A continuación veremos los principales tipos de instalaciones fotovoltaicas que existen y los principales conceptos que debemos saber para comprender como funcionan .
Una instalación solar fotovoltaica nos permite obtener energía eléctrica a partir de la luz solar. Principalmente esta compuesta por tres partes:
- Sistema de generación: está constituido por los módulos fotovoltaicos y su circuito de conexión correspondiente, estos transforman la energía lumínica procedente del sol en corriente eléctrica continua a través del efecto fotovoltaico.
- Sistemas de conversión y almacenamiento: adaptan y almacenan la energía eléctrica procedente de los módulos fotovoltaicos según nuestras necesidades de consumo. Esta parte la constituyen reguladores, inversores y baterías.
- Instalación eléctrica de consumo: el la parte final de la instalación, constituye todo el circuido eléctrico donde se realiza el consumo de energía eléctrica, compuesto por el cableado, las protecciones y los receptores ( equipos eléctricos, electrodomésticos, iluminación, etc.).
TIPOS DE INSTALACIONES FOTOVOLTAICAS
Las instalaciones fotovoltaicas se dividen en dos grupos, las conectadas a red y las aisladas. Empezaremos por diferenciar las instalaciones conectadas a red, que como su nombre lo dice son aquellas que tienen conexión con la red eléctrica nacional:
Instalación de autoconsumo acogida a compensación
Este tipo de instalación consiste en utilizar la energía generada por nuestra instalación para cubrir nuestro consumo o parte de él, y el restante obtenerlo de la red, y en los momentos en los que generamos más energía de la que consumimos este excedente se inyecta en la red a cambio de una compensación. La compensación dependerá del contrato que hayamos realizado con la compañía, pueden ser; consumir una cantidad equivalente a la que hayamos inyectado anteriormente, una cuantía económica por cada kW/hora inyectado o un descuento en nuestra factura.
El esquema de la instalación es el siguiente:
Instalación fotovoltaica de autoconsumo con acumulación en baterías
En esta instalación consumimos la energía que generamos y cuando se produce un exceso de generación se almacena en las baterías para consumirla en momentos que no hay generación o cuando esta es insuficiente (de noche, días nublados, etc.). No obstante seguimos en conexión con la red, por si agotamos la energía almacenada en la batería poder seguir consumiendo. Este tipo de instalación tiene la ventaja de que si se producen cortes de luz disponemos de la energía almacenada en la batería como equipo auxiliar hasta que se reestablezca la de la red, sin embargo hay que hacer una mayor inversión para la instalación de las baterías.
El esquema de la instalación es el siguiente:
Instalación fotovoltaica de autoconsumo sin excedentes
Instalación que cuando hay un exceso de generación no se inyecta a la red, pero si está conectada a ella para tomar energía en caso de necesidad. En ellas se coloca un dispositivo antivertido que evita la inyección del sobrante de energía a la vez que comunica al inversor que no genere más de la necesaria. Este tipo de instalaciones se realiza cuando la legislación no permite inyectar a la red.
El esquema de la instalación es el siguiente:
A continuación veremos las instalaciones fotovoltaicas aisladas, constituyen todas aquellas que no tienen conexión con la red eléctrica nacional.
Instalación fotovoltaica aislada con almacenamiento
Este tipo de instalación permanece aislada pues no se conecta a la red en ningún momento, de modo que la energía que se genera se consume en el mismo lugar. Este tipo de instalaciones cuentan con sistemas de acumulación para almacenar la energía, además de grupos electrógenos como equipo auxiliar. A continuación se muestra el esquema de este tipo de instalaciones:
Instalaciones fotovoltaicas aisladas sin almacenamiento
Este tipo de instalaciones principalmente son de uso agrícola o similar, se utilizan para extraer agua de pozos, llenado de depósitos, bombeo para regadío… estas instalaciones al no tener necesidad de uso instantáneo realizan el trabajo en modo acumulativo solo cuando las condiciones son favorables y permiten el funcionamiento.
CONCEPTOS GENERALES DE UNA INSTALACIÓN FOTOVOLTAICA
En esta parte veremos los conocimientos básicos que necesitamos para comprender como funciona una instalación solar fotovoltaica.
