Las instalaciones fotovoltaicas son cada vez más comunes en las viviendas y edificaciones comerciales, ya que aportan electricidad a bajo costo. Por otra, parte se utilizan energías limpias, que no emiten gases a la atmósfera y por tanto, son más amigables con el medioambiente.
Estas instalaciones forman un sistema que tiene una serie de componentes, cada uno de los cuales cumple una función particular. Desde los paneles fotovoltaicos encargados de captar la energía solar hasta el cableado que conduce y distribuye la misma a los acumuladores o la red.
Todos se arreglan en un sistema integrado, para hacer que la instalación sea eficiente y aporte la cantidad de electricidad necesaria para el funcionamiento de la vivienda. Para que entiendas mejor cada uno de estos componentes y sus características, te traigo la revisión de las partes de una instalación solar fotovoltaica.
¿Qué es una instalación solar fotovoltaica?
Básicamente, es un sistema capaz de producir electricidad a partir de la energía solar, la cual puede ser usada con diversos fines. Para esto, se conectan una serie de componentes que son responsables tanto de la captación de la energía solar como de su transformación en energía eléctrica.
La energía contenida en un fotón de luz incide sobre los paneles solares y se genera una cierta cantidad de corriente continua que luego es transformada en electricidad. Las instalaciones fotovoltaicas pueden estar aisladas y surtir a un área de electricidad de forma independiente o estar conectadas a la red de distribución eléctrica.
Componentes y partes de una instalación solar fotovoltaica
Cuando decides utilizar energía solar logras hacer a tu vivienda más autónoma, generas un menor impacto en el medioambiente y reduces los costos de electricidad. Para esto, debes instalar un sistema fotovoltaico, que consta de las siguientes partes:
Módulo fotovoltaico
Es el núcleo del sistema y constituyen el conjunto de paneles solares o fotovoltaicos, responsables de captar la energía solar. Según las necesidades energéticas de tu vivienda, vas a requerir un mayor o menor número de paneles, los cuales suelen estar recubiertos de silicio (material fotosensible).
Los paneles cuentan con un conjunto de celdas fotovoltaicas arregladas en serie, para lograr una tensión de salida dada (de 12 V o superior). Estos paneles son de tres tipos básicos, con relación a su método de fabricación y cantidad de silicio utilizado:
- Paneles monocristalinos: se fabrican a partir de un silicio bastante puro, que se prepara en bloques cilíndricos, para luego cortar láminas y formar las celdas que son octogonales. Tienen una eficiencia entre 17 a 20%, funcionan mejor con la radiación difusa y suelen ser los más costosos.
- Paneles policristalinos: para su fabricación el silicio se funde para formar un molde que es cuadrado y a partir del que se cortan las láminas. En este caso, el rendimiento va del 13 al 15%, suelen funcionar mejor a altas temperaturas y tienen un precio medio
- Paneles de capa fina: el silicio u otros materiales fotovoltaicos se va depositando en forma de capas muy finas en una base sólida. El silicio no cristaliza, por lo que se indica que es amorfo o se usan materiales como cobre, indio, galio y selenio. El rendimiento es de 7 a 9% y los costes de producción son bajos.
Regulador de carga
Para que la instalación funcione adecuadamente y se controle la tensión, es necesario colocar un regulador de carga entre las baterías y los paneles solares. Su función principal es controlar la carga de energía que reciben los acumuladores así como evitar que se descarguen, para aumentar su vida útil.
En primer lugar, el regulador controla que la batería se cargue adecuadamente sin sufrir sobrecargas, que dañen su sistema. Las sobrecargas pueden darse, debido a que la tensión nominal del módulo fotovoltaico es mayor que el de las baterías.
Los reguladores de carga son de dos tipos, los cuales se diferencian principalmente en el nivel de potencia al cual trabajan:
- PWM: cuenta con un diodo en su parte interior, por lo que los paneles trabajan a la misma potencia que las baterías. Por tanto, el voltaje y amperaje son los mismos y los paneles no pueden trabajar a su máxima capacidad, por lo que se pierde entre un 25 a 30% de la potencia.
