Diferencia entre panel monocristalino y policristalino

Para conseguir las celdas fotovoltaicas, primero tenemos que fundir silicio en lingotes, y cuando estos solidifican se laminan en obleas que posteriormente serán tratadas químicamente. Según el método seguido para la fundición del lingote se puede obtener un silicio con estructura monocristalina o policristalina, afectando al precio, la eficiencia, y las condiciones óptimas de funcionamiento:

Celdas monocristalinas

Se fabrican en lingotes cilíndricos, y requieren una velocidad de fundición lenta, por lo que el coste energético (y económico) es más elevado. Al obtener obleas con las esquinas redondeadas, el área de captación del panel es menor al existir más hueco entre ellas, sin embargo, su eficiencia es ligeramente superior a las policristalinas. Tienen poca tolerancia al sobrecalentamiento (su rendimiento disminuye con altas temperaturas), por lo que se suelen emplear en zonas con climas fríos y con tendencia a días nublados, ya que tienen mayor facilidad para captar la radiación solar.

Celda monocristalina

Celdas policristalinas

Se fabrican en lingotes rectangulares a una velocidad de fundición elevada, lo cual reduce la energía necesaria y con ello el coste de producción. Al tener forma rectangular, las obleas se ajustan mejor entre ellas, reduciendo los huecos y aumentando el área de captación del panel. Son menos sensibles al sobrecalentamiento, por lo que se suele emplear en climas cálidos.

Celda policristalina

Inversores

Es un elemento necesario ya que los paneles y las baterías suministran la energía en corriente continua, sin embargo, la energía que nosotros utilizamos en nuestras casas y negocios es corriente alterna. La misión del inversor es precisamente esa, transformar la corriente continua en alterna. Además, en instalaciones conectadas a la red eléctrica, sirve de nexo y de separación entre nuestro sistema fotovoltaico y la red.

Características técnicas de un inversor

Es imprescindible que todos los elementos de nuestro sistema trabajen en armonía, por ello debemos conocer las características de todas las partes que lo integran.

Tensión nominal: es el voltaje de entrada al inversor, por lo que deberá ser acorde con la tensión de trabajo de los paneles, a 12, 24, o 48 voltios.

Potencia nominal: es la capacidad de carga sostenida que puede soportar el inversor; dicho de otra forma, la cantidad de energía que podemos solicitarle de forma continuada.

Potencia pico: es la capacidad de carga puntual máxima que puede suministrar; hace referencia a la capacidad de sobrecargarse durante un breve periodo de tiempo en condiciones seguras.

Eficiencia: es la relación entre la potencia de entrada y de salida expresada en porcentaje. Durante el proceso de transformación, se pierde energía en forma de calor, por lo cual si un inversor tiene una eficiencia del 80%, quiere decir que el 20% de la energía que generan nuestros paneles se pierde, por ello, es importante gastar un poco más en un inversor de calidad que tenga un alto rendimiento, y así tendremos una instalación que requiera un menor número de paneles.

Tipos de inversores

Después de haber visto para qué sirven y en qué tenemos que fijarnos, pasaremos a ver los tipos de inversores existentes en el mercado, donde básicamente tenemos inversores centrales y los microinversores, analizando sus ventajas y desventajas, y en qué tipo de instalación encaja mejor cada uno de ellos. Por último veremos los optimizadores de potencia.

Inversor central o en cadena

Estos inversores están concebidos como unidad central de la instalación; los paneles solares van conectados entre sí, a una o varias líneas, y estás son las que llegan al inversor.

Ventajas de los inversores central

Sus ventajas básicamente surgen por su sencillez al constar únicamente de un elemento:

  • Es más económico que otras soluciones que requieren una configuración con más unidades.
  • Se puede colocar en zonas de fácil acceso, por lo que en caso de producirse averías se puede acceder a él sin complicaciones.
  • Es bastante sencilla la integración con otros elementos como baterías o la conexión con la red eléctrica, ya que todo se une en un mismo punto.

Desventajas de los inversores central

Pues al igual que las ventajas, los inconvenientes tienen la misma raíz:

  • Si el inversor falla se corta el suministro de energía al no poder usar la corriente continua que viene de nuestros paneles o baterías, y al no poder usar la energía de la red eléctrica.
  • Si un panel tiene problemas de sombras o de funcionamiento, puede afectar al rendimiento del resto de paneles.

