Si estás aquí es porque sientes curiosidad por la energía solar, lo cuál nos alegra enormemente. En este post vamos a resumir y tratar de ser claros y sencillos en la descripción de como funciona un panel o placa solar fotovoltaica.
Lo primero es saber que hay dos tipos de paneles solares que no debemos confundir:
- Panel solar fotovoltaico
Es el que se encarga de convertir la radiación solar en energía eléctrica, siempre es voltaje continuo (CC) que suele ser de 12V, 24V o 48V. - Panel solar térmico o mejor llamado colector solar.
Calientan el agua que se consume en una vivienda tanto para lavar platos o ducharse como para la calefacción, a veces calienta el agua directamente y lo habitual es que caliente un circuito independiente de agua con alcohol o similar que transmite el calor al agua que se consume. También se usan para calentar el agua de las piscinas.
El milagro de convertir luz en electricidad
El Sol es una inmensa bomba nuclear, en ese proceso permanente se genera la radiación que es una forma de energía electromagnética que se traslada en forma de luz. Nosotros apenas vemos solo un espectro de esa luz y de la radiación en si misma, hay rayos UVA, UVC, UVB, etc. Esa energía es enviada desde el Sol hacia todas partes y por supuesto a la Tierra.
La radiación solar es imprescindible para la vida en la Tierra, gracias a ella las plantas pueden hacer la fotosíntesis o se dan las estaciones climáticas. También es muy importante para la formación del viento. La radiación solar choca con la Tierra y esta la refleja hacia el espacio o la absorbe. El encargado de transportar la radiación es el fotón.
Por otro lado esta el silicio que es el material principal con el que se fabrican los paneles solares. El silicio es muy abundante en la Tierra, pero procesarlo para su uso en energía solar es costoso y contaminante. Para hacernos una idea, ese mismo panel tardará aproximadamente dos años produciendo en buenas condiciones, en generar la energía que se requirió para su fabricación. Es verdad que es mucho tiempo, pero hay que considerar que ese panel va a generar energía por 25 o 30 años, lo que lo hace claramente ventajoso. Pero lo cierto es que la vida útil no se sabe aún con certeza, los paneles solares más antiguos tienen 40 años y siguen funcionando, a excepción de los que fueron fabricados con mala calidad. A los 25 años suelen producir un 80% de su potencia.
Entonces tenemos por un lado a un fotón cargado de radiación que nos llega a la Tierra durante todo el año y por otro lado a un panel fabricado con celdas de silicio que tienen una peculiaridad, cuando un fotón impacta bajo ciertas condiciones sobre ellas liberan electrones, que son la electricidad.
Los paneles solares tienen una capa expuesta al Sol (capa o zona tipo N) que esta cargada de electrones, cuando reciben la radiación comienzan a vibrar, debajo esta la capa tipo P que esta por así decirlo, llena de huecos donde se recogen los electrones que se desplazan de la zona N.
La célula fotovoltaica es la unidad de un panel, se fabrican una a una. Pueden ser de tres tipos:
- Monocristalino, son las mejores. Es una sola cristalización resultado del proceso de elaboración. Pueden llegar a un 20% de rendimiento energético (De 1000 W de irradiación solar sobre m2 en la Tierra, apenas se aprovechan 200W), que como veis es bastante pobre a pesar de las tecnologías actuales. En los colectores solares (Calentar agua) hay rendimientos de hasta un 95%. La potencia pico(W/P) es el máximo de producción que puede generar un panel solar.
- Policristalinas, con un rendimiento que puede llegar hasta un 15%.
- Amorfo, son las peores. rendimiento hasta un 10%.
Una sola celda en condiciones óptimas genera aproximadamente unos 0’5 voltios, aunque esto va a depender del tamaño de la celda. Las celdas se conectan entre sí para hacer la suma de la energía generada conformando el panel fotovoltaico. Suelen tener entre 50 y 100 celdas, pero este depende mucho del fabricante y del uso que se vaya a dar a los paneles. La corriente que generan es siempre corriente continua, como la que da una pila. Los electrodomésticos que tenemos en casa funcionan con energía alterna, para poder consumir esta energía precisaremos del inversor.
¿Por que algunos paneles llevan un vidrio?
Las celdas del panel fotovoltaico producen más energía lógicamente si están limpias y los fotones del Sol chocan sin nada que se interponga. Los cristales cumplen con esa función, mantienen a las celdas limpias de polvo y las protegen del granizo y otras inclemencias del clima. Suelen ser vidrios templados de 3 o 4 mm de espesor preparados para soportar las diferencias de temperatura. Se suelen fabricar con vidrio de muy alta transmisividad para que la luz los traspase con facilidad.
El panel se protege con un marco de aluminio bien sellado para evitar oxidaciones.
Los conectores MC4
Los paneles fotovoltaicos se conectan entre si mediante el uso de conectores MC4. El término MC4 significa: conector multi-contacto de 4mm de diámetro.
