Sistema de paneles solares
INSTALACION DE UN PANEL SOLAR, O DE UN SISTEMA DE PANELES SOLARES
El Sol es una fuente de energía abundante e inmediatamente disponible. Un sistema fotovoltaico, más familiarmente conocido como paneles solares, captura la energía solar y la convierte en electricidad aprovechable.
De hecho, los sistemas fotovoltaicos deben ser una parte importante de nuestras vidas. Los sistemas fotovoltaicos simples alimentan muchos artículos de bajo consumo, como calculadoras y relojes de pulsera. Los sistemas más sofisticados alimentan satélites de comunicaciones y bombas de agua, y también aparatos eléctricos y luces en las casas y en los lugares de trabajo. Los sistemas FV (fotovoltaicos) son una fuente de energía renovable que puede instalarse fácilmente, incluso en casas ya construidas.
Instalar un sistema fotovoltaico (FV) en su casa, su oficina o en otro tipo de edificios, si bien es cierto en Nicaragua no es factible económicamente para la mayoría de la población por los altos costos que requiere esta inversión, es factible para los sectores pudientes, pero no se utiliza en eso sectores, por que es la costumbre usar lo convencional y somos gente de costumbres. Esto, sí es una regla. La excepción a la regla sería la de crear una legislación y la reglamentación para que se use como un programa de cuido al medio ambiente y de evitar al máximo el uso de de combustibles fósiles y sus derivados.
Todavía no tenemos una cultura generalizada en lo medioambiental, lo ecológico, ni contamos con un sistema de gobierno que le dé importancia a estos asuntos. Más bien, en la actualidad, para los que rigen las políticas de energía se torna imperativo el consumo de los derivados del petróleo, dada la importancia que tiene este producto para los programas de desarrollo en prácticamente todos los escenarios de la vida nacional, y es normal que se realicen proyectos en base al petróleo, porque es lo que está más cerca, lo más rentable, lo más fácil, y lo que puede dar paso a la generación de otros proyectos de desarrollo, Los acuerdos del “ALBA”, le dan una tónica de mucha importancia al consumo de los derivados del petróleo y al desarrollo de mayor generación eléctrica con plantas que utiliza como fuente primaria, los derivados del petróleo.
No hay una política de apoyo a las escuelas técnicas y universidades, ni una institución del estado que procure no sólo la gestión de paneles solares, sino la construcción de los mismos.
Que la pequeña y media industria encuentre financiamiento para este tipo de actividades es un serio reto para cualquier gobierno, esta tarea es de mayor factibilidadsi los organismos de la sociedad civil toman conciencia de esta obligación ciudadana.
Cualquier órgano, gubernamental o no, debe contar el con apoyo financiero de organismos mundiales dedicados a la implementación de la energía solar fotovoltaica.
Con un sistema FV, tendremos una planta productora de energía eléctrica silenciosa y respetuosa con el medio ambiente. Elegir un sistema FV constituye igualmente un gesto significativo en favor de la responsabilidad ecológica y de la energía sostenible. La tecnología FV jugará también un rol importante en el abastecimiento de nuestras necesidades energéticas en el futuro.
Al instalar tales sistemas, se debe realizar un breve análisis de eficiencia energética, se debe invertir en aislamiento térmicos en ventanas y muros o en el empleo de electrodomésticos e iluminación de bajo consumo.
Un punto importante a tener en cuenta es que, para que un sistema FV sea lo más efectivo posible, una casa o edificio debe ser ya eficiente energéticamente. Cuanta menos energía use el edificio o la casa, menos paneles FV serán necesarios, y por lo tanto, menor será la inversión inicial.
Los sistemas fotovoltaicos (FV) convierten la luz solar directamente en electricidad, mediante el uso de lo que es conocido como “células solares”. Una célula solar está hecha de material semiconductor dispuesto en dos capas: P y N. Cuando la radiación del sol incide en la célula fotovoltaica en forma de luz solar, la línea de separación entre P y N actúa como un diodo. Los fotones con suficiente energía que inciden en la célula provocan que los electrones pasen de la capa P a la capa N. Un exceso de electrones se acumula en el lado N mientras que en el lado P se produce un déficit. La diferencia entre la cantidad de electrones es la diferencia de potencial o voltaje, que puede ser usado como una fuente de energía. Con tal de que la luz siga incidiendo en el panel, la diferencia de potencial se mantiene, incluso en días nublados, debido a la radiación difusa de luz.
La cantidad de energía eléctrica que un sistema fotovoltaico produce depende principalmente de dos factores:
• la cantidad de luz solar incidente;
• la eficiencia del sistema fotovoltaico para convertir esa luz en electricidad.
