ENERGÍA SOLAR

Paneles fotovoltaicos

Paneles fotovoltaicos

¿Que es un panel fotovoltaico?

Un módulo fotovoltaico (Fv) no es más que un arreglo de celdas so-lares individuales conectadas eléctricamente entre sí, para de esta manera sumar la potencia de salida de cada una. Las celdas solares son encapsuladas para ser protegidas del ambiente y para que los usuarios sean también protegidos de posibles accidentes eléctricos. Un conjunto de celdas solares conectadas entre sí conforman un panel solar fotovoltaico.

Un sistema de paneles EV consiste en múltiples módulos fotovoltaicos interconectados entre sí.

SISTEMAS FOTOVOLTAICOS

Paneles fotovoltaicos

De manera general los sistemas fotovoltaicos, pueden ser clasificados en sistemas autónomos o en sistemas conectados a red. Otras clasificaciones son establecidas, como sistemas distribuidos, concentrados, híbridos o multihíbridos. En general, los sistemas distribuidos se refieren a pequeños sistemas donde la potencia producida por el sistema se encuentra en el rango de unos cientos de watts hasta algunos kilowatts, los cuales no están interconectados entre ellos, mientras que los sistemas concentrados son sistemas fotovoltaicos con un gran número de paneles interconectados entre sí con potencias que pueden ir desde algunas decenas de kilowatts hasta varios megawatts y la potencia general obtenida por el sistema se distribuye a varios usuarios.

Sistemas fotovoltaicos conectados a red

Paneles fotovoltaicos

Los sistemas fotovoltaicos conectados a la red eléctrica (sFcR) constituyen una de las aplicaciones de la energía solar fotovoltaica esta recibiendo mucha atención  en los últimos años, dado su elevado potencial de utilización en zonas urbanizadas próximas a la red eléctrica.

Estos sistemas están compuestos por un generador fotovoltaico que se encuentra conectado a la red eléctrica convencional a través de un inversor, produciéndose un intercambio energético entre la red eléctrica y el sistema fotovoltaico. Así, el sistema inyecta energía en la red cuando su producción supera al consumo local, y extrae energía de ella en caso contrario.

Generando un ahorro en gasto de pago de luz a sus respectivo proveedor de corriente eléctrica.

Instalación de paneles solares fotovoltaicos

Paneles fotovoltaicos

  1. Debe establecerse un margen de seguridad que corresponde a las perdidas en el cableado, perdidas en conexiones, variaciones en el consumo previstos inicialmente, etc. En principio pueden estimarse 15% para mayoría de los casos.
  2. El inversor posee una eficiencia, que es la relación entre la energía que se aporta al inversor y la que realmente es disponible para el consumo. El inversor tiene un consumo propio constante y un rendimiento variable en función de la carga a la que suministre energía. En principio si no se dispone de informaciones más precisas puede tomare como valor medio de la eficiencia el 90 por ciento.

Una vez conocido el consumo energético se tendrá que evaluar número de paneles fotovoltaicos a instalar que garanticen dicho sumo. La radiación solar que recibe un panel solar fotovoltaico va depender de las condiciones climáticas del lugar, en donde el angulo de inclinación del panel respecto a los rayos solares juega un papel importante.

El cálculo exacto de la energía solar incidente va ser determinada por la ubicación geográfica es un complicado problema estadístico y físico, sin embargo, se pueden realizar aproximaciones ciertamente aceptables suponiendo que la energía recibida es la correspondiente a la media de la región en la que se instala el sistema fotovoltaico.

Para una optimización de la energía que se obtienen de los paneles, estos deben poseer una orientación adecuada.

A continuación “lo se presentarán los dos casos más usuales”:

1.Orientación fija durante todo el año con un ángulo de inclinación en dependencia de la latitud en donde se instalarán los paneles, por ejemplo en la latitud más 20° los paneles tendrán una inclinación entre los 25° y 42° (México se encuentra aproximadamente entre los 15° y los 32′ de latitud norte desde la frontera sur hasta la frontera norte).

Los paneles deberán estar orientados perfectamente hacia el sur (en el caso de hemisferio norte), aunque puede permitirse ciertas variaciones. En casos excepcionales de sombras de edificios, montañas, grandes árboles, bosques, etc.

Podrán orientarse al sureste y variar su inclinación dependiendo del entorno.

2.Orientación fija con dos posiciones a lo largo del año. Estas se caracterizan por ángulos de inclinación sobre la horizontal de 5° durante los meses entre abril y septiembre, ambos incluidos, y de 30 a 50° durante el resto del año. También como en el caso anterior, se puede admitir un cierto margen en la orientación respecto al Sur.

La función de los módulos solares es recargar diariamente estas baterías o acumuladores. El tipo de acumuladores utilizados en los arreglos fotovoltaicos son los llamados de ciclo profundo, pueden ser como los tradicionales de plomo ácido o preferiblemente las baterías selladas libres de mantenimiento.

 No se deben usar acumuladores automotores ya que no están diseñados para este propósito.

Los acumuladores de ciclo profundo para los sistemas fotovoltaicos están construidos para ser descargados lentamente durante muchas horas, sin ser recargados completamente por varios días o semanas, sin que por ello sufran daños y se reduzca su vida útil.

El voltaje de las baterías se mide y se toma como factor principal para estimar el estado de carga, además del voltaje, algunos controladores miden la temperatura de la batería. Es muy importante el uso de un controlador de carga para incrementar la vida útil de su banco de baterías.

