Instalación fotovoltaica conectada a red: tipos, componentes, conexión

Una instalación fotovoltaica conectada a red es un sistema solar que funciona en paralelo con la red eléctrica pública para generar y consumir electricidad de origen solar. Este tipo de instalación ha crecido exponencialmente en España tras la eliminación de trabas regulatorias en 2018-2019. De hecho, a finales de 2023 España alcanzó unos 7,1 GW de potencia fotovoltaica de autoconsumo instalada, gracias al marco normativo favorable y al interés por ahorrar en la factura eléctrica.

¿En qué consiste una instalación fotovoltaica conectada a red? Consiste en aprovechar paneles solares para producir electricidad que se utiliza en el propio inmueble, manteniendo la conexión con la red eléctrica para consumir de ella cuando la producción solar no sea suficiente. A diferencia de una instalación aislada, aquí la red actúa como respaldo: se reduce la dependencia de la red pero sin renunciar a ella.

A continuación veremos qué es y cómo funciona este tipo de sistemas, los tipos de configuraciones posibles (desde sistemas simples hasta con baterías), sus componentes principales y cómo se realizan las conexiones y trámites a la red. Para conectar las placas solares a la red de casa de forma correcta, es necesario entender todos estos aspectos que desarrollamos a continuación.

¿Qué es una instalación fotovoltaica conectada a red y cómo funciona?

Una instalación fotovoltaica conectada a la red es un sistema de paneles solares fotovoltaicos conectados al suministro eléctrico general. Esta configuración (la más común en autoconsumo) permite que el usuario aproveche la energía solar cuando está disponible y recurra a la red eléctrica en los momentos de baja producción solar.

En otras palabras, se consume la electricidad generada por los paneles solares y, cuando hay excedentes, se inyectan a la red para obtener una compensación. Es el modelo ideal para reducir la dependencia energética y ahorrar en la factura de la luz sin perder la seguridad de contar con la red como respaldo.

El funcionamiento es sencillo: la instalación fotovoltaica y la red funcionan en paralelo simultáneamente. Durante las horas de sol, los paneles fotovoltaicos generan corriente continua que un inversor convierte en corriente alterna sincronizada con la red. Esa energía solar se consume directamente en la vivienda o negocio, cubriendo parcial o totalmente la demanda eléctrica. Si en un instante dado la producción solar no es suficiente para cubrir toda la demanda, la instalación automáticamente toma la energía faltante de la red eléctrica.

Por otro lado, en los momentos de máxima irradiación solar puede ocurrir que se genera más electricidad de la que se consume. Esos excedentes de energía pueden enviarse a la red pública para que la compañía eléctrica los compense en la factura a final de mes, o bien pueden almacenarse en una batería para uso posterior.

En cualquiera de los casos, el usuario nunca pierde esa producción sobrante: o bien ahorra dinero mediante el balance en la factura, o la guarda para consumirla más tarde.

Cabe mencionar que este modelo de autoconsumo puede darse tanto de forma individual (una única vivienda o empresa) como de forma colectiva compartida por varios usuarios (por ejemplo, un bloque de vecinos puede compartir la producción de una misma instalación fotovoltaica).

¿Qué tipos de instalaciones conectadas a red hay?

Las instalaciones fotovoltaicas conectadas a red pueden clasificarse de diferentes formas según su configuración y su forma de operar. Por un lado, fijándonos en su configuración física, distinguimos principalmente entre sistemas conectados a red sin baterías y sistemas conectados a red híbridos con baterías.

Por otro lado, desde el punto de vista regulatorio en España existe la clasificación por gestión de excedentes: autoconsumo sin excedentes (la instalación no inyecta nada a la red gracias a un dispositivo antivertido) y autoconsumo con excedentes.

A continuación, describimos los principales tipos de sistemas fotovoltaicos conectados a red en función de su configuración técnica y presencia o no de baterías.

Sistema fotovoltaico con conexión a la red simple (sin baterías)

Es la configuración de un sistema fotovoltaico más básica: paneles solares, e inversor conectados a la red, sin incorporar baterías de respaldo. Los paneles generan electricidad solar en corriente continua y el inversor la transforma en corriente alterna sincronizada con la red (en frecuencia 50 Hz y fase) para inyectarla en la instalación eléctrica del inmueble y a la red si hay excedente.

