Funcionamiento, Composición y Aplicaciones de las Placas Fotovoltaicas

Un módulo fotovoltaico (también conocidos como placas o paneles solares fotovoltaicos), es un dispositivo compuesto de una matriz de células fotovoltaicas, que captan la energía procedente del sol que recibe la superficie terrestre, y transforma dicha energía en electricidad que puede utilizarse para alimentar cargas eléctricas.

Las placas fotovoltaicas están compuestos por varios materiales que, un vez terminada la fase de fabricación, conforman el producto final acabado y listo para utilizar en aplicaciones de generación de energía para casas o empresas.

¿Cómo funciona una célula fotovoltaica?

Una célula fotovoltaica está compuesta por dos capas de silicio:

  • La capa superior (emisora) consta de silicio puro pero "dopado de tipo n (negativo)" (con boro o fósforo), lo que implica que posee más electrones que el silicio en estado puro.
  • La capa inferior (receptora) tiene un "dopado de tipo p (positivo)", lo que implica que tiene menos electrones libres que el silicio en estado puro.

Cuando la luz del sol llega a la superficie de una célula fotovoltaica, la energía de los fotones se transfiere a los electrones libres de la capa superior y los libera del núcleo del átomo.

explicación como absorve la energía de los fotones una célula fotovoltaica
Explicación como absorve (b) la energía de los fotones una célula fotovoltaica y la liberación de electrones (a)

Al producirse ese flujo de electrones, que intentan desplazarse de la capa superior a la inferior, y utilizando los conductores eléctricos sobre la célula, se puede aprovechar ese flujo de electrones (corriente eléctrica) para alimentar equipos eléctricos.

Esquema de como se aprovecha la corriente eléctrica generada en la célula solar (o paneles solares)
Esquema de como se aprovecha la corriente eléctrica generada en la célula solar (o paneles solares)

Tal como se puede ver en la imagen, el funcionamiento de un módulo fotovoltaico parte de la célula fotovoltaica. La célula capta la energía solar, la transforma en electricidad y luego esa corriente fluye por la célula a través de los conductores (fingers y busbars/ribbons).

Funcionamiento eléctrico de una célula fotovoltaica

Y como un módulo fotovoltaico esta compuesto de varias células conectadas eléctricamente, la corriente y tensión resultante del módulo será la suma de las mismas.

¿Cuál es la composición de una placa fotovoltaica?

Cómo es un panel solar

  • El Tedlar: El fluoruro de polivinilo, es un polímero termoplástico para impermeabilizar la parte posterior del panel, suele ser color blanco y negro.
  • Las células fotovoltaicas: que son las encargadas de transformar la energía de los fotones de la luz solar en electricidad.
  • El EVA (etilvinilacetato): que es un polímero termoplástico que se utiliza como encapsulante para de proteger a las células solares.
  • El vidrio: de cristal templado, generalmente de 3-4mm, y que también tiene la función de proteger las células.
  • La silicona que rodea el perímetro del panel.
  • El marco: generalmente de aluminio anodizado, posee orificios para por la parte posterior para poder sujetar el panel a la estructura de soporte, además de dar robustez al panel.
  • La caja de conexiones: En ella se encuentran los diodos de bypass y de ella partirán los terminales eléctricos (positivo y negativo) para conectar los paneles. Generalmente la caja de conexiones tiene protección IP67/IP68.

¿Qué aspecto tiene una placa fotovoltaica una vez terminada de fabricar?

Para conformar las placas que se comercializan, se conectan en serie y en paralelo las células solares y se disponen todas en una especie de plancha.

Esta "plancha" o placa, puede ser de 60 células, 72 células, o también 120 o 144 medias células, generalmente formando una especie de matriz de 6 columnas y 10 filas, o 12 filas.

De este modo se consiguen los valores parámetros eléctricos característicos de potencia, tensión y corriente que se expresan en las hojas técnicas.

Paneles solares según el número de 72 y 60 células

¿Qué Tipos de placas se fabrican?

