a los profesores Julio y Barrera que si yo no llegaba a tiempo, ellos empezaran a las 10 de la mañana, como estaba estipulado, con los experimentos que no habíamos podido hacer el sábado anterior.

Efectivamente, llegué a las 10 y 35 minutos, pero ya veía desde lejos que todo marchaba bien y había buena concurrencia. Estaban todos parados alrededor del módulo fotovoltaico que sostenía Barrera, y Julio portaba en la mano un multímetro.

—¡Buenos días! —dije al llegar.
!Buenos días! —contestaron todos.
Estamos haciendo experimentos sobre el efecto de la sombra en los módulos fotovoltaicos, pero ya estamos terminando —reportó Barrera.
Continúen. Cuando terminen los experimentos, vamos a incorporarnos al árbol —les dije, señalando para una pancarta amarrada en el tronco de nuestro álamo.
Me coloqué en el fondo para no interrumpir y me puse a observar la asistencia. Estaban todos, inclusive Yanisleidy que había faltado la semana anterior. También estaban la mamá de Marianita y la tía de Yusbán. En lo último de atrás, a la izquierda, estaba el abuelo Paco. Cuando lo vi, él me estaba mirando y me saludó con la mano. Yo me le acerqué en silencio y le di un abrazo, pero no hablé para no interrumpir la clase. En ese momento oigo:
Bien, si tienen alguna pregunta díganla, si no, vamos a continuar con la parte teórica —dijo Julio y a continuación los muchachos, sin decir nada, fueron poco a poco moviéndose hacia el árbol.
Yo me adelanté y me puse al lado de la pancarta. Esperé un ratico a que llegaran todos y se sentaran en la sombra como de costumbre.
Bueno. ¡Vamos a continuar! —dije en un tono más alto que lo normal para que hicieran silencio. —¡Fíjense bien en esta pancarta! (Fig. 1) Aquí pueden observar los principales componentes de un sistema fotovoltaico. Recuerden que la semana pasada habíamos dicho que un módulo solar fotovoltaico servía para producir electricidad directamente de la radiación solar. Aprendimos el principio de la celda solar, que es el componente esencial del módulo solar. También hablamos sobre la producción de electricidad con turbinas y generadores movidos por el agua o por el viento. Sin embargo, en un módulo fotovoltaico no se mueve nada, o mejor dicho, no hay movimiento mecánico. Los que se mueven son los electrones, pero este movimiento de partículas tan diminutas no podemos apreciarlas.
Hice una breve pausa.


Fig. 1. Componentes de un sistema solar.

Recuerden que también supimos que ya estamos produciendo módulos fotovoltaicos en Pinar del Río con una eficiencia de 15%, o sea, que si a un módulo fotovoltaico que tiene un metro cuadrado de área de captación le llega una radiación solar con una intensidad de 1 000 watt por metro cuadrado, de ese mismo módulo sale una corriente eléctrica con una intensidad de 150 watt por metro cuadrado.
Aunque nadie dice nada, veo en las caras de todos una expresión de comprensión y añado:
Pues ese módulo —y señalo para el panel fotovoltaico de la pancarta— es el principal componente del sistema fotovoltaico.
Continúa la misma expresión en los rostros.
Para poder entender bien el funcionamiento de un sistema fotovoltaico es conveniente repasar algunos conceptos. Deben recordar que la corriente eléctrica se puede presentar de dos maneras diferentes: como corriente directa o continua, y como corriente alterna.
La corriente directa es la que tiene un polo positivo y otro negativo. Por su parte, en la corriente alterna los polos están continuamente variando de positivo a negativo, y viceversa. Este cambio lo hacen sesenta veces por segundo. La corriente directa se puede almacenar, pero la alterna no; sin embargo, la corriente alterna tiene la ventaja de poderse trasladar más fácilmente, con menos pérdidas que la directa. Por eso utilizamos la corriente alterna y cuando hace falta, la directa.

Otra breve pausa, y añado:
Las pilas y las baterías son de corriente directa con un polo positivo y otro negativo.
El panel fotovoltaico genera corriente directa y, por lo tanto, podemos almacenarla para cuando haga falta, por ejemplo, por la noche, cuando no haya sol.