Este tipo de sistema vuelca la energía producida directamente al consumo instantáneo. La que no se pueda autoconsumir en el momento se exporta a la red o se pierde si se ha instalado un sistema antivertido.

En España, muchas pequeñas instalaciones con conexión a red optan por acogerse al autoconsumo con excedentes compensados, ya que así los kWh vertidos se “almacenan virtualmente” en la red a cambio de un descuento en la factura.

Un sistema conectado simple no dispone de almacenamiento energético, por lo que por las noches o cuando la producción es baja el consumo proviene 100% de la red. Aún así, es la solución más económica y la que ofrece un retorno de inversión más rápido, porque no requiere incluir baterías.

Actualmente la gran mayoría de instalaciones de autoconsumo doméstico entran en esta categoría sin baterías (se estima que sólo un 15% de los autoconsumos en España incorporan baterías). Típicamente, en una vivienda unifamiliar se instalan alrededor de 3 kW a 5 kW de paneles solares (lo que equivale a unos 10 o 12 módulos fotovoltaicos de 350 a 400 W cada uno), suficiente para cubrir buena parte de las necesidades diurnas. Durante la noche la energía se toma de la red, y con la compensación de excedentes el consumidor ve una reducción en su factura de electricidad.

Por contra, este tipo de sistema conectado a la red simple sin baterías tiene la desventaja de que en caso de cortes prolongados del suministro eléctrico (apagones), no dispone de energía de respaldo. Para ello, la única solución es optar por sistemas conectados a la red con baterías con sistema de backup (que puedan funcionar en ausencia de red).

Sistema conectado a la red con baterías

En un sistema conectado a la red con baterías, además de los paneles y el inversor conectados a la red, el sistema cuenta con uno o varios acumuladores (baterías) para almacenar energía. Se trata de un sistema híbrido que durante las horas de sol se puede cargar la batería con el excedente de producción (una vez cubierto el consumo inmediato), de forma que esa energía queda disponible para usar por la noche o en momentos de baja generación solar. La instalación sigue estando conectada a la red eléctrica, pero gracias a la batería aumenta la proporción de energía solar aprovechada y puede reducir aún más la dependencia y consumo de la red.

El controlador de carga evalúa constantemente la producción solar y el consumo de la vivienda para decidir el destino de la energía: prioriza el suministro a los consumos domésticos en tiempo real y desvía la energía sobrante para cargar las baterías hasta llenarlas.

Cuando las baterías están completamente cargadas y sigue habiendo excedente, entonces ese exceso de electricidad se vierte a la red eléctrica para no desaprovecharlo, siempre que se tenga configurada la opción de inyección a red. De lo contrario, el inversor recortará la producción fotovoltaica una vez la batería esté llena.

Si se produce un corte de suministro en la red, las baterías pueden proporcionar energía de respaldo. Cabe señalar que por seguridad, los inversores conectados a red están obligados a desconectarse automáticamente en caso de apagón externo, para no alimentar la red durante la avería.

Sin embargo, muchos inversores híbridos o sistemas con baterías incluyen un sistema de respaldo o backup que, mediante una conmutación y protecciones adecuadas, permite desconectar la instalación de la red general y seguir alimentando los circuitos críticos de la vivienda desde la batería mientras dure el corte.

Un sistema conectado a la red con baterías ofrece mayor seguridad de suministro: el usuario no se queda a oscuras en un apagón, algo fundamental para empresas o servicios públicos (hospitales, centros de datos…) con procesos críticos o en hogares. De hecho, en el sector industrial español se está impulsando el almacenamiento por esta razón (se estima que el 60% de la nueva potencia de autoconsumo industrial en 2024 incorporó baterías de respaldo), asegurando continuidad en la actividad productiva ante cualquier incidencia.

También hay que tener en cuenta que integrar baterías a un sistema conectado a red conlleva más componentes y mayor inversión inicial. Las baterías tienen una capacidad finita, por lo que en invierno quizá no cubra toda la demanda nocturna, y en verano puede llenarse la batería antes de acabar el día (debido a excedentes muy altos).