Los inversores en centrales son recomendables en instalaciones en las que existan baterías o tengamos otros sistemas de generación eléctricas, como aerogeneradores, siempre que los paneles compartan orientación y no existan periodos de sombra durante el día.

Microinversores

En este caso, el inversor se encuentra integrado en el propio chasis del panel solar, proporcionando energía directamente para su uso (en corriente alterna).

Ventajas de los microinversores

  • Sí un panel presenta anomalías de funcionamiento, no lastra al resto de paneles de la instalación.
  • Se puede monitorear de forma independiente cada panel para ver si existe alguna irregularidad de producción y corregirla (sombras ocasionales de las que no éramos conscientes u orientación poco precisa).
  • Presentan un alto rendimiento, por lo que al disminuir las pérdidas se puede reducir el número de paneles.

Inconvenientes de los microinversores

  • Requieren un mayor desembolso que las otras opciones.
  • No se pueden conectar directamente con baterías, por lo que es necesario añadir más elementos que vuelvan a transformar la corriente de alterna a continua.
  • Difícil acceso en instalaciones sobre cubiertas o tejados no accesibles.

Estás instalaciones son recomendables si no tenemos baterías ni otras fuentes de generación eléctrica, como aerogeneradores, y además existen con zonas de sombra en algún momento del día sobre los paneles o tienen orientaciones distintas.

Optimizadores de potencia

Esta opción surge de hibridar los dos modelos de inversores, ya que existe un único inversor, pero se añade en cada placa un optimizador, el cual permite individualizar cada panel o grupo de paneles, mostrando la producción y pudiendo desconectar paneles en caso de fallo. Para que nos hagamos una idea, aquí tenemos el esquema de una instalación con optimizadores:

Ventajas de los optimizadores de potencia

  • Presenta las mismas ventajas que veíamos en los inversores centrales. Además, los optimizadores se pueden acoplar una instalación ya existente.
  • Respecto al precio, no son caros, y su instalación es sencilla.
  • Si un panel presenta anomalías de funcionamiento, no lastra al resto de paneles de la instalación.
  • Se puede monitorear de forma independiente cada panel para ver si existe alguna irregularidad de producción y corregirla (sombras ocasionales de las que no éramos conscientes u orientación poco precisa).

Desventajas de los optimizadores de potencia

  • Al añadir nuevos elementos en la instalación, se aumenta la probabilidad de que alguno pueda fallar, aunque todos los elementos suelen tener una garantía de 25 años, por lo que son bastante fiables.
  • Mayores pérdidas energéticas, entre un 0,5 y un 2%.
  • Al existir un único inversor, si falla se corta el suministro de energía al no poder usar la corriente continua que viene de los optimizadores de los paneles o de las baterías, ni podremos usarla de la red eléctrica.

En nuestra opinión, es la mejor alternativa para instalaciones en las que tengamos baterías u otros sistemas de generación eléctrica (como aerogeneradores), así como distintas orientaciones o sombras en algunos de los paneles.

Energía solar fotovoltaica

Desde que a finales del siglo XIX se descubriese el efecto fotovoltaico y se desarrollase la primera celda solar, basada en selenio, hasta el día de hoy, casi 150 años después, ha evolucionado bastante. Actualmente se emplean celdas de silicio, bastante más baratas y eficientes; quién nos iba a decir hace unos años, cuando salían las primeras calculadoras que funcionaban gracias a unas pequeñas células solares, que esa tecnología permitiría en el futuro climatizar una vivienda o cargar nuestros vehículos.

A diferencia de lo que algunas personas creen, el coste energético de producir un panel solar se amortiza con la electricidad que éste produce en 2 años de funcionamiento. Su vida útil pasa de los 30 años, considerando que la vida útil de un panel termina cuando la energía máxima que produce es inferior al 80% de la que generaba en origen, se trata de un sistema renovable con un balance energético bastante competitivo.

Cómo funciona un sistema solar fotovoltaico

Una idea que nos tiene que quedar clara, es que los paneles fotovoltaicos generan electricidad a partir de la luz del sol, no del calor, por lo que la producción es independiente de la temperatura.

