Funcionamiento de placas solares

El funcionamiento de las placas solares fotovoltaicas consiste en convertir la luz solar en electricidad mediante células hechas de materiales semiconductores como el silicio. En ausencia de sol, los paneles solares no generan electricidad directamente. Los sistemas conectados a la red eléctrica utilizan la energía de la red o almacenan energía en baterías para usarla cuando no hay sol.

La conexión a la red eléctrica de los paneles solares permite enviar el exceso de electricidad generada a la red pública, generando ahorro en la factura, que compensa el exceso de producción y el consumo de energía.

Las placas solares térmicas no generan electricidad sino calor. Utilizan colectores solares para calentar un fluido, que se usa para calefacción o agua caliente sanitaria. Por el contrario, en una instalación fotovoltaica la luz solar excita a los electrones de los módulos fotovoltaicos, que producen una corriente continua (CC) que se convierte en corriente alterna (AC) por un inversor para su uso en hogares y empresas.

El funcionamiento de las placas solares influye en su rendimiento, porque genera pérdidas de energía según la cantidad de luz solar, la eficiencia del semiconductor, la temperatura, el ángulo de inclinación, y factores como la sombra y la suciedad.

¿Cómo funcionan las placas solares?

Las placas solares funcionan convirtiendo la luz solar en electricidad. Cuando la luz llega a las células solares, excita los electrones, creando cargas positivas y negativas. La diferencia de cargas genera una diferencia de potencial (voltaje) que a su vez genera una corriente eléctrica continua.

La corriente continua, después de convertirse en corriente alterna con un inversor, se aprovecha para alimentar dispositivos eléctricos o almacenar energía en baterías.

¿Cómo funciona una célula fotovoltaica?

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 (capa N) y los libera del núcleo del átomo generando una corriente de electrones.

Una célula solar está compuesta por 2 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.

En ese flujo, los electrones intentan desplazarse de la capa superior a la inferior. Utilizando conductores eléctricos sobre la célula, aprovecha ese flujo de electrones (corriente eléctrica) para alimentar equipos eléctricos.

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).

¿Qué componentes tiene una placa solar?

Una placa solar está compuesta de 9 componentes fundamentales que se listan a continuación.

1. Las células fotovoltaicas: las celdas solares son las encargadas de transformar la energía de los fotones de la luz solar en electricidad.
2. El Tedlar: también conocido como fluoruro de polivinilo, es un polímero termoplástico que impermeabiliza la parte posterior del panel. El tedlar suele ser color blanco o negro.
3. El encapsulante: es un polímero termoplástico que se utiliza como encapsulante para proteger a las células solares. El más utilizado es el etilvinilacetato (EVA). Otro encapsulante que está ganando popularidad es el elastómero de poliolefina (POE).
4. El vidrio: tiene la función de proteger las células. El vidrio utilizado es de cristal templado, de 3-4mm de espesor generalmente.
5. Capa antirreflectante: Minimiza la reflexión de la luz solar para maximizar la absorción de la energía solar.
6. La silicona: rodea el perímetro del panel y sirve para pegar el marco de aluminio con el conjunto de la células+tedlar+eva+vidrio.
7. El marco: posee orificios para por la parte posterior para poder sujetar el panel a la estructura de soporte, y da robustez al panel. El material más común del marco es el aluminio anodizado.
8. 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. La caja de conexiones tiene protección IP67/IP68, generalmente.
9. Cables y conectores: conectan el panel al inversor o al sistema eléctrico.

¿Cómo funcionan los paneles solares cuando no hay sol?

En ausencia de sol (noches) o escasez de luz solar (nubes, lluvia), los paneles solares dejan de producir o reducen su desempeño respectivamente.

Las placas solares funcionan incluso cuando el sol no está brillando directamente sobre ellas. Capturan cualquier tipo de luz, incluyendo la artificial, aprovechando diferentes longitudes de onda, como aquellas que atraviesan las nubes (radiación difusa), o la que rebota en el suelo (albedo).