Localización y superficie
La localización en la que nos encontramos es lo principal a la hora de considerar si podemos hacer uso de la energía solar y si nos será rentable, además debemos de disponer de una superficie adecuada para poner nuestra instalación fotovoltaica.
Localización
La localización de nuestra instalación es lo primero, ya que la instalación fotovoltaica estará influenciada por el clima en el que se encuentre. Puesto que la energía generada depende directamente del sol, lo ideal es un clima cálido o templado con muchas horas de sol a lo largo del año, no es igual poner una misma instalación fotovoltaica en Noruega que en Marruecos por ejemplo.
Para saber si nuestra localización es óptima podemos consultar mapas de radiación solar. Estos mapas nos muestran desde la intensidad de la radiación a lo largo del año, hasta una media anual de las horas de sol y temperatura. En el caso de España podemos consultar esta información en el siguiente enlace de la web adrase o también podemos hacer uso del atlas de radiación solar en España de AEMET.
Superficie
La superficie es otro punto clave, ya que condicionará el tamaño de la instalación que podamos poner y los requisitos técnicos a tener en cuenta, pues no es lo mismo una instalación solar fotovoltaica en un suelo sin pavimentar que en un tejado inclinado, o si es en un bloque de pisos si la superficie es de propiedad compartida, lo que acarrearía otros inconvenientes legales. También influyen los obstáculos que proyecten sombras en la superficie en la que queramos hacer la instalación pues disminuyen considerablemente la producción.
Demanda
La demanda consiste en la cantidad de electricidad que consume nuestra instalación eléctrica; alumbrado, electrodomésticos, equipos eléctricos, etc. La demanda constituye otro factor clave a tener en cuenta, pues según la demanda que queramos suplir el tamaño de la instalación será mayor o menor, así como la inversión que debamos realizar, pero también un mayor ahorro y una mayor autonomía eléctrica para nuestro hogar.
¿Cómo calculamos nuestra demanda?
Para calcular nuestra demanda tendremos que hacer un recuento del consumo que realizan nuestros aparatos eléctricos y el numero de horas que permanecen estos en funcionamiento. A continuación veremos el ejemplo de la demanda de una vivienda:
Por un lado tenemos la potencia total de los receptores eléctricos en vatios y por otro la energía consumida en vatios hora.
Cabe remarcar la importancia de tener unos hábitos de consumo eficientes, como acostumbrarse a poner los electrodomésticos de mayor consumo en las horas de producción pico, además de tener la precaución de no abusar y conectar muchos equipos eléctricos de alto consumo a la vez.
Teniendo en cuenta esto y con la ayuda de que cada vez existen más equipos inteligentes en los que se pueden programar su encendido y apagado, es cada vez más viable ser autosuficientes eléctricamente.
Orientación e inclinación
Orientación
La orientación más eficiente para nuestras placas solares según la geometría entre la Tierra y el Sol es orientación sur, si vivimos en el hemisferio norte, y orientación norte, si vivimos en el hemisferio sur. Si nos desviamos de esta orientación ya tendremos un cierto grado de pérdidas como veremos a continuación.
Si variamos la orientación de nuestros módulos entre 0º y 45º respecto al sur (o norte si vivimos en el hemisferio sur) la producción anual es prácticamente la misma, solo obtendremos unas pérdidas entre el 1 y el 3%, ya más de esta variación la producción se ve reducida considerablemente.
Inclinación
La inclinación de nuestros módulos dependerá del tipo de instalación que tengamos con el objetivo de potenciar la producción en un periodo u otro del año. La posición del Sol que tomamos como referencia para hacer nuestros cálculos corresponde con la inclinación que tiene el sol en su medio día solar que es cuando su incidencia es máxima.
En la siguiente tabla veremos la inclinación según nuestro tipo de instalación; donde el símbolo beta óptimo corresponde con el ángulo de nuestros paneles respecto del suelo o su horizontal, y el ángulo phi se corresponde con la latitud de nuestra localización.
Como podemos ver en la tabla en instalaciones fotovoltaicas conectadas a la red los paneles se inclinan en un ángulo medio para tener una producción regular durante todo el año. En instalaciones de uso de verano el ángulo beta es menor pues el sol se encuentra más alto en verano de modo que obtengamos la mayor perpendicularidad posible de nuestros paneles y los rayos solares para aumentar la producción.