El rendimiento de un panel está especificado conforme a normas (principalmente la IEC 61215). Las condiciones de ensayo son para una potencia luminosa de 1 KW/m2, y una temperatura de la célula de 25 0C. La eficiencia de una placa fotovoltaica de silicio cristalino disminuye un 0,5 % por cada grado Celsius por encima de la temperatura estándar de 25 0C. Se requiere una ventilación adecuada en la parte trasera de los módulos. A la hora de determinar el emplazamiento de los módulos, la exposición al viento u otras corrientes de refrigeración es una consideración importante. En el campo de la energía fotovoltaica no se expresa la potencia instalada de un sistema en vatios (W), sino en vatios-pico (Wp).
Un sistema FV residencial permite al dueño de la casa generar una parte o la totalidad de su demanda diaria de energía eléctrica en su propio tejado, generando durante el día un exceso de producción, que podrá normalmente ser utilizado por la noche. En el caso en que la casa disponga de una conexión a la red eléctrica pública todo el tiempo, los excesos de producción se pueden volcar a la red (así como las necesidades nocturnas pueden absorberse de la red). Los sistemas FV pueden también incluir una batería de reserva o un sistema de alimentación ininterrumpida (SAI) para hacer funcionar los circuitos seleccionados en la residencia durante horas o durante días ante cortes en la red. Existen también sistemas FV que se encuentran integrados a la edificación (BIPV). En este caso, las instalaciones FV son parte de la infraestructura existente, o están integradas a la estructura construida de la residencia, oficina o edificio industrial. Los sistemas FV montados en el tejado, por ejemplo, son considerados una aplicación integrada en el edificio. En muchas aplicaciones, la energía eléctrica generada a partir de energía solar se inyecta en la red interna del edificio. Los tres componentes principales de un sistema FV, son las células fotovoltaicas y paneles (A), el inversor (B), y el contador que registra la cantidad de energía producida(C). Para sistemas FV sin conexión a la red (D), también llamados sistemas FV autónomos, las baterías (E) son también un componente necesario (Esquema arriba).-
Descripción general de un sistema FV
Normalmente, las células fotovoltaicas se fabrican a partir de silicio monocristalino o policristalino. La eficiencia de las células monocristalinas es significativamente mayor que aquellas de silicio multicristalino o policristalino. El silicio monocristalino se produce a partir de lingotes de un único cristal, mientras que la fabricación del multicristalino comienza con la fusión del material, seguida de un proceso de solidificación con una determinada orientación de la estructura cristalina, lo que da lugar a bloques multicristalinos.
Tecnología para células FV
Para fabricar células FV, los lingotes de silicio o los bloques son cortados en delgadas láminas. Típicamente, las células cristalinas miden 10x10 o 12.5x12.5 cm2. El color de una célula de silicio multicristalina es el llamado “steel blue” (un tono de azul que parece de acero), mientras que el silicio monocristalino es de color antracita. Encima de las células, se instala una pantalla de conductores de aluminio.
Un módulo fotovoltaico es la unidad básica de construcción de cualquier sistema FV. Un módulo FV consiste en células interconectadas entre si y selladas con un recubrimiento de vidrio y un respaldo impermeable. Los módulos se construyen con marcos adecuados para su posterior montaje. Un módulo FV contiene entre 48 y 72 células conectadas en serie; módulos FV típicos son 0,8 x 1,2 m2 y 0,8 x 1,6 m2, que corresponde aproximadamente desde 80 a 150 Wp, y la media de peso de un módulo FV es de aproximadamente 12 Kg/m2.
Dos o más módulos pueden ser pre-cableados juntos para instalarse como una unidad llamada panel solar o panel FV. Se pueden añadir paneles FV según se incremente la necesidad de producción de energía eléctrica.
Inversor
Las células fotovoltaicas y módulos generan corriente continua (CC). Dado que la mayoría de los electrodomésticos usan corriente alterna (CA), el inversor se usa para convertir la corriente continua en alterna, adecuando también la frecuencia y la tensión a la red local. Los inversores para aplicaciones fotovoltaicas incluyen funciones de control para optimizar la potencia de salida, a la que nos referiremos como MPPT (maxium power point tracking). La potencia de salida es igual a la tensión multiplicada por la corriente (P=V x I), y la función MPPT continuamente ajusta la impedancia de la carga para garantizar la potencia óptima.
En el pasado, se utilizaba un único inversor para una matriz o sistema FV completo. Actualmente, la práctica común es instalar un inversor por cada línea de módulos, o incluso dotar a cada módulo de su propio inversor, un proceso al que también nos referimos como crear “módulos CA”.
Para reducir las pérdidas entre los paneles FV y el inversor, se recomienda que éste se sitúe lo más cerca posible de los paneles FV. Además, asegúrese de que dicho inversor está suficientemente refrigerado y no lo exponga a la luz solar directa.
Equipo de medida
Para garantizar que el sistema FV esté funcionado correctamente, se recomienda tener una medida de la producción del sistema FV. El contador registra la cantidad de electricidad (kWh) producida por el sistema. Tenga en cuenta que en algunas instalaciones, se usa un único contador: la lectura del contador decrece cuando la potencia está siendo generada, y aumenta cuando la potencia está siendo consumida. Hay, sin embargo, varias configuraciones disponibles de medición, cada una con sus ventajas e inconvenientes. En última instancia, corresponde a compañía eléctrica local aprobar la configuración.