Durante días nublados o con lluvia los paneles solares fotovoltaicos generan electricidad, pero reducen su producción debido a la reducción de luz solar directa.

Una solución para estos días de menor radiación son los sistemas de almacenamiento (baterías) que almacenan el exceso de energía generada en días soleados para ser utilizada en días nublados o de lluvia. En caso de no disponer de baterías, en instalaciones conectadas a la red, la falta de sol se tiene que compensar utilizando electricidad de la red pública.

¿Cómo funcionan los paneles solares de noche?

Durante la noche los paneles solares no generan electricidad por la ausencia total de sol. Los módulos solares necesitan luz, principalmente solar, para crear energía. En esta situación, las necesidades energéticas se cubren mediante baterías (si se dispone de ellas) o directamente de la red eléctrica.

¿Cómo funcionan los paneles solares si se va la luz?

Si hay un corte en la red eléctrica, los paneles solares siguen generando energía. Sin embargo, la normativa española exige que el inversor fotovoltaico se detenga en caso de un corte de la red eléctrica, según las normas UNE EN 50438, IEC 62116, UNE 206006:2011 IN y UNE 206007-1 IN:2013. Los paneles solares continúan generando energía pero no se aprovecha durante el corte de electricidad.

¿Cómo funciona la conexión a la red eléctrica con placas solares?

El funcionamiento de la conexión a la red eléctrica de una instalación con placas solares es como disponer de dos surtidores de electricidad que funcionan en paralelo con prioridad de los paneles solares y siendo la red eléctrica la fuente de respaldo.

La conexión a la red eléctrica de una instalación con placas solares funciona como dos fuentes de electricidad en paralelo. Los paneles solares tienen prioridad y la red eléctrica actúa como respaldo.

El mecanismo de conexión y funcionamiento se explica a continuación.

La conexión a la red eléctrica consta de 3 partes.

1. Inversor: Convierte la corriente continua (CC) generada por los paneles solares en corriente alterna (CA), que es la utilizada por la red eléctrica y los dispositivos del hogar.
2. Medidor Bidireccional: Registra tanto la energía consumida de la red como la energía excedente enviada a la red.
3. Interconexión: La energía generada por los paneles solares se usa primero en el hogar y el exceso de energía se vierte a la red eléctrica.

El funcionamiento en caso de tener excedentes que se vierten en la red eléctrica es el siguiente.

1. Energía Sobrante (excedentes): Cuando los paneles generan más energía de la que se consume, el exceso se envía a la red pública.
2. Compensación de excedentes: La energía vertida puede ser compensada económicamente o con descuentos en la factura eléctrica.

¿Cómo funcionan las placas solares térmicas?

Las placas solares térmicas utilizan la energía del sol para calentar un fluido, generalmente agua, para aplicaciones en ACS y calefacción. El agua se almacena en un acumulador y se mantiene caliente en él.

El funcionamiento de las placas solares térmicas se describe en las siguientes 8 fases.

1. Colector Solar: Es el componente principal que captura la energía solar y la convierte en calor. Está compuesto por tubos metálicos, generalmente de cobre, dentro de un colector acristalado.
2. Captura de Energía: El sol calienta los tubos del colector solar.
3. Fluido Caloportador: Un líquido (agua, glicol o similar) circula a través de los tubos del colector, absorbiendo el calor de la luz solar que recibe el colector.
4. Circulación del Fluido: El fluido caloportador que circula por los tubos, absorbiendo el calor, será el que transporte la energía térmica.
5. Intercambiador de Calor: Se encarga de transferir el calor del fluido caloportador del circuito primario al agua del sistema de almacenamiento térmico (circuito secundario).
6. Transferencia de Calor: El fluido caliente que pasa por el intercambiador de calor, transfiere el calor del circuito primario al secundario donde está el agua del depósito de almacenamiento.
7. Depósito de Almacenamiento: Almacena el agua caliente para su uso posterior en calefacción, agua caliente sanitaria o procesos industriales.
8. Uso del Agua Caliente: El agua caliente almacenada se utiliza según las necesidades, como en calefacción o agua caliente sanitaria.