Los conectores deben ser muy duraderos, seguros, resistentes a los rayos UV y mantener un buen enlace con una resistencia mínima a bajos y altos voltajes de hasta 1000-1500V debido a las severas condiciones climáticas a las que están expuestos los paneles.
Antes de conectar los paneles, debemos asegurarnos que los conectores son los mismos. De no serlos, puede provocar la entrada de agua y la formación de arcos eléctricos que pueden quemar los conectores.
Regulador de carga
La función de este elemento es cargar o descargar de forma adecuada la energía producida por los paneles fotovoltaicos y la acumulada en las baterías. El regulador cumple con el acometido de proteger las baterías y tratar de que estas tengan la mayor vida útil posible. Se pueden conectar directamente al inversor o a las baterías, o simultáneamente ambas conexiones. Tienen capacidad para recibir voltaje (Tensión máxima de entrada) de diferentes valores de los paneles solares, igualmente con el amperaje. Suelen recibir tensión y amperaje de diferentes rangos y los sacan estables para no dañar las baterías o el inversor. Para controlar la producción y el consumo llevan pantallas propias o conexiones a una exterior. Suelen indicar el nivel de carga de las baterías, la producción en tiempo real, producción acumulada, etc.
Baterías o acumuladores
Las baterías solares no son las tradicionales como las que lleva un coche. Una batería de un coche se puede descargar hasta un 20% (Profundidad de descarga) y una solar hasta un 60%. Si se descargan más es muy posible que se dañen. Dan una corriente estable y más potente que la que generan los paneles solares. Permiten almacenar la electricidad generada y recurrir a ella por ejemplo en las noches o días nublados.
El inversor
Los paneles solares como hemos visto, generan la electricidad en corriente continua, pero nuestros electrodomésticos, bombillas, etc. consumen en corriente alterna (110V, 220V). Para que la energía que estamos produciendo la podamos utilizar en casa, hay que transformarla de corriente continua a alterna, de esta tarea se encarga el inversor. A este elemento dedicamos un post en nuestro blog que te recomendamos que leas y lo conozcas con más profundidad. Aquí solo lo mencionamos como un elemento indispensable para tu instalación. Es una de las partes más caras de una instalación y escoger el adecuado, proyectando que no se quede corto en el futuro pero que tampoco ese sobredimensionado para no pagar por algo que no explotarás, es fundamental.
Información técnica a considerar cuando compres paneles solares
Cuando se compra un panel solar, la ficha técnica suele estar llena de datos incomprensibles, pero hay unos cuantos que son importantes y que debes de conocer y valorar:
- Corriente de cortocircuito (ISC): valor de la corriente que circula cuando la tensión en los terminales de la placa es nula, V = 0. Además de esto, es la máxima corriente que se podría llegar a obtener (en un caso ideal) de la placa cuando trabaja como generador. En términos entendibles, este valor lo que indica es la corriente máxima (Amperios) si cortocircuitamos el panel, imaginaros que conectamos un amperímetro (Apenas tiene resistencia) directamente al negativo y positivo del panel, ese valor sería el ISC.
- Tensión de circuito abierto (VOC): la mayor tensión que se puede obtener de la placa cuando trabaja como generador.
- Punto de máxima potencia (PM): punto de trabajo en el que la potencia entregada por la placa fotovoltaica a la carga externa, es máxima. Es el máximo de potencia que rendiría un panel recibiendo el máximo de radiación (1Kw/m2).
- Factor de forma (FF, del inglés, Fill Factor): la relación entre la potencia máxima (o el producto de la corriente y la tensión en el punto de máxima potencia) y el producto de ISC y VOC. Su valor es más alto cuanto mejor es la célula.
- Eficiencia: relación entre la potencia eléctrica entregada por el panel solar y la potencia de la radiación que incide sobre él.
La ubicación y orientación de los paneles solares.
Aunque es un tema que por su importancia tiene un post dedicado, mencionar que el objetivo siempre en una instalación es conseguir que de acuerdo a la ubicación geográfica que nuestros paneles se beneficien del máximo de radiactividad posible. Para ello esta claro que lo ideal es que no tengan sombras que incidan sobre ellos a lo largo del recorrido del Sol. Pero también es importante orientarlos de forma que el Sol este durante más tiempo incidiendo verticalmente sobre ellos.
Aplicaciones
Los paneles fotovoltaicos hoy en día se usan para infinidad de cosas, desde iluminar señalización en las carreteras donde no llega la red eléctrica, linternas, calculadoras, cámaras de exterior, viviendas, bombas de agua, etc.
Te recomendamos que leas todos los posts de nuestro blog, si lo haces, es muy posible que consigamos nuestro objetivo de que estés apto para poder hacerte tu mismo la instalación de los paneles solares en tu casa o negocio.
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