A grandes rasgos, cuando el sol irradia sobre la cara de captación del panel, los fotones que contiene la luz entran en contacto con los electrones de la celda de silicio, produciendo un flujo de electrones, o lo que es lo mismo, electricidad. Un panel está formado por decenas de estas celdas conectadas entre sí; cuando una parte de la placa recibe sombra, está lastra al resto del panel, por lo que es muy importante realizar un estudio de sombras, el cual veremos más adelante. Si cubrimos una celda y no recibe absolutamente nada de luz, pasa a ser una resistencia que consume la energía que producen todas las celdas que estén conectadas a ella, por este motivo es muy importante realizar el mantenimiento y tener las placas limpias de hojas o excrementos de aves que puedan tapar parte de la superficie.

Lo anterior hace referencia al caso de una privación total de la luz, eso no implica que en días nublados o con niebla la placa no produzca; si hay luz para que podamos ver, el panel también tiene luz para poder producir, aunque no sea elevada la cantidad de energía que proporcione en estos casos.

Componentes de un sistema fotovoltaico

Vamos a ver las partes que intervienen y cuál es la función de cada una de ellas:

Panel fotovoltaico: recibe la luz solar y la transforma en energía eléctrica. Para saber más sobre la formación de las distintas celdas que existen, así como sus diferencias, y preferencias de instalación, puedes verlo en nuestro artículo sobre paneles monocristalinos y policristalinos.

Estructura: es el elemento metálico sobre el cual se fijan los paneles, evitando que se puedan soltar por el viento o que se muevan y pierdan la orientación. Puede ser una estructura plana, para colocarla sobre tejados o superficies con inclinación, o puede temer forma de cartabón, para instalarla sobre cubiertas planas o con poca pendiente, o directamente sobre el suelo.

Inversor: recibe la electricidad de los paneles, en corriente continua, y la transforma en corriente alterna para que pueda ser usada. Si quieres profundizar en los tipos de inversores que existen y sus características, puedes verlo en nuestro artículo sobre inversores y optimizadores.

Baterías: Almacenan la energía que no usamos para que podamos disponer de ella en cualquier momento. En función de nuestro modelo de consumidor, pueden ser o no necesarias, ya que podemos tener conexión a la red para verter el excedente de electricidad y consumirla cuando la necesitemos.

Instalación de paneles FV

Como hemos ido viendo, hay dos factores fundamentales a tener muy en cuenta para la instalación de paneles fotovoltaicos, éstos son la orientación y las sombras, pero además hay un tercer componente a la hora de realizar la instalación, que es el tipo de conexión que vamos a tener entre los paneles, que puede ser en serie, en paralelo, o mixta.

Orientación de paneles fotovoltaicos

Es uno de los factores más importantes para tener en cuenta, ya que el rendimiento del sistema depende de la optima incidencia del sol sobre la superficie de captación. Al ir variando el ángulo, si vamos a realizar la instalación con una posición fija (opción más común en instalaciones de particulares), lo más correcto es colocar los paneles en un ángulo igual a la latitud de la zona en la que se vaya a encontrar.

Para profundizar, en el artículo “Orientación de paneles solares y fotovoltaicos” hablamos más detalladamente sobre los distintos ángulos de incidencia y cómo evoluciona la posición del sol en cada periodo.

Sombras sobre paneles fotovoltaicos

Como hemos visto, el ángulo y la dirección del sol varía a lo largo del año, por lo que tendremos que tener presente la proyección de sombras durante todas las estaciones del año. A nivel de proyecto se utilizan cartas solares para el estudio de las sombras, pero con un poco de observación de la zona se puede intuir qué objetos nos pueden dar sombra.

Ahora bien, por qué cuando se habla de sombras, se hace tanto hincapié en eliminarlas, si porque le de sombra a una esquinita del panel tampoco pasa nada… ¿o sÍ? Pues esa esquinita, de un 5% de la superficie del panel, puede suponer que se pierda hasta la mitad de la producción del panel, así como del conjunto de paneles que puedan estar conectados a él (leer artículos sobre inversores para ver cómo evitarlo); y ¿por qué sucede esto? Como hemos visto en párrafos anteriores, el panel está formado por celdas conectadas entre sí, formando hileras, por lo que el rendimiento de cada hilera será igual al de la celda que menos produzca.