¿Cómo funcionan las placas solares híbridas?

Las placas solares híbridas combinan las tecnologías de las placas solares fotovoltaicas y térmicas. Los paneles híbridos generan electricidad convirtiendo la luz solar en energía eléctrica y en calor simultáneamente.

El funcionamiento se resume en estos 3 pasos.

1. Panel Fotovoltaico: La parte frontal de una placa solar híbrida es un panel fotovoltaico que genera electricidad a partir de la luz solar mediante células solares.
2. Captador Térmico: Justo detrás del del panel fotovoltaico está el captador térmico que capta el calor residual de la superficie del panel fotovoltaico y calienta un fluido caloportador.
3. Intercambiador de Calor: Por último, un intercambiador de calor transfiere el calor del fluido a un sistema de almacenamiento o directamente a un circuito de uso.

¿Cómo funciona una instalación fotovoltaica?

Si quieres instalar placas solares en tu casa y te preguntas ¿cómo funciona una instalación solar en una casa?, la respuesta es sencilla, las placas solares generan electricidad durante las horas que luce el sol para consumir menos energía de la red eléctrica.

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.

El funcionamiento de una instalación fotovoltaica se resume en estos 4 puntos.

1. Captura de la Energía Solar: Los paneles solares instalados en el tejado capturan la luz solar y la convierten en corriente continua (CC).
2. Conversión de la Energía generada por los paneles: Un inversor solar convierte la corriente continua (CC) generada por los paneles en corriente alterna (CA), que es la electricidad utilizada en el hogar, empresa, negocios, industria etc.
3. Distribución de la Energía: La electricidad convertida en alterna se distribuye por toda la casa, empresa o industria para alimentar electrodomésticos, luces y otros dispositivos.
4. Gestión de los excedentes: Si los paneles generan más energía de la que se consume, el excedente se puede enviar de vuelta a la red eléctrica o almacenar en baterías. Esto genera un descuento en la factura de electricidad o una energía de reserva para cuando no hay sol.

¿Cómo el funcionamiento de una placa solar afecta a su rendimiento?

El funcionamiento de una placa solar lleva implícito pérdidas de rendimiento ocasionadas por variables como la alta temperatura, una mala orientación, una mala inclinación, la proyección de sombras y una ubicación con pocas horas de sol.

La eficiencia de las placas solares disminuye con el paso del tiempo debido a la degradación natural de sus células fotovoltaicas

¿Cómo afectan las horas de sol al funcionamiento de un panel solar?

Cuantas más horas de sol hay en la ubicación dónde está instalado un panel solar, más horas de funcionamiento y más producción.

¿Cómo afectan las sombras al funcionamiento de un panel solar?

Las sombras son una de las causas de pérdida de rendimiento de una placa solar. Cuando una sombra afecta a un panel solar, su producción, y las del resto de paneles conectados en la misma serie, se ve mermada e incluso puede provocar la aparición de puntos calientes (hot-spots).

¿Cómo afecta la temperatura al funcionamiento de los paneles solares?

El calor perjudica el funcionamiento de un panel solar, a mayor temperatura, por encima de los 25ºC, mayor es la pérdida de potencia del panel solar. La pérdida de potencia por temperatura se determina mediante el coeficiente de temperatura en [-%/ºC]. De media un panel fotovoltaico pierde entre 0,25-0,35% de su potencia nominal por cada grado centígrado por encima de los 25ºC.

¿Cómo afecta la limpieza al funcionamiento de las placas solares?

La limpieza es una parte fundamental del mantenimiento de las placas solares para un óptimo funcionamiento de la instalación. La suciedad puede producir pérdidas de rendimiento del 15-30% y en casos de suciedad persistente puede provocar un punto caliente (hot-spot) que haría que el panel deje de funcionar con el paso del tiempo. La limpieza de las placas solares hace que su funcionamiento sea óptimo.

¿Las placas fotovoltaicas pueden tener averías?

Sí, 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 Alpha HJT de REC o las Zebra de FuturaSun.

¿Pueden esas averías provocar incendios?

Sí, 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.