Regreso a la pancarta.
Ahora, observen bien. Aquí está el panel compuesto por dos módulos fotovoltaicos y debajo están las baterías, que en este caso son también dos. Pueden ser todas las que se quieran. Pero para proteger precisamente a las baterías, en el medio hay un regulador de carga o controlador. O sea, llega el sol al panel, genera corriente, la envía al controlador y de este hacia las baterías.
Miro para los muchachos, veo que todo está normal y continúo:
La función que tiene el controlador es la de evitar que la batería se sobrecargue, o sea, se pase del nivel de la carga permitida, pues se puede echar a perder. La segunda función es evitar que la batería se vacíe completamente, es decir, que se descargue más de lo que debe, pues también se puede echar a perder. Ahora fíjense en este lado derecho: aquí hay una lámpara de corriente directa y un televisor normal, como el que tenemos en nuestras casas. Como de las baterías sale corriente directa, podemos alimentar a la lámpara pero no al televisor, pues este trabaja con corriente alterna. Para darle corriente al televisor necesitamos un inversor, o sea, un equipo electrónico que convierta la corriente directa en corriente alterna. Aquí está —señalo para el inversor situado entre el controlador y el televisor en la pancarta (Fig. 1).
Bien, a manera de resumen. Fíjense bien. Aquí arriba está el panel fotovoltaico. Debajo el controlador. Más abajo las baterías. Aquí en el medio, el inversor y a la derecha arriba la lámpara o carga de corriente directa, y abajo, el televisor o carga de corriente alterna. Como es natural, todos estos equipos van unidos por cables eléctricos. Para simplificar no hemos señalado los interruptores ni los tomacorrientes.
—Vamos ahora a hacer un repaso, pero con la participación de todos. ¡A ver!
—digo en voz un poco más alta para llamar la atención:
¿Quién me puede decir qué es esto y para qué sirve? —y señalo en la pancarta el panel fotovoltaico (Fig. 1).
Hubo unos segundos de silencio como si les hubiera cogido de sorpresa la pregunta, pero seguidamente varios levantaron la mano y dijeron: —¡Yo!
Contesta tú, Marianita.
Ella se levanta y dice:
El panel fotovoltaico es la parte principal del sistema fotovoltaico, que al recibir la radiación solar genera electricidad —se calla y se sienta con un semblante de complacencia (Fig. 2).


Fig. 2. Panel solar fotovoltaico formado por cinco módulos solares.

