Componentes
de una instalación solar fotovoltaica.
Elementos de una ISF De manera general,
una instalación solar fotovoltaica (ISF) se ajusta a un esquema:
La célula
solar: características básicas
El elemento principal
de cualquier instalación de energía solar es el generador, que recibe el nombre
de célula solar. Se caracteriza por convertir directamente en electricidad los
fotones provenientes de la luz del sol. Su funcionamiento se basa en el efecto fotovoltaico.
Una célula solar se
comporta como un diodo: la parte expuesta a la radiación solar es la N,
y la parte situada en la zona de oscuridad, la P. Los terminales de conexión de
la célula se hallan sobre cada una de estas partes del diodo: la cara
correspondiente a la zona P se encuentra metalizada por completo (no tiene que
recibir luz), mientras que en la zona N el metalizado tiene forma de peine, a
fin de que la radiación solar llegue al semiconductor.
Parámetros
fundamentales de la célula solar:
Ø Corriente de oscuridad: es debida a la recombinación de los
pares electrón hueco que se produce en el interior del semiconductor.
Ø Tensión de circuito abierto (VOC): la máxima tensión que
se obtiene en los extremos de la célula solar, que se da cuando no está
conectada a ninguna carga. Es una característica del material con el que está
construida la célula.
Ø Corriente de cortocircuito (ISC): máximo valor de
corriente que puede circular por la célula solar. Se da cuando sus terminales
están cortocircuitados.
Cuando la célula solar
es conectada a una carga, los valores de tensión e intensidad varían. Existirán
dos de ellos para los cuales la potencia entregada sea máxima: Vm (tensión
máxima) e Im (intensidad máxima), que siempre serán menores que VOC e
ISC.
El panel solar
Un panel solar o módulo
fotovoltaico está formado por un conjunto de células, conectadas eléctricamente,
encapsuladas, y montadas sobre una estructura de soporte o marco.
Proporciona en su
salida de conexión una tensión continua, y se diseña para valores concretos de
tensión (6 V, 12 V, 24 V...), que definirán la tensión a la que va a trabajar el
sistema fotovoltaico.
Los tipos de paneles solares vienen
dados por la tecnología de fabricación de las células y son fundamentalmente:
- Silicio cristalino (monocristalino y multicristalino).
- Silicio amorfo.
Potencia de la célula solar:
La potencia que
proporciona una célula de tamaño estándar (digamos de 10 3 10 cm) es muy
pequeña (en torno a 1 o 2 W), por lo que generalmente será necesario tener que
asociar varias de ellas con el fin de proporcionar la potencia necesaria al
sistema fotovoltaico de la instalación. Es de este hecho de donde surge el
concepto de panel
solar o módulo
fotovoltaico, cuyos elementos y características acabamos de ver.
Según la conexión
eléctrica que hagamos de las células, nos podemos encontrar con diferentes
posibilidades:
Ø La conexión en serie de
las células permitirá aumentar la tensión final en los extremos de la célula
equivalente.
El
regulador:
Para un correcto
funcionamiento de la instalación, hay que instalar un sistema de regulación de
carga en la unión entre los paneles solares y las baterías. Este elemento
recibe el nombre de regulador y tiene como misión evitar situaciones de carga y
sobre descarga de la batería, con el fin de alargar su vida útil.
El regulador trabaja
por tanto en las dos zonas. En la parte relacionada con la carga, su misión es
la de garantizar una carga suficiente al acumulador y evitar las situaciones de
sobrecarga, y en la parte de descarga se ocupará de asegurar el suministro
eléctrico diario suficiente y evitar la descarga excesiva de la batería.
Dado que los módulos
solares tienen una tensión nominal mayor que la de la batería, si no existiera
regulador se podrían producir sobrecargas. El motivo de que esta tensión
nominal de los paneles sea así se debe fundamentalmente a dos razones:
Ø Asegurar la carga
correcta de la batería. Para ello la tensión VOC del panel deberá ser
mayor que la tensión nominal de la batería.
El esquema de conexión
del regulador en una instalación será el siguiente:
Acumuladores. Tipos de baterías:
La llegada de la
energía solar a los módulos fotovoltaicos no se produce de manera uniforme,
sino que presenta variaciones por diferentes motivos. Algunas de estas
variaciones son predecibles, como la duración de la noche o las estaciones del
año, pero existen otras muchas causas que pueden producir alteraciones de
manera aleatoria en la energía recibida, como puede ocurrir con un aumento de
la nubosidad en un determinado instante.
Este hecho hace
necesario utilizar algún sistema de almacenamiento de energía para aquellos
momentos en que la radiación recibida sobre el generador fotovoltaico no sea capaz
de hacer que la instalación funcione en los valores diseñados. Para ello se
utilizarán las baterías o acumuladores.
Las baterías son
dispositivos capaces de transformar la energía química en eléctrica. El funcionamiento
en una instalación fotovoltaica será el siguiente:
El
inversor:
El inversor se encarga
de convertir la corriente continua de la instalación en corriente alterna,
igual a la utilizada en la red eléctrica: 220 V de valor eficaz y una
frecuencia de 50 Hz.
Es un elemento
imprescindible en las instalaciones conectadas a red, y estará presente en la
mayoría de instalaciones autónomas, sobre todo en aquellas destinadas a la
electrificación de viviendas.
En el caso de una
instalación conectada a red, el esquema que se seguiría es el representado:
Como vemos, la
principal diferencia entre las dos instalaciones es que en las autónomas se
cuenta con los acumuladores para almacenar la energía y los reguladores de
carga de los mismos, mientras que, en las instalaciones conectadas a la red, la
energía no se almacena, sino que se pone a disposición de los usuarios a través
de la red eléctrica según se produce. En este tipo de instalaciones existirán
equipos de medida, tanto de la energía que se vende a la red eléctrica como del
propio consumo de la instalación productora.
Las características deseables
para un inversor DC/AC las podemos resumir de la siguiente manera:
Alta
eficiencia:
debe funcionar bien para un amplio rango de potencias.
• Bajo consumo en vacío, es decir, cuando no hay cargas conectadas.
• Alta fiabilidad: resistencia a los picos de arranque.
• Protección contra cortocircuitos.
• Seguridad.
• Buena regulación de la tensión y frecuencia de salida, que como ya
hemos comentado debe ser compatible con la red eléctrica.
Algunos inversores
funcionan también como reguladores de carga de las baterías. En este caso no
sería necesario incluir el regulador en la instalación.
Podemos observar el
cableado, y los colores estándares utilizados en las conexiones. Así, en la
parte de continua, para el polo positivo.
utilizaremos cable de
color rojo, y para el negativo, cable de color negro. En la parte de alterna,
tendremos tres conductores:
• El de color amarillo verde para la
conexión a tierra.
• El de color azul para el neutro de la
instalación.
• El de color marrón para la fase.
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