Aunque hoy por hoy solo alrededor de un 15% de los hogares con energía solar tienen baterías, se espera que esta cifra crezca sobre todo después del apagón del 28 de Abril en España y conforme bajen los costes de las baterías. De hecho en países como Alemania más del 70% de las nuevas instalaciones residenciales ya incorporan baterías.

¿Qué componentes tiene una instalación con conexión a red?

Una instalación fotovoltaica conectada a red típica consta de 6 componentes esenciales que trabajan en conjunto para generar, convertir, controlar y aprovechar la energía solar.

A continuación, explicamos esos 6 elementos de un sistema de autoconsumo conectado.

Módulos fotovoltaicos

Son los paneles solares encargados de captar la radiación del sol y convertirla en electricidad. Están formados por múltiples células fotovoltaicas, generalmente de silicio, conectadas entre sí y encapsuladas, que cuando reciben luz solar generan corriente.

Los paneles se clasifican por su potencia pico en condiciones estándar (STC), que en los modelos comerciales actuales suele oscilar desde unos 50 W en paneles portátiles hasta alrededor de 600 W en paneles de mayor tamaño. Las eficiencias habituales rondan del 17% al 22%.

Para lograr la potencia deseada en la instalación, se conectan varios paneles en serie/paralelo formando un generador fotovoltaico, que es el conjunto de strings o array de varios módulos fotovoltaicos conectados en serie).

Inversores

El inversor solar es el cerebro electrónico de la instalación. Su función principal es convertir la corriente continua que producen los paneles en corriente alterna.

Además de esta conversión, el inversor realiza tareas de seguimiento del punto de máxima potencia de los paneles (para optimizar la producción) y de protección: monitorea parámetros de red y se desconecta si detecta anomalías.

Los inversores de conexión a red entregan la energía en forma de onda CA idéntica a la de la red (tensión de 230V y frecuencia de 50Hz en España). Normalmente se conectan al cuadro general de la instalación, en paralelo a la acometida de la compañía, de forma que la vivienda puede alimentarse simultáneamente de la red y de la fotovoltaica según la disponibilidad

Para uso doméstico existen inversores monofásicos (230V CA) compatibles con la mayoría de hogares, mientras que para instalaciones mayores o industriales se emplean inversores trifásicos (400V CA).

En cuanto a diseño, el más común es el inversor central o de string, que agrupa la producción de varios paneles (o de todos) y la convierte a la vez. Una alternativa más versátil y más eficiente son los microinversores.

Microinversores

Los microinversores son pequeños inversores individuales que se instalan uno por cada panel y realizan la conversión de corriente in situ.

Esto permite optimizar y monitorizar de forma independiente la producción de cada panel: si un panel tiene sombra o rinde menos, los demás no se ven afectados, mejorando el rendimiento global en condiciones no homogéneas.

Los microinversores suelen encarecer algo la instalación porque se necesitan múltiples unidades en lugar de una sola, pero aportan ventajas como mayor tolerancia a fallos: si un microinversor falla, solo se pierde la producción de su panel y el resto del sistema sigue funcionando con normalidad.

Otra ventaja es que al salir en alterna de cada panel, se minimizan los tramos en continua y esto, sumado al hecho de que no se suman los voltajes de los paneles, evita los riesgos de incendios por arco de continua que si pueden suceder con las configuraciones con inversores de cadena.

También ofrecen un control más granular de la generación y una vida útil muy larga pues al no tener partes mecánicas y estar diseñados para exterior, algunos modelos vienen con garantías de 25 años (como los microinversores Enphase).

Sistema de monitorización de la instalación

La monitorización es el conjunto de dispositivos y software que permite conocer en tiempo real el rendimiento y buen funcionamiento de la instalación fotovoltaica. Normalmente incluye un registrador de datos (dataLogger o meter) integrado en el inversor o aparte, que mide la producción solar y el consumo de la vivienda, y envía esa información a una plataforma (una aplicación móvil o página web) para que el usuario pueda consultarla.

Un buen sistema de monitorización muestra cuánta electricidad está generando la planta solar y cuánta se está consumiendo, en cada hora, día, mes, etc., y avisa de posibles problemas o caídas de rendimiento.

