¿Cómo funcionan las placas solares?

Seguramente, si estás leyendo este pequeño artículo sobre el funcionamiento de las placas fotovoltaicas, es por qué has escuchado algo sobre el autoconsumo, de cómo ahorrar usando energía solar en tu casa... etc. Y lo cierto es que es correcto. Los paneles solares fotovoltaicos fundamentalmente lo que hacen es generar electricidad a partir de la luz del sol.

Si quieres saber, a grandes rasgos, cómo funciona una placa fotovoltaica, sigue leyendo y esperamos que te resulte útil para sentar bases conceptuales.

¿En qué consiste una placa fotovoltaica?

Bien, antes de continuar con las descripción de qué es una placa solar, es recomendable que sepas que se les puede llamar de muchas maneras.

Aquí van unas cuantas maneras de llamar las placas fotovoltaicas:

  • Placa solar
  • Placa fotovoltaica
  • Placa solar fotovoltaica
  • Panel solar
  • Panel fotovoltaico
  • Generador fotovoltaico
  • etc...

Todos ellos son términos que se usan indistintamente para llamar a una placa solar. Elige el que más te guste, pero si que hay una particularidad.

Es cierto que dentro de las placas solares puedes tener 2 variedades:

  1. Placas Solares Fotovoltaicas: Que son las que generan electricidad
  2. Placas Solares Térmicas (o captadores térmicos): Que son las que calientan agua.

Nosotros te vamos a hablar de las primeras, de las placas fotovoltaicas, de las que se utilizan para generar electricidad a partir de la luz del sol.

Es decir, cómo se origina el efecto fotovoltaico con una breve explicación y algún ejemplo gráfico para comprenderlo mejor. Una vez leído el artículo, deberías haber podido asimilar, al menos a modo general, el cómo funcionan las placas solares fotovoltaicas.

Comenzamos….

Funcionamiento de la energía fotovoltaica:

Tenemos que  empezar obligatoriamente hablando, como no, de la célula solar fotovoltaica, pues en ella es donde se genera el efecto fotovoltaico.

Aunque ya hemos hablado en numerosas ocasiones sobre la célula solar, recordamos que es un dispositivo electrónico con la facultad de convertir la radiación solar en energía eléctrica, o dicho de un modo más coloquial: es capaz de convertir energía solar en electricidad.

Célula solar SunPower
Ejemplo de una célula solar sin contactos delanteros fabricada por SunPower

Para tratar de comprenderlo mejor, podemos imaginar que una célula solar se comporta, cuando recibe la radiación del sol, de una forma similar a una pequeña pila , por lo que que puede suministrar una corriente continua a los dispositivos conectados a ella mientras mantiene entre sus polos un voltaje determinado.

Por supuesto, si el sol se oculta, es decir, si deja de recibir radiación solar, la célula deja de suministrar corriente.

Es decir, el fundamento de la energía fotovoltaica es que se necesita de la luz solar como materia prima.

El efecto fotovoltaico se conoce desde finales del siglo XIX cuando Heinrich Hertz se percató que el arco voltaico que se origina entre dos electrodos conectados a alta tensión alcanza distancias mayores cuando se ilumina con luz ultravioleta que cuando se deja en la oscuridad, pero fue Albert Einstein quién años más tarde formuló la explicación teórica de dicho efecto, dando lugar a las bases de lo que conocemos hoy en día como efecto fotovoltaico.

Fue más tarde, en la década de los 50 del siglo XX, cuando se consiguieron realizar las primeras células solares con eficiencias de conversión apreciables y a partir de los años 70 comienza a comercializarse de un modo incipiente.

Placas solares: ¿Qué son y cómo funcionan?

Los paneles solares, como los que se usan en una instalación de autoconsumo fotovoltaico, por tanto, convierten la energía solar en energía eléctrica y para comprender cómo se produce esa conversión, es fundamental conocer en qué consiste ese efecto fotoeléctrico.

El efecto fotoeléctrico, a groso modo, se produce cuando una superficie se expone a la radiación electromagnética sobre cierta frecuencia del umbral (luz visible para los metales alcalinos, cerca del ultravioleta para otros metales, y al ultravioleta en el vacío para los no metales), y en esas condiciones la superficie en cuestión absorbe la luz incidente y emite electrones (e).

En el caso de la fotovoltaica, la superficie expuesta es la célula solar, que está compuesta fundamentalmente por silicio.

Como ya deberías saber, la corriente eléctrica se establece siempre en un circuito cerrado, y por tanto la energía eléctrica generada será entregada a dispositivos de carga o de consumo (teléfonos, electrodomésticos, baterías….).

Tal como podemos ver en la figura siguiente, el elemento de consumo sería una resistencia eléctrica con un valor R (en Ohmios), por lo que la potencia disipada en esa resistencia sería el producto de la corriente que circula por ella (I) por la diferenccia de potencial, o tensión, entre sus polos.

Ambos, tensión y corriente, originados por la célula. Sería pues: P = I x V.

Esquema funcionamiento de célula solar fotovoltaica

Por supuesto un panel solar tiene una serie de parámetros fundamentales que debes conocer y consta también de más partes, el marco, el backsheet, el tedlar de panel solar etc... que será objeto en otro artículo.

Pero ahondemos un poco más.

Como hemos dicho, básicamente, lo que hacen los paneles solares es transformar la energía solar en energía eléctrica.