Por esto es esencial evitar las sombras, y si no es posible instalar los paneles sobre qué lado instalar los paneles

Conexiones entre paneles fotovoltaicos

Muchas son las dudas entre qué es mejor, si la conexión en paralelo o en serie, y la realidad es que la potencia que vamos a tener es la misma sea cual sea el modelo de conexión por el que optemos, aunque con matices.

En corriente continua (la que proporcionan nuestros paneles) tenemos que la potencia (w) = voltaje (V) * intensidad (A); y es precisamente ahí donde radica el cambio de cada conexión:

Conexión en paralelo de paneles solares

La conexión en paralelo consiste en conectar el polo positivo del panel con el polo positivo del siguiente, y conectando el polo negativo con el polo negativo del otro panel. De este modo se consigue mantener el voltaje, aumentando la intensidad de la instalación.

Conexión en serie de paneles solares

La conexión en serie consiste en conectar el polo positivo del panel con el polo negativo del siguiente, y conectando el polo negativo con el polo positivo del otro panel. De este modo se consigue aumentar el voltaje, manteniendo la intensidad de la instalación.

Conexión mixta o en serie-paralelo de paneles solares

En este caso, conectaremos grupos de paneles en serie, y posteriormente estas conexiones las uniremos en paralelo. En este caso se aumenta el voltaje y la intensidad.

En resumen:

Conexión en PARALELO Conexión en SERIE
Polo positivo con polo positivo
Polo negativo con polo negativo
Polo positivo con polo negativo
Polo negativo con polo positivo
Mantiene la tensión (voltios)
Aumenta la intensidad (amperios)
Aumenta la tensión (voltios)
Mantiene la intensidad (amperios)
2 paneles de 140w a 12 voltios
producirán 280w a 12 voltios
2 paneles de 300w a 24 voltios
producirán 300w a 48 voltios

Entonces, ¿Qué es mejor?, desde el punto de vista de la eficiencia, es mejor ir a mayores voltajes, ya que las pérdidas de energía al circular por el cableado disminuyen, sin embargo, si tenemos baterías u otros sistemas de generación como aerogeneradores, deberemos poner nuestros paneles a trabajar al voltaje requerido por el resto de elementos que integren la instalación.

Energía solar térmica

Si por algo destaca el sol es por estar caliente, a unos 5.500ºC, parte de esa radiación llega a nuestro planeta, y gracias a captadores solares podemos utilizarla para algo tan simple y tan útil como calentar agua. Si en los paneles fotovoltaicos hablábamos de que tienen una eficiencia de entre el 20% y el 25%, en este sistema podemos llegar al 85-90%, por lo que será preferible emplear este tipo de placas como soporte en calefacciones por agua (pásate por nuestro post sobre tipos de calefacción para profundizar en el tema), climatización de piscinas, y para el agua caliente sanitaria (ACS) o de consumo. Y es que es importante remarcar que producen energía tanto en invierno como en verano.

Tipos de placas o captadores solares

Placa plana

Se emplea para la producción de agua caliente de consumo y para calefacción. Es la más común por su precio económico, aunque su rendimiento es ligeramente inferior.

Componentes de una placa plana

Está formada por una carcasa de aluminio forrada internamente con aislamiento para evitar la pérdida de energía con el exterior de panel. En su interior encontramos una capa conductora de calor que transfiere la energía térmica a un entramado de tuberías, por las que circula el líquido, formado por: una tubería de cobre horizontal situada en la parte inferior (tubería principal de entrada), una serie de tubos verticales de menor diámetro (tuberías de ascensión), conectados a otro tramo horizontal de tubería en la parte superior (tubería principal de salida), por el que finalmente sale. En la cara de captación encontramos una lámina de vidrio de alta resistencia, que además de proteger al panel contra impactos, evita que parte de la radiación reflejada por los componentes del panel salga.

Detalle del interior de una placa plana
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Panel de tubos de vacío

Al igual que la placa plana, se emplea para la producción de agua caliente de consumo y para calefacción, aunque su eficiencia es mayor, al igual que su precio.

Componentes de un panel de tubos de vacío

En este caso tenemos una sucesión de tubos de vidrio conectados por la parte superior a un tanque. Estos cilindros están formados por un tubo exterior, de vidrio de alta resistencia, y un tubo interior, dejando entre ambos una cámara de vacío que funciona como aislamiento. En el interior del segundo tubo encontramos una lámina de absorción recubriendo al tubo de cobre que contiene el líquido, el cual, al calentarse asciende (el agua caliente tiene menor densidad que la fría) hasta un depósito situado en la parte superior.