Conexión a la red
Depende del tamaño (Wp) de la instalación FV: las unidades más pequeñas se pueden conectar directamente a un enchufe eléctrico, mientras que las unidades más grandes se pueden conectar al contador donde los cables de la red pública entran en la casa.
Baterías
Los sistemas FV con baterías de almacenamiento están especialmente indicados en zonas donde no hay oferta de suministro eléctrico disponible o bien éste no es fiable. La capacidad de almacenar la energía eléctrica generada por el sistema FV, lo hace una fuente de energía fiable ya sea de día o de noche, llueva o haga sol. Los sistemas FV con baterías pueden ser diseñados para alimentar equipos que utilicen corriente continua o alterna. Las personas que usan equipos convencionales de corriente alterna, deben añadir un inversor entre las baterías y la carga. Los sistemas FV con baterías de almacenamiento se utilizan en todo el mundo para suministrar electricidad a luces, sensores, aparatos de grabación, interruptores, electrodomésticos, teléfonos y televisores.
Diseño e instalación de sistemas FV
Una de las principales ventajas es que pueden ser fácilmente integrados en el edificio o las casas ya existentes. Los sistemas FV son modulares y se pueden instalar en cualquier lugar. Además, este tipo de sistemas no producen ruido, emisiones nocivas ni gases contaminantes, y lo más importante, la energía producida es gratuita. Los fabricantes disponen de modelos variados, que pueden ser instalados en diversos tipos de casas y edificios.
Diseño
La cantidad de electricidad que producen los paneles es aproximadamente proporcional a la intensidad y al ángulo de la luz que incide. Los paneles, por lo tanto, son posicionados para aprovechar al máximo la luz disponible dentro de las limitaciones de su colocación. La potencia máxima se obtiene cuando los paneles son capaces de realizar el seguimiento de los movimientos del Sol durante el día y a lo largo de las distintas estaciones del año. Este tipo de instalaciones (con seguidor) se montan en campo, usando un poste de acero sobre una base de hormigón. Los seguidores montados en el tejado son raros de encontrar porque pueden dar lugar a problemas estructurales.
La inclinación óptima para los sistemas FV varía con la latitud. En el hemisferio norte la orientación óptima de los módulos FV es hacia el sur, y lo contrario para el hemisferio sur. Tomemos el ejemplo del hemisferio norte. Si la orientación no es hacia el sur, pero es, por ejemplo, hacia el sureste o el suroeste, la producción de electricidad se reduce en unos pocos puntos porcentuales.
Podemos calcular el tamaño del sistema FV, dependiendo del tipo de células. La potencia instalada con células de silicio cristalino es de aproximadamente 100 Wp/m2 y de 50 Wp/m2 con células de película delgada.
El rendimiento de la producción del sistema se ve también afectado por factores tales como:
Sombra: uno de los principales factores que afectan al diseño y al emplazamiento de un nuevo sistema FV es que esté libre de obstáculos que produzcan sombra en partes del sistema FV. Árboles, chimeneas y otros salientes, son obstáculos bien conocidos que pueden conducir a pérdidas por sombra en sistemas FV montados en el tejado.
El problema es que las células FV con sombra actúan como unas resistencias muy grandes, disipando la electricidad generada por las restantes, sin sombra. Esto se observa a través de la alta temperatura (“hot spot”) en los módulos a la sombra en un sistema parcialmente sombreado. Frecuentemente, los ciclos de alta temperatura acortan la vida útil de la célula y el módulo. Actualmente, la mayoría de los fabricantes de módulos suministran sus productos con diodos de “bypass” para evitar que un módulo total o parcialmente en sombra disipe la energía generada en otros módulos de la cadena.
Condiciones estándar de prueba: el rendimiento de un sistema solar FV es evaluado por los fabricantes bajo condiciones estándar de prueba. Estas condiciones son fácilmente recreadas en fábrica y hacen posible comparaciones consistentes entre productos; sin embargo, necesitan ser modificadas para estimar la producción en condiciones de operación normales al aire libre.
Temperatura: la potencia de salida de los módulos se reduce cuando la temperatura del módulo se incrementa (0,5% por cada grado Celsius).
Desajustes de módulos y Pérdidas en el cableado: la máxima potencia de salida del conjunto total FV es siempre menor que la suma de las máximas potencias de salida de los módulos individualmente. La diferencia es el resultado de las ligeras diferencias entre los rendimientos de un módulo y el siguiente, y es conocido como “desajuste del módulo”. También se pierde potencia por la resistencia en los conductores del sistema.
Pérdidas en la conversión de corriente continua (DC) a corriente alterna (AC): la potencia generada en continua por el módulo solar deber ser convertida en la corriente alterna. Se pierde algo de potencia en el proceso de conversión, y hay también una pérdida adicional en los conductores que van desde los módulos del tejado hasta el inversor.