Según el silicio de las células, los tipos de paneles fotovoltaicos se dividen en:

  • Los que están compuestos de células de silicio monocristalino: Las más eficientes. El aspecto de la célula monocristalina es de un tono azul oscuro, casi negro.
  • Los que están compuestos de células de silicio policristalino: Menos eficientes que las monocristalinas, con un aspecto más azulado.
  • Los compuestos con células de silicio amorfo: las más baratas pero mucho menos eficientes y menos duraderas. Su uso está destinado más a calculadoras, juguetes, relojes...

Según su tensión de salida, puedes encontrar las llamadas placas solares de 12V (con 36 células solares), o las llamadas placas de 24V (de 72 o más células), y también las denominadas placas solares de conexión a red de 60, 72, 144 células o más.

Su tamaño oscilará entre desde 1m x 1m (largo y ancho), hasta 1,5m x 2,5m (largo por ancho) dependiendo de su potencia nominal y con un espesor medio de 3,5cm.

¿Qué Aplicaciones Tienen Paneles Fotovoltaicos?:

Los paneles fotovoltaicos pueden utilizarse para una gran variedad de aplicaciones, como para iluminación solar, sistemas de telecomunicaciones, bombeo de agua con energía solar, para barcos y caravanas y, por supuesto, para la producción de electricidad para sistemas de autoconsumo de energía fotovoltaica residenciales y comerciales o grandes huertas solares así como para comunidades energéticas.

¿Cómo funcionan las placas solares en una casa o en una empresa?

Para que los módulos fotovoltaicos puedan aprovechar la radiación solar, se deben montar sobre estructuras de soporte, preferentemente con orientación SUR, sobre el tejado de una casa o edificio.

Además, como la corriente generada por un módulo solar es en corriente continua, se debe conectar a un inversor para que esta corriente continua se transforme a corriente alterna, que es la que utilizamos en nuestra casa.

Esa electricidad en alterna se podrá entonces aprovechar para consumo y, también, se podrá acumular en baterías (de litio, estacionarias, de plomo...) según cada caso.

funcionamiento del autoconsumo con energía solar

¿Se pueden utilizar las placas solares para reducir el consumo de energía?

Si, de hecho ese es el cometido de utilizar placas solares en una vivienda convencional, que además puede acogerse al autoconsumo fotovoltaico, por el que ahorrará en la factura de la luz a final de mes.

¿Qué potencias suelen tener las placas fotovoltaicas que se instalan actualmente?

La potencia puede oscilar desde los paneles para sistemas aislados de 180W a 200W, o bien 400W a 450W que suelen utilizarse para viviendas, o ya de 500W o 550W más utilizados para en el ámbito comercial e industrial.

Esta potencia nominal se refiere a la potencia que puede generar un panel por cada "hora de sol pico".

¿Las placas fotovoltaicas pueden tener averías?

Si, las placas fotovoltaicas también sufren averías. Las más frecuentes son las provocadas por fallos en los bus-bars y las soldaduras entre células, que provocan fallos de rendimiento y, en ocasiones extremas, incendios. Para evitarlo, es recomendable utilizar placas fotovoltaicas que no utilicen esa tecnología, como las placas solares Maxeon de SunPower o las Zebra de FuturaSun.

¿Pueden esas averías provocar incendios?

Si, las averías en los paneles solares pueden llegar a provocar incendios, además de por los fallos en bus-bars y soldaduras, el uso de conectores no compatibles puede incrementar el riesgo de sufrir incendios en instalaciones fotovoltaicas.

Conclusiones sobre el funcionamiento de las placas fotovoltaicas:

La incidencia de la luz del sol sobre las células fotovoltaicas que componen una placa fotovoltaica desencadena una reacción interna de movimiento de electrones que producen la corriente eléctrica que podremos utilizar para multitud de aplicaciones como el autoconsumo fotovoltaico y otras donde sea necesaria una fuente de energía eléctrica que no dependa de la red eléctrica exclusivamente.

 

José Alfonso Alonso Lorenzo

Profesional Fotovoltaico desde 2006.

  • Ingeniero técnico Industrial por la Escuela Politécnica de Ferrol.
  • Experto en Solar Fotovoltaica por el Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas de Madrid en 2009-2010.
  • Experto Profesional en Energía Fotovoltaica, por la UNED 2010-2011.
  • Gerente y Responsable de Compras en SunFields Europe desde 2010.

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