¿Que son Sistemas fotovoltaicos y que componentes lo integran?
¿Como funciona un sistema fotovoltaico? Tipos de sistemas fotovoltaicos. Como se dimensionan y ventajas
Un sistema fotovoltaico, también conocido como sistema FV, es un sistema integral de energía renovable que transforma la energía solar en electricidad mediante el efecto fotovoltaico. Los componentes principales de un sistema solar son paneles solares, inversor, sistema de montaje, regulador de carga y, opcionalmente, baterías. Los paneles solares generan corriente continua (CC) que el inversor convierte en corriente alterna (CA).
La electricidad se produce cuando la luz solar incide sobre las celdas fotovoltaicas,
excitando electrones y generando corriente. Los sistemas fotovoltaicos varían en tamaño desde pequeños sistemas residenciales de unos pocos kilovatios (kW) hasta grandes instalaciones comerciales de varios megavatios
Hay sistemas conectados a la red (grid-tied), aislados (off-grid) e híbridos.
Los sistemas conectados a la red permiten inyectar los excedentes de electricidad en la red pública, mientras que los autónomos funcionan mediante baterías sin conexión a la red. Los híbridos combinan ambos métodos.
Las ventajas de los sistemas fotovoltaicos
incluyen reducción de costos en la factura, incremento del valor de la propiedad e independencia energética con bajo costo de mantenimiento.
Para dimensionar un sistema fotovoltaico
Se utiliza la demanda energética del usuario y el potencial solar del sitio, considerando consumo energético, superficie disponible y clima. La instalación incluye planificación, adquisición de componentes, montaje, conexión eléctrica y puesta en marcha, asegurando eficiencia y
¿Qué es un sistema fotovoltaico?
Un sistema fotovoltaico es un sistema que convierte energía solar en eléctrica mediante placas fotovoltaicas, formadas por células solares, que generan una corriente continua al exponerse a la luz solar. Incluye inversores para convertir la corriente continua en alterna y baterías para acumular energía.
¿Qué componentes tiene un sistema fotovoltaico?
Un sistema fotovoltaico tiene 7 componentes:
Paneles solares
Cableado
Inversores
Controladores de carga
Baterías
Estructuras de soporte
Sistemas de monitorización
Los paneles contienen células solares fabricadas con materiales semiconductores que convierten la luz
solar en electricidad de corriente continua. Los tipos de paneles solares más utilizados son los
monocristalinos, con potencias unitarias desde 300W hasta 700W.
Los módulos solares deben tener las certificaciones exigidas por el RETIE (Reglamento técnico de
instalaciones eléctricas)
El cableado conecta los distintos componentes para que circule la electricidad desde los módulos al
inversor, de la batería al inversor, y a la instalación eléctrica. El cable solar es resistente a rayos ultravioleta,
flexible y que puede ser instalado a la intemperie.
Los inversores solares convierten la electricidad de CC (corriente continua) generada por los módulos
fotovoltaicos, o la obtenida de la batería, en corriente alterna (CA) para uso doméstico o comercial. Hay dos
tipos, los inversores para sistemas aislados (sin conexión a red) y los de conexión a red (de string, centrales,
monofásicos, trifásicos e híbridos).
Los inversores fotovoltaicos tienen que cumplir con la normativa de instalaciones fotovoltaicas conectadas a
red de baja tensión y con normas para la desconexión automática de la red pública y contra el funcionamiento
en isla, entre otras
Los controladores de carga regulan la tensión y la corriente que va a la batería para cargarla y evitar la
sobrecarga. Se utilizan en instalaciones aisladas de la red.
Las baterías almacenan el exceso de electricidad generada (no consumida) para utilizarla cuando la producción solar es baja o por la noche. En sistemas aislados se utilizan baterías de plomo ácido, AGM (Absorbent Glass Mat - Fibra de Vidrio Absorbente) y Gel.
En sistemas conectados a la red se utilizan mayoritariamente baterías de litio-ferrofostato (LFP o LiFePO4). Las baterías solares que se utilizan en instalaciones conectadas a la red, se desconectan en caso de corte en el suministro eléctrico. Para solucionar esto, ya existen modelos de baterías con sistema de “back-up” que permiten alimentar ciertos circuitos internos (iluminación, dispositivos auxiliares) en caso de corte de luz.
Las estructuras de soporte sostienen y fijan los módulos fotovoltaicos en tejados o en el suelo. Están
fabricadas con aluminio y aluminio anodizado, mayoritariamente. Los formatos de las estructuras son sin
inclinación, inclinadas en diferentes ángulos e incluso con seguimiento.
Los sistemas de monitorización realizan un seguimiento del rendimiento y la producción del sistema de
energía solar, proporcionando datos y avisos para el mantenimiento. También permiten tareas de revisión y
soporte a distancia por internet.