Instalaciones residenciales
Los módulos fotovoltaicos pueden ser integrados en materiales para techar o montados en el suelo o sobre barras. Independientemente del montaje, la estructura debe ser estable y duradera, y ser capaz de soportar los módulos y resistir el viento, lluvia, granizo y otras condiciones exteriores.
Las aplicaciones de los sistemas FV en el mundo de la construcción, así como en instalaciones en el suelo, son múltiples y cada una requiere un tipo específico de integración o estructura de soporte. Se ha desarrollado una amplia gama de productos para la instalación de módulos FV. Particularmente, en el mundo de la construcción, las estructuras de montaje y soporte son diseñadas de tal manera que el sistema FV esté totalmente integrado en el edificio y contribuya a su estética y valor arquitectónico. Hay disponibles estructuras de apoyo de sistemas FV para fachadas, techos inclinados, techos planos, y hay también “tejas FV”, que pueden utilizarse en sustitución de las tejas tradicionales.
A menudo, el sitio más adecuado para colocar un conjunto FV es el tejado de un edificio. El conjunto FV se puede montar por encima y en paralelo a la superficie del tejado y con una separación de varios centímetros para la refrigeración. En algunos casos, como en los techos planos, se monta una estructura separada en el tejado con un ángulo mas cercano al óptimo. Cuando se considera una instalación FV montada en el tejado, debe prestarse atención al revestimiento del tejado.
Funcionamiento y mantenimiento
El funcionamiento y mantenimiento de un sistema FV es simple y no requiere un gran mantenimiento. Los sistemas FV no tienen partes móviles que puedan desgastarse, estropearse o que tengan que ser reemplazadas. El funcionamiento de los sistemas FV debe ser comprobado mediante la medida de la energía (kWh) producida por el sistema. Dependiendo de la cantidad de suciedad y polvo acumulada, los paneles solares deber ser limpiados anualmente (en la mayoría de los países europeos, la cantidad de precipitaciones anuales es suficiente para limpiar la suciedad y el polvo de los paneles solares). También se debe garantizar que el sistema FV se mantenga libre de sombra durante su vida útil; el crecimiento de árboles y la construcción de nuevas casas, por ejemplo, pueden dar lugar a que el sistema FV quede sombreado.
Las baterías de los sistemas FV sí requieren de un mantenimiento. Las baterías usadas en los sistemas FV son similares a las baterías de los coches, pero están diseñadas de modo diferente para permitir que la mayoría de su carga sea usada cada día. Las baterías diseñadas para proyectos FV plantean los mismos riesgos y demandan las mismas precauciones en el manejo y almacenamiento que las baterías de automóvil. No deben ser expuestas a un clima extremadamente frío y el fluido en baterías no selladas debe ser comprobado periódicamente.
Costes y beneficios
Junto con los costes de inversión, la evaluación económica de los sistemas FV incluye otros aspectos que también deben tenerse en cuenta:
1. Reducción de los costes anuales de la electricidad debido a la producción de ésta por los sistemas FV. Las expectativas para el futuro del precio de la electricidad deben tenerse en cuenta igualmente.
2. Posibles programas de apoyo para los sistemas FV por parte del Gobierno: por ejemplo, subvenciones e incentivos fiscales. En muchos casos la electricidad producida es comprada a precio bonificado. En caso de instalaciones aisladas existen a menudo ayudas a la inversión.
3. Costes derivados de economizar otros materiales de construcción gracias al uso de módulos FV.
4. Costes debidos a la contaminación por el CO2 producido al generar la energía eléctrica: para los sistemas FV ese coste es cero.
La mayoría de los sistemas FV no tienen que satisfacer el 100% de las necesidades de energía de su hogar. Si sus recursos financieros son limitados, puede iniciar con una instalación pequeña, instalar un sistema FV que satisfaga, por ejemplo, el 25% de su consumo anual, o incluso menor. Como el coste de estos sistemas va en descenso, puede incrementar gradualmente el tamaño de su sistema. Por otra parte, este ejemplo no tiene en cuenta las subvenciones para la inversión en sistemas fotovoltaicos ni el alto precio al que la electricidad se puede vender a la red.
Beneficios adicionales:
Ahorro de espacio en la instalación: la tecnología FV es simple, de bajo riesgo, y puede ser instalada en cualquier sitio donde haya luz, en el tejado o en la fachada;
Aumento de la eficiencia de la red eléctrica: si la energía se genera cerca del punto de consumo, las pérdidas en la red eléctrica disminuyen. También puede reducir o posponer la inversión en la red, por ejemplo, durante el verano, cuando el uso de los equipos de aire acondicionado aumenta en los hogares. De esta manera, los sistemas FV pueden reducir el pico de carga en las redes causado por el uso del aire acondicionado.
Menores costes de servicio: después de su inversión inicial, la factura mensual se verá reducida; después de todo, la luz del sol es gratis;
Protección del clima: los sistemas FV no emiten absolutamente nada de dióxido de carbono durante su funcionamiento;
Seguridad de suministro: si usa un sistema con baterías de almacenamiento, su sistema FV puede funcionar aunque no se suministre electricidad de la red.
