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La energía fotovoltaica es la transformación directa de la radiación solar en electricidad. Esta transformación se produce en unos dispositivos denominados paneles fotovoltaicos. En los paneles fotovoltaicos, la radiación solar excita los electrones de un dispositivo semiconductor generando una pequeña diferencia de potencial. La conexión en serie de estos dispositivos permite obtener diferencias de potencial mayores.
Para las células fotovoltaicas, una rejilla semiconductora recibe un tratamiento químico especial para formar un campo eléctrico, positivo en un lado y negativo en el otro. Cuando la luz solar incide en la célula, los electrones son desplazados del material semiconductor.
Si ponemos conductores eléctricos tanto del lado positivo como del negativo de la rejilla, formando un circuito eléctrico, los electrones pueden ser capturados en forma de electricidad.
Esta electricidad puede ser utilizada para suministrar energía a una carga, por ejemplo para encender una bombilla. La conjunción de varias células conectadas eléctricamente entre si y montadas en una estructura de apoyo o marco, se llama módulo fotovoltaico.
Varios módulos pueden ser conectados unos con otros para formar un campo solar. Los módulos producen electricidad en corriente continua, pudiendo ser conectados en serie o en paralelo para conseguir el voltaje que se requiera.
Sistemas conectados a red
En las instalaciones de conexión a la red eléctrica de distribución la energía producida por los módulos es transformada a corriente alterna con la misma tensión y frecuencia que la red eléctrica para ser inyectada a ella.
El autoconsumo, tal como se puede apreciar en la imagen inferior, consiste en aprovechar la energía generada por los paneles fotovoltaicos en cada momento para reducir el consumo de electricidad.
Es el mismo caso que el anterior, pero, este tipo de autoconsumo nos permite utilizar la red eléctrica como una batería inagotable. Es decir, con el Autoconsumo por Balance Neto o “Net Metering”, se realiza un balance neto de energía (se resta a la energía consumida, la energía FV inyectada). Será apto para PYMES y particulares, hasta 100KW.
Sistemas aislados de la red
En el caso de electrificación de lugares aislados de la red eléctrica de distribución la energía producida por los módulos pasa por un regulador de carga y se almacena en baterías, también llamadas acumuladores. El convertidor, en caso de ser necesario, se encarga de transformar la corriente continua de las baterías en corriente alterna para abastecer los consumos. La potencia de los módulos se mide en vatios-pico (Wp). La capacidad de almacenamiento de energía de las baterías se denomina en amperios-hora (Ah) y la capacidad de regulación de carga en amperios (A).
El consumo de energía se determina vatios-hora (Wh) y la potencia necesaria en convertidor en vatios (W). Según la energía consumida se determinan los elementos que deben componer una instalación.
Se llama autonomía del sistema a la cantidad de días que se pueden abastecer los consumos sin que las baterías reciban carga, es decir que los módulos no reciban nada de luz solar.
Algunas de las múltiples ventajas de la energía solar fotovoltaica son:
La producción está basada en el fenómeno físico denominado «efecto fotovoltaico», que básicamente consiste en convertir la luz solar en energía eléctrica por medio de unos dispositivos semiconductores denominados células fotovoltaicas. Estas células están elaboradas a base de silicio puro (uno de los elementos más abundantes, componente principal de la arena) con adición de impurezas de ciertos elementos químicos (boro y fósforo), y son capaces de generar cada una corriente de 2 a 4 Amperios, a un voltaje de 0,46 a 0,48 Voltios, utilizando como fuente la radiación luminosa. Las células se montan en serie sobre paneles o módulos solares para conseguir un voltaje adecuado. Parte de la radiación incidente se pierde por reflexión (rebota) y otra parte por transmisión (atraviesa la célula). El resto es capaz de hacer saltar electrones de una capa a la otra creando una corriente proporcional a la radiación incidente. La capa antirreflejo aumenta la eficacia de la célula.
Los paneles fotovoltaicos se pueden colocar tanto en la cubierta de una edificación como sobre soportes en el suelo, seguidores solares, estructuras para dar sombra, etc. No obstante, se aconseja buscar la mayor integración posible con el entorno.
Debe buscarse un sitio donde la temperatura sea templada, evitando los lugares fríos o expuestos a las temperaturas bajas. Es preciso también evitar temperaturas inferiores a 0 grados ya que entonces la resistencia interna de las baterías aumenta mucho.