¿Cómo funciona un sistema fotovoltaico?
Un sistema fotovoltaico produce electricidad con los módulos solares, que mediante el efecto fotoeléctrico absorben fotones y liberan de electrones que generan una corriente continua. Esta se puede almacenar en baterías, y se convierte en alterna en el inversor, para consumo en viviendas y empresas.
¿Qué componentes tiene un sistema fotovoltaico?
Las 6 etapas de producción de electricidad por un sistema solar fotovoltaico se listan a continuación.
1. Incidencia de la luz solar en las placas solares: Los paneles solares, formados por células
fotovoltaicas, absorben la luz solar. Estas células están hechas de materiales semiconductores como
el silicio que generan energía fotovoltaica.
2. Generación del efecto fotovoltaico: La luz solar absorbida por las células solares excita los
electrones del material semiconductor, creando electricidad de corriente continua (CC).
3. Conversión de corriente continua a alterna: La electricidad de CC fluye por los cables hasta un
inversor, que la convierte en corriente alterna (CA), que es la forma de electricidad utilizada por la
mayoría de los electrodomésticos y dispositivos eléctricos.
4. Distribución y uso de la corriente eléctrica: La electricidad de CA se conecta al cuadro eléctrico de
la vivienda o edificación y se distribuye al sistema eléctrico para alimentar los electrodomésticos y el
resto de los dispositivos eléctricos.
5. Gestión del exceso de energía eléctrica: La electricidad sobrante puede verterse a la red eléctrica
(en sistemas conectados a la red) para venta de excedentes, o almacenarse en baterías para su uso
posterior (en sistemas aislados, híbridos o conectados a la red con acumulación).
6. Monitorización y control del sistema: El sistema de monitorización realiza un seguimiento del
rendimiento y la producción del sistema fotovoltaico, proporcionando datos y alertas para una gestión
eficiente de la energía.
Tipos de sistemas fotovoltaicos:
Sistemas conectados a la red
Sistemas aislados
Sistemas fotovoltaicos de concentración
Sistemas híbridos
Sistemas fotovoltaicos flotantes
Conectados a la red
Un sistema fotovoltaico conectado a red funciona en paralelo con la red eléctrica pública. Están
compuestos por módulos solares, inversores, cableado, estructura soporte y sistema de monitorización. El uso
de baterías es opcional y depende de las necesidades de la vivienda o edificio donde esté instalado el
sistema.
Al estar conectados a la red eléctrica, el excedente de energía del sistema fotovoltaico se puede inyectar en la
red para venta o compensación de excedentes.
Aislados
Un sistema fotovoltaico autónomo, también conocido como sistema aislado, funciona independientemente
de la red eléctrica. Genera y almacena electricidad para su uso principalmente en viviendas, proporcionando
energía en zonas remotas o aisladas donde el acceso a la red no está disponible o es inestable.
Sus aplicaciones son regularmente en viviendas sin acceso a red eléctrica, pero también en sistemas de
iluminación autónoma (luminarias solares), vehículos eléctricos, bombeo por energía solar entre o tros.
Sistemas fotovoltaicos de concentración
Los sistemas fotovoltaicos de concentración (CPV) son tecnologías solares avanzadas que usan lentes
(Fresnel) o espejos para concentrar gran cantidad de luz solar en una pequeña superficie de células
fotovoltaicas multifunción de alta eficiencia (40%) montadas sobre un sistema de refrigeración para disipar el
calor.
El objetivo de estos sistemas es aumentar la eficiencia y la potencia de conversión de la energía solar
aprovechando la luz de alta intensidad concentrada en células solares más pequeñas, pero más eficientes.auxiliares) en caso de corte de luz.
Sistemas híbridos
Un sistema fotovoltaico híbrido combina la energía solar con otra fuente de energía, como la red pública, o
un generador de reserva (grupo electrógeno), para acumular energía cuando hay excedentes de producción, o
la electricidad es más barata y proporcionar un suministro eléctrico fiable, económico y flexible.
Esta configuración permite la generación, el almacenamiento en baterías y el uso eficiente de la energía solar,
al tiempo que garantiza la disponibilidad continua de energía incluso cuando la producción solar es baja,
durante cortes en la red o en las horas donde el precio de la electricidad es más caro.
Sistemas fotovoltaicos flotantes
Un sistema fotovoltaico flotante (FPV en inglés) está montado en estructuras flotantes sobre masas de
agua como lagos, embalses o estanques. El funcionamiento es el de un sistema fotovoltaico convencional,
pero con la ventaja de no ocupar tierra destinada a otras actividades (cultivos, pastoreo).