De hecho, los sistemas fotovoltaicos deben ser una parte importante de nuestras vidas. Los sistemas fotovoltaicos simples alimentan muchos artículos de bajo consumo, como calculadoras y relojes de pulsera. Los sistemas más sofisticados alimentan satélites de comunicaciones y bombas de agua, y también aparatos eléctricos y luces en las casas y en los lugares de trabajo. Los sistemas FV (fotovoltaicos) son una fuente de energía renovable que puede instalarse fácilmente, incluso en casas ya construidas.
Instalar un sistema fotovoltaico (FV) en su casa, su oficina o en otro tipo de edificios, si bien es cierto en Nicaragua no es factible económicamente para la mayoría de la población por los altos costos que requiere esta inversión, es factible para los sectores pudientes, pero no se utiliza en eso sectores, por que es la costumbre usar lo convencional y somos gente de costumbres. Esto, sí es una regla. La excepción a la regla sería la de crear una legislación y la reglamentación para que se use como un programa de cuido al medio ambiente y de evitar al máximo el uso de de combustibles fósiles y sus derivados.
Todavía no tenemos una cultura generalizada en lo medioambiental, lo ecológico, ni contamos con un sistema de gobierno que le dé importancia a estos asuntos. Más bien, en la actualidad, para los que rigen las políticas de energía se torna imperativo el consumo de los derivados del petróleo, dada la importancia que tiene este producto para los programas de desarrollo en prácticamente todos los escenarios de la vida nacional, y es normal que se realicen proyectos en base al petróleo, porque es lo que está más cerca, lo más rentable, lo más fácil, y lo que puede dar paso a la generación de otros proyectos de desarrollo, Los acuerdos del “ALBA”, le dan una tónica de mucha importancia al consumo de los derivados del petróleo y al desarrollo de mayor generación eléctrica con plantas que utiliza como fuente primaria, los derivados del petróleo.
No hay una política de apoyo a las escuelas técnicas y universidades, ni una institución del estado que procure no sólo la gestión de paneles solares, sino la construcción de los mismos.
Que la pequeña y media industria encuentre financiamiento para este tipo de actividades es un serio reto para cualquier gobierno, esta tarea es de mayor factibilidadsi los organismos de la sociedad civil toman conciencia de esta obligación ciudadana.
Cualquier órgano, gubernamental o no, debe contar el con apoyo financiero de organismos mundiales dedicados a la implementación de la energía solar fotovoltaica.
Con un sistema FV, tendremos una planta productora de energía eléctrica silenciosa y respetuosa con el medio ambiente. Elegir un sistema FV constituye igualmente un gesto significativo en favor de la responsabilidad ecológica y de la energía sostenible. La tecnología FV jugará también un rol importante en el abastecimiento de nuestras necesidades energéticas en el futuro.
Al instalar tales sistemas, se debe realizar un breve análisis de eficiencia energética, se debe invertir en aislamiento térmicos en ventanas y muros o en el empleo de electrodomésticos e iluminación de bajo consumo.
Un punto importante a tener en cuenta es que, para que un sistema FV sea lo más efectivo posible, una casa o edificio debe ser ya eficiente energéticamente. Cuanta menos energía use el edificio o la casa, menos paneles FV serán necesarios, y por lo tanto, menor será la inversión inicial.
Los sistemas fotovoltaicos (FV) convierten la luz solar directamente en electricidad, mediante el uso de lo que es conocido como “células solares”. Una célula solar está hecha de material semiconductor dispuesto en dos capas: P y N. Cuando la radiación del sol incide en la célula fotovoltaica en forma de luz solar, la línea de separación entre P y N actúa como un diodo. Los fotones con suficiente energía que inciden en la célula provocan que los electrones pasen de la capa P a la capa N. Un exceso de electrones se acumula en el lado N mientras que en el lado P se produce un déficit. La diferencia entre la cantidad de electrones es la diferencia de potencial o voltaje, que puede ser usado como una fuente de energía. Con tal de que la luz siga incidiendo en el panel, la diferencia de potencial se mantiene, incluso en días nublados, debido a la radiación difusa de luz.
La cantidad de energía eléctrica que un sistema fotovoltaico produce depende principalmente de dos factores:
• la cantidad de luz solar incidente;
• la eficiencia del sistema fotovoltaico para convertir esa luz en electricidad.
El rendimiento de un panel está especificado conforme a normas (principalmente la IEC 61215). Las condiciones de ensayo son para una potencia luminosa de 1 KW/m2, y una temperatura de la célula de 25 0C. La eficiencia de una placa fotovoltaica de silicio cristalino disminuye un 0,5 % por cada grado Celsius por encima de la temperatura estándar de 25 0C. Se requiere una ventilación adecuada en la parte trasera de los módulos. A la hora de determinar el emplazamiento de los módulos, la exposición al viento u otras corrientes de refrigeración es una consideración importante. En el campo de la energía fotovoltaica no se expresa la potencia instalada de un sistema en vatios (W), sino en vatios-pico (Wp).