- MPPT: son reguladores con un sistema más eficiente, ya que cuentan con un convertidor CC-CC, el cual convierte un nivel de tensión de una fuente de corriente continua en otro. Por tanto, el voltaje y el amperaje pueden ser diferentes y el panel fotovoltaico es capaz de trabajar a su máxima potencia. Esto llega a aumentar el rendimiento del sistema hasta en un 30%.
Baterías
Para utilizar de manera eficiente la energía que se produce en los paneles fotovoltaicos, es necesario contar con un sistema de almacenamiento. Los acumuladores o baterías, permiten usar esta energía cuando los paneles no están en producción (por ejemplo, durante la noche o un día muy nublado).
Cuando se cuenta con baterías en el sistema fotovoltaico, estas cumplen las siguientes funciones:
- Almacenar la energía por un lapso de tiempo determinado.
- Se estabiliza la tensión a la que trabaja la instalación, por lo que no ocurren caídas de tensión que afecten el suministro.
- Se brinda una adecuada potencia de energía de manera inmediata, a fin de proveer electricidad a las áreas que se están alimentando de la instalación.
Las baterías utilizadas en un sistema fotovoltaico son distintos tipos, con base a los electrolitos que llevan y le dan características de capacidad y tiempo de carga. Las más comunes son las de plomo ácido, ya que son las más económicas, pero tienen una menor capacidad y mayor tiempo de carga.
Dentro de estas, hay baterías tubulares estacionarias, de arranque solares y de gel, con distintas capacidades de funcionamiento, vida útil y mantenimiento. Para instalaciones autónomas, se recomiendan las de tubulares estacionarias y para aquellas con poca demanda, pueden funcionar mejor las de gel.
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Inversor de corriente
Es el dispositivo responsable de transformar la corriente continua que viene del panel fotovoltaico a corriente alterna, que es la utilizada para electrificación de las viviendas. La corriente alterna debe ser la que usan los distintos electrodomésticos y dispositivos electrónicos, que en Europa es de 220 V y 50 Hz.
Las características principales que debe tener el inversor de corriente solar, son las siguientes:
- Debe ser capaz de funcionar en un rango amplio de potencias.
- Tener un bajo consumo cuando no hay cargas conectadas.
- Capacidad para regular la tensión así como la frecuencia de salida, a fin de que sea compatible con la de la red eléctrica de la vivienda.
- Debe ser resistente a los picos de arranque y contar con protección contra posibles cortocircuitos.
Optimizadores
Estos son dispositivos que puedes instalar adicionalmente al sistema fotovoltaico cuando se quieren reducir las pérdidas de energía y aumentar la eficiencia. Los mismos son capaces de detectar la máxima potencia de cada panel y así aprovechar esta energía para acumularla en las baterías o usarla directamente en la red eléctrica.
Además, como los optimizadores hacen el seguimiento individual de cada panel, es posible detectar si alguno no está funcionando al máximo rendimiento. Se puede comprobar el problema en campo y determinar si se debe a la aparición de un punto caliente, suciedad o sombreado e intentar solucionar la incidencia, a fin de aumentar la eficiencia.
Seguidores solares
Este es otro accesorio auxiliar que al instalarse en un sistema fotovoltaico, contribuye a un mejor aprovechamiento de la energía solar. Estos hacen que los módulos se muevan y cambien su orientación para reducir el ángulo de incidencia de la luz solar y así recibir mayor cantidad de radiación.
Se utilizan principalmente en instalaciones muy grandes, ubicadas sobre un terreno, por lo que los módulos se pueden mover sin inconveniente. Los seguidores pueden ser de un eje y mover el panel de norte a sur o de dos ejes, los cuales mueven el módulo en dos direcciones y son mucho más eficientes.
Cableado eléctrico
Para llevar la energía de los paneles fotovoltaicos hasta los acumuladores o directamente a la red eléctrica de la vivienda, se requieren cables especiales. Estos cables solares deben ser resistentes a las altas temperaturas y contar con protección contra la radiación ultravioleta.
Generalmente, vienen con un conductor de cobre electrolítico, el cual garantiza una buena conductividad y deben tener un adecuado aislamiento. Además, tienen que estar libres de halógeno, para evitar que se produzcan emisiones de gases tóxicos en caso de incendio.
