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.

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