Un sistema FV residencial permite al dueño de la casa generar una parte o la totalidad de su demanda diaria de energía eléctrica en su propio tejado, generando durante el día un exceso de producción, que podrá normalmente ser utilizado por la noche. En el caso en que la casa disponga de una conexión a la red eléctrica pública todo el tiempo, los excesos de producción se pueden volcar a la red (así como las necesidades nocturnas pueden absorberse de la red). Los sistemas FV pueden también incluir una batería de reserva o un sistema de alimentación ininterrumpida (SAI) para hacer funcionar los circuitos seleccionados en la residencia durante horas o durante días ante cortes en la red. Existen también sistemas FV que se encuentran integrados a la edificación (BIPV). En este caso, las instalaciones FV son parte de la infraestructura existente, o están integradas a la estructura construida de la residencia, oficina o edificio industrial. Los sistemas FV montados en el tejado, por ejemplo, son considerados una aplicación integrada en el edificio. En muchas aplicaciones, la energía eléctrica generada a partir de energía solar se inyecta en la red interna del edificio. Los tres componentes principales de un sistema FV, son las células fotovoltaicas y paneles (A), el inversor (B), y el contador que registra la cantidad de energía producida(C). Para sistemas FV sin conexión a la red (D), también llamados sistemas FV autónomos, las baterías (E) son también un componente necesario (Esquema arriba).-
Descripción general de un sistema FV
Normalmente, las células fotovoltaicas se fabrican a partir de silicio monocristalino o policristalino. La eficiencia de las células monocristalinas es significativamente mayor que aquellas de silicio multicristalino o policristalino. El silicio monocristalino se produce a partir de lingotes de un único cristal, mientras que la fabricación del multicristalino comienza con la fusión del material, seguida de un proceso de solidificación con una determinada orientación de la estructura cristalina, lo que da lugar a bloques multicristalinos.
Tecnología para células FV
Para fabricar células FV, los lingotes de silicio o los bloques son cortados en delgadas láminas. Típicamente, las células cristalinas miden 10x10 o 12.5x12.5 cm2. El color de una célula de silicio multicristalina es el llamado “steel blue” (un tono de azul que parece de acero), mientras que el silicio monocristalino es de color antracita. Encima de las células, se instala una pantalla de conductores de aluminio.
Un módulo fotovoltaico es la unidad básica de construcción de cualquier sistema FV. Un módulo FV consiste en células interconectadas entre si y selladas con un recubrimiento de vidrio y un respaldo impermeable. Los módulos se construyen con marcos adecuados para su posterior montaje. Un módulo FV contiene entre 48 y 72 células conectadas en serie; módulos FV típicos son 0,8 x 1,2 m2 y 0,8 x 1,6 m2, que corresponde aproximadamente desde 80 a 150 Wp, y la media de peso de un módulo FV es de aproximadamente 12 Kg/m2.
Dos o más módulos pueden ser pre-cableados juntos para instalarse como una unidad llamada panel solar o panel FV. Se pueden añadir paneles FV según se incremente la necesidad de producción de energía eléctrica.
Inversor
Las células fotovoltaicas y módulos generan corriente continua (CC). Dado que la mayoría de los electrodomésticos usan corriente alterna (CA), el inversor se usa para convertir la corriente continua en alterna, adecuando también la frecuencia y la tensión a la red local. Los inversores para aplicaciones fotovoltaicas incluyen funciones de control para optimizar la potencia de salida, a la que nos referiremos como MPPT (maxium power point tracking). La potencia de salida es igual a la tensión multiplicada por la corriente (P=V x I), y la función MPPT continuamente ajusta la impedancia de la carga para garantizar la potencia óptima.
En el pasado, se utilizaba un único inversor para una matriz o sistema FV completo. Actualmente, la práctica común es instalar un inversor por cada línea de módulos, o incluso dotar a cada módulo de su propio inversor, un proceso al que también nos referimos como crear “módulos CA”.
Para reducir las pérdidas entre los paneles FV y el inversor, se recomienda que éste se sitúe lo más cerca posible de los paneles FV. Además, asegúrese de que dicho inversor está suficientemente refrigerado y no lo exponga a la luz solar directa.
Equipo de medida
Para garantizar que el sistema FV esté funcionado correctamente, se recomienda tener una medida de la producción del sistema FV. El contador registra la cantidad de electricidad (kWh) producida por el sistema. Tenga en cuenta que en algunas instalaciones, se usa un único contador: la lectura del contador decrece cuando la potencia está siendo generada, y aumenta cuando la potencia está siendo consumida. Hay, sin embargo, varias configuraciones disponibles de medición, cada una con sus ventajas e inconvenientes. En última instancia, corresponde a compañía eléctrica local aprobar la configuración.