Detalle de los tubos de un panel de tubos de vacío
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El líquido entra en el panel por la parte inferior del depósito, y al igual que ocurre dentro de los tubos, a medida que el fluido se va calentando asciende hasta la zona superior del tanque, donde se encuentra la salida.

Detalle del depósito de un panel de tubos de vacío
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Panel para la climatización de piscinas

Aunque este fin se puede llevar a cabo con cualquiera de los dos paneles anteriores, ya que en en verano se suele tener un excedente de energía, también existen placas específicas de uso restringido a este fin (están prohibidas para agua de consumo, ya que se suelen fabricar con Polietileno de uso agrícola); son considerablemente más económicas y aunque su eficiencia es menor al contar con unos elementos más simples, aún así resultan bastante válidas para cumplir con su objetivo.

Consisten en un entramado de tubos de PE; estos se pueden conectar directamente a la salida de la depuradora, para que impulse el agua por su interior, o bien a una bomba, normalmente movida por energía solar, que la hace funcionar cuando el sol está incidiendo sobre los paneles.

Panel para la climatización de piscinas

Aunque para la climatización de piscinas también existen lonas o mantas que se instalan en la superficie del vaso, el sistema de climatización por paneles resulta más práctico al no ser necesaria su retirada para poder usar la piscina.

Energía renovable. Un futuro necesario.

Antes de profundizar en los tipos de energías renovables creemos que es interesante repasar el marco energético actual que tenemos, para así comparar los beneficios de cada sistema de generación eléctrica.

¿De dónde procede la energía que consumimos?

En primer lugar, ¿Cuánta energía de la que consumimos proviene de fuentes renovables? Pues como podemos ver en el siguiente gráfico, varía bastante según dónde nos encontremos:

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Estos datos son del año 2017, a medida que los distintos organismos oficiales de cada región vayan proporcionando los datos del total del 2018, estableceremos una comparativa de la evolución de la producción.

A continuación detallamos la generación de energía en el caso de España, donde vemos que un 45,5% se obtiene mediante la combustión dederivados del petróleo y el carbón, un 21,5% de centrales nucleares, y el 32% procede de fuentes renovables:

Esto supone importar petróleo y gas desde miles de kilómetros, y crear cementerios nucleares para guardar los residuos; esta energía tiene que ser transportada desde las centrales eléctricas, hasta los núcleos de población donde va a ser consumida, en muchas ocasiones a bastante distancia del punto de generación, con las pérdidas de energía que esto conlleva. Todas estas operaciones reducen drásticamente la eficiencia, ya que para generar un vatio prácticamente hay que consumir otro.

Las energías renovables nos ofrecen un modelo de producción apartir de fuentes “que no se gastan”, planteando un sistema distribuido, con centrales de generación cercanas a los puntos de consumo, fácilmente escalables, pudiendo ampliarlo a medida que crecen las necesidades de la zona. Además nos permiten ser nuestros propios proveedores de energía; no podemos ponernos una central nuclear en el garaje, pero si instalar placas fotovoltaicas en el tejado.

Sistemas de generación de energías renovables

Antes de ver los distintos sistemas de energías renovables, nos gustaría hacer hincapié en la importancia de reducir el consumo de energíade nuestra vivienda o negocio, ya que cada vatio no gastado es un vatio que no tiene que ser generado, pudiendo reducir considerablemente el tamaño de la instalación. En el artículo “Reducir el consumo de energía, conceptos a tener en cuenta” encontrarás algunos métodos para hacerlo.

Los sistemas de generación de energías renovables son:

Solar fotovoltaica

Solar térmica

Eólica

Biomasa

Geotermia

Aerotermia

Hidráulica

Concentración solar

Para no hacer este artículo excesivamente denso, publicaremos un post explicando detalladamente cómo funciona cada sistema renovable.

Cada sistema funciona de forma distinta, requiere instalaciones distintas, algunos proporcionan energía térmica y otros energía eléctrica; tenemos un surtido variado y combinable de métodos para generar nuestra propia energía y apostar por un sistema distribuido, eficiente e ilimitado.