Si nuestra instalación fotovoltaica es autónoma nos conviene tener los módulos solares con mayor inclinación para potenciar la producción en invierno que es cuando mayor consumo eléctrico tendremos y menos horas de sol, pues en verano aún con esta inclinación podremos satisfacer nuestra demanda debido a la mayor radiación y horas de sol.
En la siguiente imagen podemos observar el porcentaje de pérdidas que obtendremos según nuestra inclinación y orientación.
Si nuestra instalación irá en el tejado de nuestra vivienda mediante esta figura podremos ver el porcentaje de pérdidas que tendremos, y considerar si es notable para modificar la inclinación de nuestra instalación o instalarla directamente sobre nuestro tejado con su correspondiente inclinación.
Principales elementos de una instalación fotovoltaica
Módulos fotovoltaicos
Son los que transforman la energía solar en energía eléctrica continua a través del efecto fotoeléctrico. Están formados por la múltiple conexión de otras células solares más pequeñas, su número varía según el tamaño y potencia total del módulo fotovoltaico. Pueden estar construidos de silicio policristalino o monocristalino. El circuito formado por la conexión de todas las células solares se agrupa en la caja de conexiones de la que salen dos cables de conexión rápidas correspondientes con el polo positivo y negativo del panel fotovoltaico. El panel fotovoltaico se divide en cuatro partes:
- Cubierta frontal: normalmente fabricada de vidrio templado de 3-4 mm de espesor con bajo contenido en hierro y tratamiento anti reflexivo.
- Encapsulante: recubre las células fotovoltaicas proporcionando el acoplamiento entre la cubierta frontal y posterior, evita la entrada de humedad y aisla electricamente. Fabricado de etil-vinil-acetato (EVA).
- Cubierta posterior: protege la parte posterior de la humedad y aísla eléctricamente, es opaca y normalmente fabricada de PVF-TEDLAR o poliéster.
- Marco: aporta rigidez y resistencia mecánica al módulo y contiene los lugares de fijación, fabricado normalmente en aluminio anonizado.
Regulador de carga
Se emplean en instalaciones con acumulación. Se sitúan entre la generación y la acumulación y consumo. Sus funciones son:
- Gestionar una carga óptima de los acumuladores (evita sobrecargas, sobredescargas y sobretensiones)..
- Evitar la descarga nocturna de los acumuladores a los módulos fotovoltaicos.
- Información sobre el estado de carga de las baterías .
- Medición de la temperatura de las baterías.
- Monitorización del proceso de carga y descarga, así como el seguimiento del máximo punto de potencia (MPPT).
Inversores
Convierten la corriente electrica continua producida en los móudlos fotovoltacios en corriente alterna con los parametros de tensión y frecuencia requeridos. Tienen una alta eficiencia en torno al 95% o superior. Se puede optar por la utilización de un inversor general o el acoplamiento de varios inversores más pequeños, si la instalación cuenta con distintas orientaciones o tipo de módulos.
La relación de potencia entre el generador fotovoltaico y el inversor suele estar entre 1,15 y 1, 25. Rp= P.GFV/ P.inv
Baterías o sistemas de acumulación
Las baterías almacenan la energía generada en horas de exceso de producción para consumirla durante la noche o en momentos de baja insolación. Los tipos más utilizados son las de Plomo-Ácido y las de Ión-Litio. Cada vez existen más modelos permitiendo un gran abanico de opciones según nuestras necesidades.
Las baterías se pueden acoplar en serie o en paralelo para aumentar su capacidad y voltaje total:
- Acoplamiento en paralelo: La capacidad total es la suma de las baterías , la tensión debe ser la misma en todas las baterías para que no se descarguen unas en otras y la resistencia total del grupo coresponde con la suma de sus inversos individuales: 1/Rt= 1/R1+1/R2+1/R3…
- Acoplamiento en serie: La capacidad de las baterías debe ser la misma, la tensión total es la suma de las tensiones individuales y la resistencia total es la suma de las resistencias individuales: Rt=R1+R2+R3+…