Conexión a la red
Depende del tamaño (Wp) de la instalación FV: las unidades más pequeñas se pueden conectar directamente a un enchufe eléctrico, mientras que las unidades más grandes se pueden conectar al contador donde los cables de la red pública entran en la casa.
Baterías
Los sistemas FV con baterías de almacenamiento están especialmente indicados en zonas donde no hay oferta de suministro eléctrico disponible o bien éste no es fiable. La capacidad de almacenar la energía eléctrica generada por el sistema FV, lo hace una fuente de energía fiable ya sea de día o de noche, llueva o haga sol. Los sistemas FV con baterías pueden ser diseñados para alimentar equipos que utilicen corriente continua o alterna. Las personas que usan equipos convencionales de corriente alterna, deben añadir un inversor entre las baterías y la carga. Los sistemas FV con baterías de almacenamiento se utilizan en todo el mundo para suministrar electricidad a luces, sensores, aparatos de grabación, interruptores, electrodomésticos, teléfonos y televisores.
Diseño e instalación de sistemas FV
Una de las principales ventajas es que pueden ser fácilmente integrados en el edificio o las casas ya existentes. Los sistemas FV son modulares y se pueden instalar en cualquier lugar. Además, este tipo de sistemas no producen ruido, emisiones nocivas ni gases contaminantes, y lo más importante, la energía producida es gratuita. Los fabricantes disponen de modelos variados, que pueden ser instalados en diversos tipos de casas y edificios.
Diseño
La cantidad de electricidad que producen los paneles es aproximadamente proporcional a la intensidad y al ángulo de la luz que incide. Los paneles, por lo tanto, son posicionados para aprovechar al máximo la luz disponible dentro de las limitaciones de su colocación. La potencia máxima se obtiene cuando los paneles son capaces de realizar el seguimiento de los movimientos del Sol durante el día y a lo largo de las distintas estaciones del año. Este tipo de instalaciones (con seguidor) se montan en campo, usando un poste de acero sobre una base de hormigón. Los seguidores montados en el tejado son raros de encontrar porque pueden dar lugar a problemas estructurales.
La inclinación óptima para los sistemas FV varía con la latitud. En el hemisferio norte la orientación óptima de los módulos FV es hacia el sur, y lo contrario para el hemisferio sur. Tomemos el ejemplo del hemisferio norte. Si la orientación no es hacia el sur, pero es, por ejemplo, hacia el sureste o el suroeste, la producción de electricidad se reduce en unos pocos puntos porcentuales.
Podemos calcular el tamaño del sistema FV, dependiendo del tipo de células. La potencia instalada con células de silicio cristalino es de aproximadamente 100 Wp/m2 y de 50 Wp/m2 con células de película delgada.
El rendimiento de la producción del sistema se ve también afectado por factores tales como:
Sombra: uno de los principales factores que afectan al diseño y al emplazamiento de un nuevo sistema FV es que esté libre de obstáculos que produzcan sombra en partes del sistema FV. Árboles, chimeneas y otros salientes, son obstáculos bien conocidos que pueden conducir a pérdidas por sombra en sistemas FV montados en el tejado.
El problema es que las células FV con sombra actúan como unas resistencias muy grandes, disipando la electricidad generada por las restantes, sin sombra. Esto se observa a través de la alta temperatura (“hot spot”) en los módulos a la sombra en un sistema parcialmente sombreado. Frecuentemente, los ciclos de alta temperatura acortan la vida útil de la célula y el módulo. Actualmente, la mayoría de los fabricantes de módulos suministran sus productos con diodos de “bypass” para evitar que un módulo total o parcialmente en sombra disipe la energía generada en otros módulos de la cadena.
Condiciones estándar de prueba: el rendimiento de un sistema solar FV es evaluado por los fabricantes bajo condiciones estándar de prueba. Estas condiciones son fácilmente recreadas en fábrica y hacen posible comparaciones consistentes entre productos; sin embargo, necesitan ser modificadas para estimar la producción en condiciones de operación normales al aire libre.
Temperatura: la potencia de salida de los módulos se reduce cuando la temperatura del módulo se incrementa (0,5% por cada grado Celsius).
Desajustes de módulos y Pérdidas en el cableado: la máxima potencia de salida del conjunto total FV es siempre menor que la suma de las máximas potencias de salida de los módulos individualmente. La diferencia es el resultado de las ligeras diferencias entre los rendimientos de un módulo y el siguiente, y es conocido como “desajuste del módulo”. También se pierde potencia por la resistencia en los conductores del sistema.
Pérdidas en la conversión de corriente continua (DC) a corriente alterna (AC): la potencia generada en continua por el módulo solar deber ser convertida en la corriente alterna. Se pierde algo de potencia en el proceso de conversión, y hay también una pérdida adicional en los conductores que van desde los módulos del tejado hasta el inversor.
Instalaciones residenciales
Los módulos fotovoltaicos pueden ser integrados en materiales para techar o montados en el suelo o sobre barras. Independientemente del montaje, la estructura debe ser estable y duradera, y ser capaz de soportar los módulos y resistir el viento, lluvia, granizo y otras condiciones exteriores.