De esta forma el propietario puede vigilar si el rendimiento es el esperado y ajustar sus hábitos de consumo para aprovechar mejor la energía solar disponible.

Almacenamiento de energía solar

El almacenamiento se refiere a las baterías que se pueden incorporar a la instalación para acumular la energía eléctrica y utilizarla más tarde. Aunque no es imprescindible, añadir baterías permite consumir la energía sobrante por la noche o en horas de poca producción.

Entre los usos de las baterías destacan:

• Cubrir picos de demanda de corta duración sin necesidad de importar potencia de la red.
• Almacenar excedentes durante varios días con el fin de aumentar el ahorro en períodos de mal tiempo.
• Permitir que el sistema siga funcionando incluso si la red eléctrica está caída cuando se dispone de sistemas de backup.

Sistemas de soporte

Los paneles solares necesitan estar instalados sobre estructuras de soporte seguras, robustas y bien orientadas. Estos soportes son perfiles anclados a un tejado, estructuras sobre azotea plana lastradas, o estructuras fijadas al terreno en instalaciones en suelo.

Su función es doble: sujetar los módulos fotovoltaicos con la inclinación y orientación óptimas para captar el máximo de irradiación solar, y proporcionar resistencia mecánica para aguantar condiciones adversas de viento, lluvia, nieve, etc.

¿Cómo se realiza la conexión a la red eléctrica?

La conexión de un sistema fotovoltaico a la red eléctrica debe realizarse cumpliendo ciertos requisitos técnicos y trámites administrativos, para garantizar la seguridad y el correcto funcionamiento tanto de la instalación de autoconsumo como de la red de distribución.

En términos generales, conectar a red implica que el sistema fotovoltaico entregue su energía en el punto de conexión del inmueble con la red pública (normalmente en el cuadro general o caja de conexión del edificio, aguas abajo del contador), de forma paralela a la acometida existente.

Técnicamente, el inversor solar se encarga de sincronizar la salida de la instalación fotovoltaica con la red eléctrica. Esto significa que iguala la tensión y frecuencia de la red, y se acopla a ella de manera que la energía solar fluye hacia los consumos internos y, si sobra, hacia la red.

Por seguridad, todos los inversores incorporan protecciones que monitorean la calidad de la red. Si detectan un corte de suministro o parámetros fuera de rango, se desconectan automáticamente (protección anti-isla).

La conexión física del inversor suele hacerse al cuadro eléctrico principal mediante un circuito específico con sus protecciones (magnetotérmico, diferencial, seccionador, etc.), siguiendo la normativa de seguridad eléctrica.

Asimismo, es imprescindible disponer de un contador bidireccional instalado por la empresa distribuidora, capaz de medir tanto la energía consumida de la red como la energía inyectada a la misma. Este contador sustituye (o reconfigura) al contador convencional y registra por separado los kWh importados y exportados, datos que luego se utilizan para la facturación y la compensación de excedentes.

¿Cómo es el proceso administrativo?

Desde el punto de vista administrativo y legal, el proceso varía según la potencia de la instalación y el tipo de autoconsumo.

Para pequeñas instalaciones residenciales o comerciales de baja tensión, la normativa española ha simplificado mucho los trámites en los últimos años.

Lo habitual es que el propietario contrate a una empresa instaladora habilitada, ésta diseña el proyecto y realiza la instalación. Luego, se legaliza presentando la documentación técnica en la comunidad autónoma y se inscribe en el registro de autoconsumo.

La compañía distribuidora entonces actualiza el contrato de suministro: instala el contador bidireccional y configura la opción de autoconsumo y se firma un acuerdo de adhesión a la compensación de excedentes si así lo desea el propietario.

En instalaciones de mayor envergadura como autoconsumos industriales de decenas de kW o más, es obligatorio obtener permisos de acceso y conexión antes de la instalación, realizar estudios de viabilidad de conexión en la red de distribución e incluso suscribir contratos técnicos específicos con la distribuidora.

Además, para instalaciones con excedentes no acogidos a compensación y de potencia >100 kW, se requiere inscribir la planta como generador en el mercado eléctrico y cumplir las normas de representación en dicho mercado.

Esquema instalación fotovoltaica conectada a red

A continuación se muestra un esquema de instalación fotovoltaica conectada a red.