Es decir, se trata de la conversión de la luz proveniente del sol en forma de radiación (unas partículas llamadas fotones) en electricidad. Esto es conocido como el "efecto de conversión fotovoltaica" o Efecto Fotovoltaico.

Esto ocurre por qué el silicio ,que compone las células fotovoltaicas , tiene esa propiedad que fue explicada por Albert Einstein en el efecto fotoeléctrico.

En resumen, así sería cómo funcionan los paneles fotovoltaicos en un sistema de autoconsumo con conexión a red:

  1. La radiación solar (los fotones) inciden sobre la placa fotovoltaica.
  2. Las células del panel fotovoltaico convierten esa radiación en electricidad (en corriente continua).
  3. Es corriente continua va a un inversor solar, que la convierte en corriente alterna (CA), que es la que usamos para alimentar cualquier dispositivo eléctrico, a 120 o 240 voltios.
  4. Esa corriente alterna, entra a la caja de conexiones de nuestra vivienda.
  5. La electricidad entonces se distribuye en función de los consumos demandados en la vivienda en cada momento.
  6. En caso de que la electricidad generada por los paneles solares no sea suficiente, la vivienda tomará de la red eléctrica la parte que necesite.

Datos eléctricos fundamentales:

De entre todos los datos y especificaciones que tienen los paneles fotovoltaicos que podemos encontrar en el mercado solar actual, los parámetros fundamentales más importantes que debemos conocer para un correcto cálculo de cualquier instalación son:

  • Corriente de cortocircuito (ISC): valor de la corriente que circula cuando la tensión en los terminales de la placa es nula, = 0. Además de esto, es la máxima corriente que se podría llegar a obtener (en un caso ideal) de la placa cuando trabaja como generador.
  • Tensión de circuito abierto (VOC): la mayor tensión que se puede obtener de la placa cuando trabaja como generador.
  • Punto de máxima potencia (PM): punto de trabajo en el que la potencia entregada por la placa fotovoltaica a la carga externa, es máxima.
  • Factor de forma (FF, del inglés, Fill Factor): la relación entre la potencia máxima (o el producto de la corriente y la tensión en el punto de máxima potencia) y el producto de ISC VOC. Su valor es más alto cuanto mejor es la célula.
  •  Eficiencia: relación entre la potencia eléctrica entregada por el panel solar y la potencia de la radiación que incide sobre él.

Efectos sobre la generación de energía

En el proceso de generación de energía eléctrica de un módulo fotovoltaico pueden afectar a su funcionamiento, dos factores: la radiación incidente en cada momento y la temperatura del panel/célula. Aunque tampoco es conveniente olvidarse de lo importante que es el estudio de sombras para paneles solares.

Efecto de la radiación en un módulo solar:

La producción de un módulo fotovoltaico es prácticamente proporcional a la radiación incidente. Cuanto menor sea la radiación, menor será la potencia de salida del módulo.

Podemos apreciarlo en la siguiente gráfica, donde se ve claramente que a menor radiación (W/m2), menos corriente genera el panel solar.

Curva generación panel solar en función de radiación incidente
Curva generación panel solar en función de radiación incidente

 

¿Cuánto tiempo de vida tiene una placa fotovoltaica?

Aquí es donde se refleja la importancia de tener una placa fotovoltaica con buena garantía. Los paneles fotovoltaicos se sabe que pueden durar 30, 40 o 50 años. Pero aún no se sabe realmente con certeza, por qué las instalaciones más antiguas tienen en torno a 40 años y siguen funcionando.

Bien es cierto que las placas fotovoltaicas suelen perder en torno a un 0,7-1% de potencia al año.  Pero si te has preocupado con comprarlas con 25 años de garantía de producto y producción, lo más probable es te vaya a durar esos 40 años o más.

Por tanto, no veas la inversión en una placa solar como algo a corto plazo, piensa que vale mucho la pena pagar un poco más, con una buena garantía y saber que luego vas a tener muchos años de beneficio gracias a esa calidad.

Si por el contrario compras placas fotovoltaicas que a los 10-15 años tienes que cambiarlas.... al final el retorno de la inversión es mucho peor por qué tendrás que cambiarlas por unas nuevas, más mano de obra, desmontar las antiguas, reciclarlas .... etc.

Invertir en calidad es siempre un valor seguro, y en energía solar mucho más.

Por lo tanto:

Una célula solar, o si ya hablamos a nivel de producto final, las placas fotovoltaicas, son capaces de generar una corriente eléctrica en un circuito cerrado utilizando como fuente primaria de energía la radiación solar recibida y absorbida por las células solares que componen la placa solar.

Este sería, en resumen, el fundamento de cómo funciona la energía solar fotovoltaica.

Artículo elaborado por el departamento técnico de SunFields Europe

José Alfonso Alonso Lorenzo

José Alfonso Alonso Lorenzo

Trabajando en el sector fotovoltaico desde 2006.

  • Ingeniero técnico Industrial por la Escuela Politécnica de Ferrol.
  • Experto en Solar Fotovoltaica por el CIEMAT 2009-2010.
  • Experto Profesional en Energía Fotovoltaica, por la UNED 2010-2011.
  • Gerente y Responsable de Compras en SunFields Europe desde 2010.
5/5 (3 Reviews)
Ir arriba