¿Cómo seleccionar los paneles solares de una instalación fotovoltaicas y que consideraciones hay que tener en cuenta?

El campo fotovoltaico está formado por los paneles solares y los cables que unen unos paneles con otros. Los paneles solares están realizados de células fotovoltaicas.

¿Qué tipos de células fotovoltaicas existen?

Existen diferentes tipos de células fotovoltaicas (cada célula tiene unos 70mm de diámetro)

- monocristalino de silicio (M-Si). Es un cristal que es difícil de fabricar, y que tiene una alta eficiencia (13-17%).

- policristalino de silicio (P-Si). Es un cristal fácil de fabricar y que tiene una eficiencia media (11-14%). Es el tipo de célula más utilizado.

- Panales finos o amorfos. (a-Si). No llega a ser un cristal, sino que es un panel “pintado” de silicio. Son los más baratos y también los menos eficientes (5-9%).

¿Cómo se mide la eficiencia? 

La eficiencia se mide para STC (Standard Test Conditions) que son para una radiación de 1000W/m2 con el panel a 25ºC.

 La potencia producida por el panel cae aproximadamente un 0,5% por ºC que aumenta sobre los 25ºC. El panel se pone habitualmente a 60-70ºC.  Es decir, que un panel que produce 250W a STC (a 25ºC), a 60ºC produce 162’5W y a 20ºC produce 262’5W.

También hay que tener en cuenta que un panel envejece y cada año pierde un 0,5% de potencia (los de capa fina/amorfos pierden un 1-2% anual). Así que a los 10 años un panel ha perdido un 5%.

Características de un panel fotovoltaico

A la hora de elegir un panel fotovoltaico hay que tener en cuenta además de la potencia producida a STC la tensión que produce, y la intensidad.

Para ver todo lo que influye en la elección de un panel vamos a ver un data sheet (hoja de características) de un panel fotovoltaico cualquiera:

Lo primero que vemos es la potencia producida en condiciones de STC=140W.

Maximum Power Voltage (Tensión de máxima potencia): es la tensión a la que se extrae la máxima potencia del panel fotovoltaico=18,42V

Maximum Power Current (Corriente de máxima corriente): es la corriente a la que se extrae la máxima potencia del panel fotovoltaico=7,60A

Open Circuit Voltage (Tensión de circuito abierto (Voc)): Es la tensión máxima que produce/soporta el panel cuando no hay nada conectado a la salida del panel (el borne positivo y negativo del panel no están conectados a nada)=21,80V.

Short Circuit Current (Corriente de cortocircuito (Icc)): Es la corriente máxima que produce/soporta el panel cuando se cortocircuitan la salida del panel (el borne positivo y negativo del panel están conectados entre si)=8,55A.

Module efficiency (eficiencia módulo): Es el rendimiento del panel, el panel realmente es de 1000W, pero con una eficiencia del 14%, por lo que da 140W.

¿Qué elementos incluye una instalación fotovoltaica?

 Los elementos de las instalaciones fotovoltaicas son:

- Paneles solares (aislada y conexión a red)

- Protecciones del lado de continua (aislada y conexión a red)

- Cargador (aislada)

- Baterías (aislada)

- Inversor (conexión a red)

- Inversor/Cargador (aislada)

- Generador (opcional) (aislada)

- Protecciones del lado de alterna (aislada y conexión a red)

¿Qué tipos de instalaciones fotovoltaicas existen?

Existen diferentes tipos de instalaciones fotovoltaicas:

• -    Conexión a red (grid tie): La energía creada por las placas fotovoltaicas (en corriente continua) se vuelca a la red eléctrica (en corriente alterna) a través de un inversor.
• -   Conexión Aislada (off grid): La energía creada por las placas fotovoltaicas (en corriente continua) se almacena en unas baterías, para posteriormente a través de un inversor suministrarla a las cargas (consumos) en forma de corriente alterna.

Básicamente, este sería el funcionamiento, aunque la aislada tiene más particularidades.

Conexión a red (grid tie)

La energía creada por las placas fotovoltaicas (en corriente continua) se vuelca a la red eléctrica (en corriente alterna) a través de un inversor.

Los elementos necesarios son:
- Paneles fotovoltaicos.
- Protecciones del lado de continua.
- Inversor.
- Protecciones del lado de alterna.

Funcionamiento: El sol incide sobre las placas fotovoltaicas que producen electricidad en forma de corriente continua, el inversor transforma de corriente continua en corriente alterna, esta corriente alterna tiene las mismas características de tensión y frecuencia que la red eléctrica.

Es imprescindible que haya una red de corriente alterna colocada en el lado de alterna del inversor, puede haber también cargas, pero SIEMPRE tiene que haber red. Esto es debido a que el inversor se sincroniza en frecuencia (50Hz/60Hz) con la red, y si no hay red no hay frecuencia y por lo tanto tampoco funcionarán las cargas.

La tensión de AC del lado del inversor es ligeramente superior (aunque hemos dicho antes que son iguales por simplificar) a la tensión de AC de la red, esto es así para que la corriente circule hacia la red y no hacia el inversor.