Teniendo en cuenta que el panel carece de partes móviles y que las células y los contactos van encapsulados en una robusta resina sintética, se consigue una muy buena fiabilidad junto con una larga vida útil, del orden de 30 años o más. Además si una de las células falla, esto no afecta al funcionamiento de las demás, y la intensidad y voltaje producidos pueden ser fácilmente ajustados añadiendo o suprimiendo células.
Es de las más beneficiosas; un sistema FV no contamina ni contribuye al calentamiento global.
Básicamente, no; constituye 26% de la corteza del planeta.
Las obleas (wafers) se obtienen a partir del corte de los lingotes de silicio (Si-c) en partes más pequeñas, y al final en obleas delgadas. La tecnología de corte está desarrollada a partir de multihilos abrasivos, que cada vez adquieren espesores más finos, y que antes eran > 0,3 mm. En estos momentos los líderes tecnológicos logran industrialmente espesores de 0,16 mm, y < 0,1 mm a nivel experimental en los laboratorios. La tendencia industrial en los próximos años es continuar disminuyendo hasta menos de 0,1 mm, lo que constituye otro elemento que también seguirá reflejándose en la disminución del costo del Wp.
Los paneles van protegidos en su cara exterior con vidrio templado, que permite aguantar condiciones meteorológicas muy duras tales como el hielo, la abrasión, cambios bruscos de temperatura, o los impactos producidos por el granizo. Una prueba estándar para su homologación consiste en lanzar (con un cañon neumático) una bola de hielo de dimensiones y consistencia preestablecidas al centro del cristal.
Se considera como tal la energía consumida producida por instalaciones conectadas con la red de distribución a través de la red interior de un consumidor (“aguas abajo del contador”). Para que se produzca el consumo propio es necesario la conexión a la red interior.
Existen dos tipos: Total: la energía producida se consume íntegramente en la red interior en la cual se produce. Parcial: parte de la energía producida no se consume en la red interior y se vuelca a la red de distribución
El REBT aprobado por el Real Decreto 842/2002 define tres tipos de instalaciones:
«Las Instalaciones Generadoras se clasifican, atendiendo a su funcionamiento respecto a la Red de Distribución Pública, en:
La sección HE5 del CTE establece lo siguiente: “Para instalaciones conectadas, aún en el caso de que éstas no se realicen en un punto de conexión de la compañía de distribución, serán de aplicación las condiciones técnicas que procedan del Real Decreto 1663/2000, así como todos aquellos aspectos aplicables de la legislación vigente.”
El CTE contempla la posibilidad de conectar las instalaciones solares fotovoltaicas ubicadas en edificios en un punto de conexión que no pertenezca a la compañía distribuidora lo que sucede en las instalaciones destinada a autoconsumo total o parcial.
Teniendo en cuenta que es necesario realizar un estudio técnico de las necesidades para las instalaciones aisladas, o de las posibilidades y producción de las instalaciones conectadas a la red, es conveniente ponerse en contacto con algún instalador de energía solar fotovoltaica para diseñar el sistema idóneo y confeccionar el presupuesto de la instalación.
Los paneles fotovoltaicos están compuestos por células fotovoltaicas de silicio mono-cristalino o poli-cristalino. La diferencia entre una y otra radica en el procedimiento de fabricación. Las células de silicio mono-cristalino se obtienen a partir de silicio muy puro, que se refunde en un crisol junto con una pequeña proporción de boro. Una vez que el material se encuentra en estado líquido se le introduce una varilla con un «cristal germen» de silicio, que se va haciendo recrecer con nuevos átomos procedentes del líquido, que quedan ordenados siguiendo la estructura del cristal. De esta forma se obtiene una mono-cristal dopado, que luego se corta en obleas de aproximadamente 3 décimas de milímetro de grosor. Estas obleas se introducen después en hornos especiales, dentro de los cuales se difunden átomos de fósforo que se depositan sobre una cara y alcanzan una cierta profundidad en su superficie. Posteriormente, y antes de realizar la serigrafía para las interconexiones superficiales, se recubren con un tratamiento anti reflexivo de bióxido de titanio o zirconio.
En las células poli-cristalinas, en lugar de partir de un mono cristal, se deja solidificar lentamente sobre un molde la pasta de silicio, con lo cual se obtiene un sólido formado por muchos pequeños cristales de silicio, que pueden cortarse luego en finas obleas poli-cristalinas.
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