La única diferencia con otros sistemas fotovoltaicos es el hecho de estar instalados sobre agua y el tipo de
soportes para placas solares que utilizan diseñados para flotar y soportar la humedad.
¿Cómo se dimensiona un sistema fotovoltaico?
El proceso para dimensionar un sistema fotovoltaico implica tener en cuenta el consumo del inmueble, las horas de sol del lugar, el tipo de panel solar a instalar, la inclinación y orientación donde se montará la instalación y el análisis de sombras.
Los 10 pasos para dimensionar un sistema fotovoltaico se indican en la siguiente lista.
1. Evaluar el consumo de energía: Calcula el consumo total de energía (kilovatios-hora kWh) del predio
o instalación revisando las facturas de electricidad de los últimos 6 meses.
2. Determinar el potencial solar: Evalúa el potencial solar del lugar teniendo en cuenta factores como la
ubicación, la orientación, la sombra y el espacio disponible en el tejado o el terreno.
3. Calcular el tamaño del sistema: Divide el consumo total anual de energía entre la irradiancia solar
media anual (en kWh/m²/año) del lugar. Ajústalo en función de la eficiencia del sistema y los factores
de pérdidas (entre el 15% y el 20%).
4. Calcular las necesidades del sistema de captación: Calcula el número de paneles solares
necesarios dividiendo el tamaño estimado del sistema (en kW) por la potencia nominal de un solo
panel solar.
5. Determinar el tamaño del inversor: Elegir un inversor que pueda soportar la carga máxima del
sistema. La potencia del inversor se calcula un 25-30% menos que la potencia total de los módulos
fotovoltaicos porque las placas solares nunca producen su potencia nominal por las pérdidas
(temperatura, orientación, inclinación, irradiación, cables...). De este modo siempre trabaja más cerca
de su punto de máxima eficiencia.
6. Calcular el almacenamiento en baterías (si aplica): Si el sistema incluye almacenamiento en
baterías, calcula la capacidad de almacenamiento necesaria para satisfacer la demanda de energía
durante los periodos sin luz solar. Se debe tener en cuenta el consumo energético diario y la
autonomía deseada (días de almacenamiento) de la batería.
7. Elegir la disposición del sistema: Diseña la disposición para la instalación de los módulos,
garantizando una orientación y un ángulo de inclinación óptimos para maximizar la exposición solar.
8. Hacer análisis financiero: Realiza un análisis de costo - beneficio para evaluar la viabilidad
financiera, teniendo en cuenta los costos de instalación, garantía del suministro energético continuo y
retorno.
9. Cumplir con la normativa: Asegúrate de que el diseño y el sistema cumple la normativa tanto en
materiales como mano de obra calificada, además los requisitos de interconexión de servicios
públicos.
10. Planificar la supervisión y mantenimiento: Planifica la supervisión del sistema para controlar el
rendimiento y programar el mantenimiento periódico para garantizar la eficiencia y la fiabilidad a largo
plazo.
¿Qué ventajas tienen los sistemas fotovoltaicos?
Los sistemas fotovoltaicos ofrecen soluciones energéticas renovables, respetuosas con el medio ambiente y rentables que aumentan la independencia energética, apoyan la red y crean puestos de trabajo, lo que los convierte en un valioso complemento de cualquier estrategia energética.
Ventajas importantes:
Fuente de energía renovable: Los sistemas fotovoltaicos utilizan el sol que es una fuente de energía
abundante e inagotable, para generar electricidad.
Beneficios medioambientales: La implantación de sistemas fotovoltaicos reduce las emisiones de
gases de efecto invernadero y la contaminación.
Independencia energética: El uso de sistemas fotovoltaicos disminuye la dependencia de los
combustibles fósiles y aumenta la seguridad y resiliencia energética del país.
Ahorro en la factura de energia: Instalar sistemas fotovoltaicos en una vivienda, empresa o industria
reduce las facturas de electricidad y tiene la posibilidad de obtener créditos de facturación neta con los
excedentes.
Bajos costos de funcionamiento: Los sistemas fotovoltaicos necesitan un mantenimiento mínimo y
sencillo y tienen una larga vida útil (25-30 años).
Escalabilidad: Los sistemas fotovoltaicos se pueden adaptar y ampliar con el tiempo, por lo que es
adecuado para aplicaciones residenciales, comerciales e industriales.
Aumento del valor de la propiedad: Las instalaciones fotovoltaicas aumentan el valor de mercado de
las propiedades.
Apoyo a la red pública: Los sistemas fotovoltaicos y la generación distribuida ayudan a reducir la
carga y las pérdidas de la red.
Creación de empleo: La implantación de sistemas fotovoltaicos fomenta el crecimiento económico
local a través de puestos de trabajo en la instalación y mantenimiento.