Nota: La corriente circula siempre desde el lado de más tensión al de menos tensión. Con que haya una ligera diferencia la corriente circulará hacia la parte de menos tensión. Es como la teoría de los vasos comunicantes. Se explica con un gráfico más adelante en la parte de aislada.

 

Aislada (off grid)

La energía creada por las placas fotovoltaicas (en corriente continua) se almacena en unas baterías, para posteriormente a través de un inversor suministrarla a las cargas (consumos) en forma de corriente alterna.

Los elementos necesarios son:
- Paneles fotovoltaicos.
- Protecciones del lado de continua.
- Cargador.
- Baterías.
- Inversor/Cargador.
- Generador (opcional).
- Protecciones del lado de alterna.

                       

 

Funcionamiento: El sol incide sobre las placas fotovoltaicas que producen electricidad en forma de corriente continua, el cargador regula la circulación de corriente continua hacia las baterías para su almacenamiento. El inversor convierte la corriente continua de las baterías en corriente alterna con unas características concretas de tensión y frecuencia (normalmente 230v - 50hz) para alimentar las cargas.

En el lado de alterna de este tipo de inversor no puede haber conectada una red eléctrica, solo cargas aisladas.

Las instalaciones de aislada permiten conectar en el lado del inversor grupos electrógenos o redes eléctricas para suministrar la energía adicional que las cargas solicitan y las baterías no pueden aportar. Además, esta red o grupo electrógeno se puede utilizar para cargar las baterías por el lado del inversor.

 

 

Teoría de los vasos comunicantes aplicada a la circulación de la corriente:

 

¿Qué es la energía fotovoltaica?

 La definición de energía hace mención a la capacidad para crear, transformar o poner en movimiento. Existen diferentes fuentes de energía dependiendo de su procedencia, algunas de ellas son:

- Energía Fósil: Procede de la biomasa obtenida hace millones de años y que ha sufrido grandes procesos de transformación hasta la formación de sustancias de gran contenido energético como el carbón, el petróleo, o el gas natural, etc.

- Energía Nuclear: Se obtiene de la energía que se libera espontánea o artificialmente en las reacciones nucleares. Los sistemas más investigados y trabajados para la obtención de energía aprovechable a partir de la energía nuclear de forma masiva son la fisión nuclear y la fusión nuclear. La energía nuclear puede transformarse de forma controlada en reactores nucleares en los que se produce energía eléctrica, energía mecánica o energía térmica. La energía desprendida en esos procesos nucleares suele aparecer en forma de partículas subatómicas en movimiento. Esas partículas, al frenarse en la materia que las rodea, producen energía térmica. Esta energía térmica se transforma en energía mecánica utilizando motores de combustión externa, como las turbinas de vapor. Dicha energía mecánica puede ser empleada en el transporte, como por ejemplo en los buques nucleares; o para la generación de energía eléctrica en centrales nucleares.

- Energía Hidráulica: Se obtiene del aprovechamiento de las energías cinéticas y potenciales de la corriente del agua, saltos de agua o mareas.

- Energía Eólica: Se obtiene del viento, es decir, la energía cinética generada por efecto de las corrientes de aire, y que es transmutada en otras formas útiles para las actividades humanas.

- Energía Solar: Se obtiene directamente a partir de la radiación solar mediante un dispositivo semiconductor denominado célula fotovoltaica, o una deposición de metales sobre un sustrato llamado célula solar de película fina.

También se pueden dividir las energías según si son renovables o no.

Se denomina energía renovable a la energía que se obtiene de fuentes naturales virtualmente inagotables, ya sea por la inmensa cantidad de energía que contienen, o porque son capaces de regenerarse por medios naturales. Entre las energías renovables se cuentan la eólica, geotérmica, hidroeléctrica, solar, la biomasa, etc. La energía fósil (carbón, petróleo, gas natural) también tiene una procedencia natural (biomasa de hace millones de años), pero debido a su bajo nivel de regeneración no se considera energía renovable.

Según datos de 2008/2009 la distribución de la producción de energía en España era:

Como se puede ver la producción de energías renovables va en aumento, y debe ir en aumento en cuanto el precio de extracción del petróleo también va en aumento, debido al agotamiento de este en yacimientos próximos a la superficie. Las energías renovables son el futuro, mientras no se descubran fuentes de energía alternativas, por la incorporación de grandes consumidores de energía (países emergentes) y también debido al actual modelo económico y social que prima la comodidad y la inmediatez consumiendo cantidades ingentes de energía cada uno de los individuos.

La primera solución es reducir el consumo, pero debido a que nuestra decisión de bajada de consumo individual es ínfima, la siguiente acción para reducir nuestra dependencia de otros países (a nivel global) o de los vaivenes de los precios (a nivel individual) es la generación de energía renovable.

Como individuos la energía solar es la mejor solución para limitar la dependencia de fuentes de energía externas (proporcionadas por las compañías eléctricas).

La electricidad fotovoltaica es la electricidad generada a partir de una fuente de energía solar.