Muy buena respuesta —les digo y oigo en voz baja: —Claro, es la más fácil.
Me pareció que el comentario vino de Raulito, por lo que me dirigí a él directamente:
¡Raulito! ¿Qué más pudieras agregar sobre el panel fotovoltaico?
Raulito se para sorprendido, pero se sobrepone e inmediatamente responde aunque muy pausadamente como si estuviera pensando: —Bueno, Marianita dijo lo principal, que en el panel se genera la corriente. Yo pudiera agregar que el panel está compuesto por uno o más módulos fotovoltaicos montados en una misma estructura y que cada módulo está compuesto por muchas celdas fotovoltaicas.
En Cuba existe una fábrica de módulos fotovoltaicos en Pinar del Río, cerca de mi casa —agregó Ernesto que aunque vino a vivir a La Habana cuando tenía 4 o 5 años, sigue sintiéndose orgulloso de su provincia natal.
Bien, y ¿quién me puede hablar sobre la ubicación que debe tener el panel solar? —les digo.
Yo —dice Miguelito levantándose y alzando la mano. Ya me extrañaba que Miguelito no hubiera hablado todavía. —Está bien ¡tú, Miguelito! —le dije.
El panel solar debe situarse al sol en un lugar donde no le dé sombra y orientado hacia el sur. —Y continúa: —Para las condiciones de Cuba debe ponerse con una inclinación entre 15 y 30 grados en dependencia de lo que se quiera. Por ejemplo, si el sistema es autónomo, es preferible inclinarlo 30 grados para favorecer los meses de invierno, pero si el sistema es acoplado a la red eléctrica, es mejor ponerlo con una inclinación cercana a la latitud local, pues de esa forma la cantidad de energía que produce durante todo el año es mayor.
Muy bien—le dije—, haz hablado como un especialista. —Miré para Paco y le vi una cara de satisfacción y orgullo.
Bien, que alguien me diga qué fue lo que aprendieron hoy sobre las sombras antes de yo llegar —les dije y veo que Maritza levanta la mano. —A ver, Maritza —la señalo con el dedo, se levanta y dice:
Las sombras sobre un panel fotovoltaico pueden ser muy dañinas. Si la sombra se produce de tal forma que corte el circuito, la producción de electricidad puede ser muy baja. Las celdas que reciben sombra en vez de producir energía trabajan como resistencias y se sobrecalientan, pudiendo estropearse en menos tiempo —termina y se sienta.
Muy bien, veo que han aprovechado bien el tiempo —les digo satisfecho por lo que habían aprendido. —Vamos a pasar ahora a otro componente del sistema —y señalo para las baterías.
¿Quién me puede decir por qué y para qué se ponen las baterías?
Se levanta Yanisleidy y dice: —Las baterías sirven para acumular la electricidad y son necesarias en un sistema solar fotovoltaico porque la radiación solar es intermitente debido a las nubes y porque el sol sale solo por el día y la electricidad la necesitamos también por la noche.
Pero si el sistema está acoplado a la red eléctrica no hacen falta baterías y además es mucho más barato —dice Miguelito.
Pero si se va la corriente la casa se queda también sin luz —dice Raulito.
¡Un momento! —digo yo y les llamo la atención a los muchachos. —¡Recuerden siempre que para hablar deben pedir permiso levantando la mano! ¡Gracias Yanisleidy!, contestaste muy bien la pregunta.
Me dirijo a todos:
Tienen razón. Un sistema fotovoltaico conectado a la red es más económico pues no necesita baterías, pero cuando la red no trabaja, la casa se queda también sin corriente. Pero tiene la ventaja de que la corriente producida con el sol no genera bióxido de carbono y no contamina. Además, el sistema fotovoltaico se paga una sola vez y después la electricidad que produce no se paga y por lo tanto deja de ser subvencionada por el Estado. Y lo más importante: la radiación solar es nuestra energía, sin necesidad de importarla, no tenemos que depender de nadie y nos puede aportar mucho más que la que demandan nuestras necesidades.
Y continúo hablando:
Pero ahora nos referimos a un sistema aislado, independiente, para aquellos lugares donde no haya red eléctrica, y en este caso la batería es imprescindible por lo que dijo Yanisleidy. Es bueno aclarar lo siguiente: la batería recibe la energía eléctrica y la transforma en energía química que es la que se almacena. Después, cuando haga falta, ocurre una reacción química inversa y esta energía química se vuelve a convertir en energía eléctrica y va para el consumo. Recuerden que tanto la energía eléctrica que produce el panel como la que sale de las baterías es de corriente directa —concluí.
Bien, vamos a continuar —me acerco a la pancarta, señalo el controlador de carga y pregunto: —¿Quién me puede decir para qué sirve el regulador de carga?
Camila levanta la mano, yo asiento con la cabeza, se para y dice:
El regulador o controlador de carga es un equipo electrónico que sirve para proteger las baterías de sobrecargas y descargas muy fuertes fuera de los niveles permitidos.
Muy bien —les digo y continúo: —Las baterías pueden durar muy poco si no tienen un regulador de la carga que aporte una protección contra las sobrecargas y las sobredescargas, por lo que resulta ser un componente imprescindible del sistema.
Señalo a la pancarta:
¿Qué saben sobre el inversor? ¿Cuál es su función? ¿Para qué sirve?
Yusbán levanta la mano, se pone en pie y dice:
El inversor es un equipo electrónico que convierte la corriente continua o directa en corriente alterna. Es necesario en un sistema fotovoltaico porque la corriente que genera el panel y la que entrega la batería es directa y la mayoría de los equipos que hay en una casa utilizan corriente alterna —concluye.
¡Muy bien! ¡Han contestado todos muy bien! ¡Los felicito!
Llamé a Julio y a Barrera que durante todo el curso me habían ayudado para que se pusieran a mi lado y continué:
El tema que hemos tratado hoy es muy importante y estoy seguro de que ustedes lo van a recordar siempre. A pesar de lo que ha hecho la Revolución para electrificar las viviendas de todos los cubanos, tenemos todavía decenas de miles de hogares muy alejados y de difícil acceso sin electricidad, y un sistema fotovoltaico como el que hemos visto hoy aquí puede ser la solución. Pero además, los sistemas solares fotovoltaicos acoplados a la red eléctrica nacional, que no necesitan baterías como dijo Miguelito y por lo tanto son más económicos, son una solución de fondo para lograr la independencia energética y el desarrollo verdaderamente sostenible del país. Mi criterio es que son imprescindibles para el desarrollo local y nacional.
Después de una brevísima pausa, añado:
La idea de convertir las casas, las escuelas, los comercios y todos los puntos consumidores de energía eléctrica en «casas de energía positiva», «escuelas de energía positiva», «comercios de energía positiva» y en general «puntos de energía positiva», o sea, lugares donde se produzca más energía eléctrica que la que se consuma, no es una utopía ni un sueño irrealizable. Esto ya es posible si se garantiza el uso de equipos electrodomésticos eficientes, si se instalan en cada casa o punto consumidor un panel fotovoltaico con la capacidad adecuada y si se usa racionalmente la electricidad.
Y para terminar, les digo:
Este es el último encuentro de este curso. Ya no nos veremos hasta el curso que viene. Les deseamos que terminen con éxitos sus exámenes y que disfruten sus vacaciones bien merecidas. ¡Nos veremos en septiembre!

* Doctor en Ciencias Técnicas. Presidente de Cubasolar.
e-mail: berriz@cubasolar.cu