Existen algunos que incluso desconectan la carga cuando la batería está por descargarse. Algunos factores a tener en cuenta para determinar el número de acumuladores son:

  1. Los días de autonomía, que significa el tiempo que podrá funcionar la instalación sin recibir la radiación solar necesaria para cubrir el consumo energético. Este parámetro está fuertemente condicionado por las características climáticas del emplazamiento y por las necesidades de fiabilidad del suministro.Generalmente, para instalaciones de electrificación de viviendas rurales este factor puede ser de 3 a 4 días.

En general deben cumplirse los siguientes requisitos:

  1. Al trabajar con DC de muy baja tensión (12V, 24V), pero con corrientes relativamente altas, el área o sección del conductor debe ser grande, para disminuir la resistencia y evitar pérdidas en forma de calor que pueden dar problemas en la instalación, destruir los cables o incluso originar incendios.
  1. La sección de los cables se escoge para que las caídas mínimas de tensión estén por debajo de 3%. Otra norma a tener en cuenta es el tipo de forro o recubrimiento de los cables, el más aconsejado es un doble forro con protección a la radiación ultravioleta, para evitar degradación por largos tiempo expuestos al medio ambiente y la radiación solar.
  1. Es necesario minimizar en lo posible la longitud de los cables reduciendo la distancia entre los paneles solares, el regulador y las baterías.

Presentadas las consideraciones fundamentales y necesarias a tener cuenta para una instalación fotovoltaica, se procederá a continuación, como ejemplo y ejercicio a la vez, con los cálculos del consumo energético, de los paneles solares y las baterías de una escuela rural en las montañas que se alimenta de electricidad fotovoltaica y de una casa urbana.

 Aspectos económicos de los sistemas fotovoltaicos

El coste de una instalación de energía fotovoltaica depende de su tamaño, de si está conectada a la red o de si se trata de una instalación aislada, del tipo de semiconductor utilizado en la elaboración de las células y de las condiciones del mercado. Los costes globales en el mercado español han pasado de 9500 €/kWp ($193 080 MXN) en ‘1999 a 8000 €/kWp ($162 593 MXN) en el año 2004.

El precio de la energía eléctrica fotovoltaica surge de la contribución de los costes de inversión de capital y de los gastos de mantenimiento de las instalaciones. Los costes de capital de un sistema fotovoltaico se obtienen sumando al costo de los propios módulos fotovoltaicos, los costes de interconexión de los mismos para formar paneles, los de la estructura que los soporta, los del terreno en que se instalan (salvo si se instalan en tejados o fachadas de edificios) y los de los cimientos que los sustentan.

 También hay que tener en cuenta los gastos en el cableado, en los reguladores de carga, conectores e inversores y los costes de los sistemas de almacenamiento (acumuladores) o de conexión al tendido eléctrico general.

La inversión de capital inicial puede ser elevada, pero los costes de mantenimiento son bastante reducidos si se comparan con los de muchos otros sistemas de producción de energía, renovable o no.

 Impacto medioambiental de los sistemas fotovoltaicos

Paneles fotovoltaicos

En condiciones de operación normales, los sistemas fotovoltaicos son respetuosos con el medioambiente. En su funcionamiento no se producen emisiones de sustancias contaminantes líquidas o gaseosas, ni aparecen productos radiactivos.

Solamente en el caso de la utilización de Se2CuIn y de CdTe en la fabricación de las células se pueda producir contaminación con Cd y Se si se produce un incendio de los paneles. No existen ruidos, ni peligros asociados a la existencia de partes móviles, aunque puede haber peligro de descarga eléctrica, sobre todo si los módulos llegan a producir más de 50 voltios en corriente continua.

El impacto visual de los paneles solares que recubren tejados o facha-das pueden ser objeto de valoraciones estéticas positivas o negativas.

Mientras que las áreas de terreno que soportan paneles fotovoltaicos, y que por ello no pueden utilizarse para otros fines, no son comparables en extensión con las que se emplean en la edificación de plantas térmicas o nucleares. Los impactos más importantes se asocian con el proceso de fabricación de las células y módulos.

La consecuencia es que el balance energético es ahora claramente favorable a la generación de electricidad. En la actualidad se estima que una instalación basada en silicio monocristalino, que puede tener una vida útil de 25 años, genera la energía que se consumió en su fabricación en los dos primeros años.

Este período se reduce de 1 a 2 años cuando el sistema se basa en silicio amorfo. Estas cifras se irán reduciendo aún más a medida que se produzcan perfeccionamientos y cambios en los procesos de producción.

Conclusiones finales

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 Los sistemas fotovoltaicos ofrecen soluciones al suministro de energía eléctrica en viviendas y núcleos de población alejados de la red eléctrica general. En los países en desarrollo puede resultar la forma más económica de acceder a la utilización de aparatos eléctricos y pueden contribuir a resolver el problema de la escasez de agua para beber y para el riego, si se usan para accionar sistemas de bombeo.

En los países i-nás desarrollados, sobre todo en las zonas urbanas, donde las personas no están en casa durante durante la mayor parte de las horas en que luce el Sol y los sistemas fotovoltaicos funcionan, se produce un desfase entre la demanda de electricidad y su producción.

Si el sistema está conectado a la red, en vez de a baterías almacenadoras, el kWh vendido a la red general sería más barato que el que el usuario tendría que comprar al tener que utilizar la electricidad en horas en que su sistema fotovoltaico no este funcionado.

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