Funcionamiento de las placas solares
El funcionamiento de las placas 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.
Los captadores solares térmicos 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 reduce 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.
Contenido
- ¿Cómo funcionan las placas solares?
- ¿Cómo funcionan los paneles solares cuando no hay sol?
- ¿Cómo funciona la conexión a la red eléctrica con placas solares?
- ¿Cómo funcionan las placas solares térmicas?
- ¿Cómo funciona una instalación fotovoltaica?
- ¿Cómo el funcionamiento de una placa solar afecta a su rendimiento?
¿Cómo funcionan las placas solares?
Las placas solares funcionan de la siguiente manera. Cuando la luz solar llega a los paneles solares excita a los electrones, que producen una capa de carga positiva y otra de carga negativa. La diferencia de cargas genera una diferencia de potencial (voltaje) y éste a su vez 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?
Una célula fotovoltaica funciona absorbiendo fotones de la luz solar y liberando electrones en el circuito. Los fotones liberan electrones de la capa N, y los electrones libres producen una corriente que genera electricidad por el circuito.
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).
¿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 electricidad o reducen su rendimiento. Capturan todos los tipos de luz de diferente longitud de onda, como la luz que atraviesa nubes (radiación difusa), la que rebota en el suelo (albedo) o la artificial.
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?
Los paneles solares no generan electricidad de noche 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 se va la luz, los paneles solares siguen generando energía pero no se aprovecha durante corte de electricidad. 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.
¿Cómo funciona la conexión a la red eléctrica con placas solares?
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.
- 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.
- Medidor Bidireccional: Registra tanto la energía consumida de la red como la energía excedente enviada a la red.
- 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.
- Energía Sobrante (excedentes): Cuando los paneles generan más energía de la que se consume, el exceso se envía a la red pública.
- Compensación de excedentes: La energía vertida puede ser compensada económicamente o con descuentos en la factura eléctrica.
¿Vale la pena comprar los paneles fotovoltaicos con mejor funcionamiento?
Sí, vale la pena comprar los paneles fotovoltaicos con mejor funcionamiento en caso de necesitar una instalación que produzca la máxima cantidad de electricidad posible. Estos casos se dan cuando se dispone de poco espacio y se tiene un gran consumo eléctrico, y cuando los paneles FV se instalan en plantas fotovoltaicas.
¿Cómo funcionan las placas solares térmicas?
Los captadores solares térmicos calientan agua con el calor del Sol, que almacenan en un acumulador para utilizarla como calefacción o ACS más tarde.
El funcionamiento de las placas solares térmicas se describe en las siguientes 7 fases.
- 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.
- Captura de Energía: El sol calienta los tubos del colector solar.
- 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.
- Circulación del Fluido: El fluido caloportador que circula por los tubos, absorbiendo el calor, será el que transporte la energía térmica.
- Intercambiador de Calor: Se encarga de transferir el calor del fluido caloportador del circuito primario al agua del sistema de almacenamiento térmico (circuito secundario).
- 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.
- Depósito de Almacenamiento: Almacena y mantiene caliente el agua para su uso posterior en calefacción, agua caliente sanitaria o procesos industriales.
¿Cómo funcionan las placas solares híbridas?
Las placas solares híbridas combinan las tecnologías de los paneles solares fotovoltaicos y térmicos. Los paneles híbridos generan electricidad convirtiendo la luz solar en energía eléctrica y en calor al mismo tiempo.
El funcionamiento se resume en 3 pasos.
- 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.
- 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.
- 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?
Las instalaciones fotovoltaicas funcionan convirtiendo luz solar en electricidad con paneles solares. Los paneles generan corriente continua que se convierte en corriente alterna para su uso por el inversor fotovoltaico de la instalación.
Y ¿cómo funciona una instalación solar en una casa? Se encargan de generar electricidad durante las horas que luce el sol para consumir menos energía de la red eléctrica.
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 solar se resume en estos 4 puntos.
- Captura de la Energía Solar: Los paneles instalados en el tejado capturan la luz solar y la convierten en corriente continua (CC).
- 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.
- 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.
- 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.
¿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 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.
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.
Más sobre mí en: https://es.linkedin.com/in/jose-a-alonso-sunfields/