Las aplicaciones de los sistemas FV en el mundo de la construcción, así como en instalaciones en el suelo, son múltiples y cada una requiere un tipo específico de integración o estructura de soporte. Se ha desarrollado una amplia gama de productos para la instalación de módulos FV. Particularmente, en el mundo de la construcción, las estructuras de montaje y soporte son diseñadas de tal manera que el sistema FV esté totalmente integrado en el edificio y contribuya a su estética y valor arquitectónico. Hay disponibles estructuras de apoyo de sistemas FV para fachadas, techos inclinados, techos planos, y hay también “tejas FV”, que pueden utilizarse en sustitución de las tejas tradicionales.
A menudo, el sitio más adecuado para colocar un conjunto FV es el tejado de un edificio. El conjunto FV se puede montar por encima y en paralelo a la superficie del tejado y con una separación de varios centímetros para la refrigeración. En algunos casos, como en los techos planos, se monta una estructura separada en el tejado con un ángulo mas cercano al óptimo. Cuando se considera una instalación FV montada en el tejado, debe prestarse atención al revestimiento del tejado.
Funcionamiento y mantenimiento
El funcionamiento y mantenimiento de un sistema FV es simple y no requiere un gran mantenimiento. Los sistemas FV no tienen partes móviles que puedan desgastarse, estropearse o que tengan que ser reemplazadas. El funcionamiento de los sistemas FV debe ser comprobado mediante la medida de la energía (kWh) producida por el sistema. Dependiendo de la cantidad de suciedad y polvo acumulada, los paneles solares deber ser limpiados anualmente (en la mayoría de los países europeos, la cantidad de precipitaciones anuales es suficiente para limpiar la suciedad y el polvo de los paneles solares). También se debe garantizar que el sistema FV se mantenga libre de sombra durante su vida útil; el crecimiento de árboles y la construcción de nuevas casas, por ejemplo, pueden dar lugar a que el sistema FV quede sombreado.
Las baterías de los sistemas FV sí requieren de un mantenimiento. Las baterías usadas en los sistemas FV son similares a las baterías de los coches, pero están diseñadas de modo diferente para permitir que la mayoría de su carga sea usada cada día. Las baterías diseñadas para proyectos FV plantean los mismos riesgos y demandan las mismas precauciones en el manejo y almacenamiento que las baterías de automóvil. No deben ser expuestas a un clima extremadamente frío y el fluido en baterías no selladas debe ser comprobado periódicamente.
Costes y beneficios
Junto con los costes de inversión, la evaluación económica de los sistemas FV incluye otros aspectos que también deben tenerse en cuenta:
1. Reducción de los costes anuales de la electricidad debido a la producción de ésta por los sistemas FV. Las expectativas para el futuro del precio de la electricidad deben tenerse en cuenta igualmente.
2. Posibles programas de apoyo para los sistemas FV por parte del Gobierno: por ejemplo, subvenciones e incentivos fiscales. En muchos casos la electricidad producida es comprada a precio bonificado. En caso de instalaciones aisladas existen a menudo ayudas a la inversión.
3. Costes derivados de economizar otros materiales de construcción gracias al uso de módulos FV.
4. Costes debidos a la contaminación por el CO2 producido al generar la energía eléctrica: para los sistemas FV ese coste es cero.
La mayoría de los sistemas FV no tienen que satisfacer el 100% de las necesidades de energía de su hogar. Si sus recursos financieros son limitados, puede iniciar con una instalación pequeña, instalar un sistema FV que satisfaga, por ejemplo, el 25% de su consumo anual, o incluso menor. Como el coste de estos sistemas va en descenso, puede incrementar gradualmente el tamaño de su sistema. Por otra parte, este ejemplo no tiene en cuenta las subvenciones para la inversión en sistemas fotovoltaicos ni el alto precio al que la electricidad se puede vender a la red.
Beneficios adicionales:
Ahorro de espacio en la instalación: la tecnología FV es simple, de bajo riesgo, y puede ser instalada en cualquier sitio donde haya luz, en el tejado o en la fachada;
Aumento de la eficiencia de la red eléctrica: si la energía se genera cerca del punto de consumo, las pérdidas en la red eléctrica disminuyen. También puede reducir o posponer la inversión en la red, por ejemplo, durante el verano, cuando el uso de los equipos de aire acondicionado aumenta en los hogares. De esta manera, los sistemas FV pueden reducir el pico de carga en las redes causado por el uso del aire acondicionado.
Menores costes de servicio: después de su inversión inicial, la factura mensual se verá reducida; después de todo, la luz del sol es gratis;
Protección del clima: los sistemas FV no emiten absolutamente nada de dióxido de carbono durante su funcionamiento;
Seguridad de suministro: si usa un sistema con baterías de almacenamiento, su sistema FV puede funcionar aunque no se suministre electricidad de la red.
