Del sol a nuestros enchufes: la fotovoltaica para principiantes

Del sol a nuestros enchufes. Ese es, en un resumen tan apurado como certero, el recorrido que traza la energía fotovoltaica desde su origen hasta llegar a cumplir con sus finalidades, ya sean éstas el autoabastecimiento de una vivienda unifamiliar o el suministro de una empresa en un polígono industrial. Este periplo atraviesa diferentes fases y precisa de una serie de elementos que van más allá de os paneles que cualquiera conoce al hablar de la energía fotovoltaica.

Sin embargo, antes de describir los elementos que conforman las instalaciones, debemos comenzar por tener claro el proceso físico que garantiza la producción de electricidad a través da radiación solar: el efecto fotovoltaico. Para entender su naturaleza, podemos realizar un breve resumen que sintetiza la complejidad del fenómeno: los diferentes fotones que conforman los rayos de luz, al incidir sobre una superficie de un material con unas propiedades semiconductoras determinadas, liberan electrones generando un flujo eléctrico. En esto se basa el funcionamiento de las placas, construidas con silicio dopado con boro y fósforo. El dopaje de este elemento químico consiste en el agregado de impurezas para alterar sus propiedades de conducción eléctrica.

La celda fotovoltaica

Las celdas fotovoltaicas constituyen el primer escalón. Son dispositivos eléctricos planos, compuestos por diferentes capas y construidos por los semiconductores, hechos a base del ya citado silicio dopado. Las celdas fotovoltaicas reciben también los nombres de fotoceldas o celdas solares. Para entendernos, sin muchas más vueltas, podemos decir que son los cuadraditos que les dan a los paneles su característico aspecto casi ajadrezado.

La suma de celdas, conectadas en serie o en paralelo, conforman un panel solar. El número puede variar, dependiendo de la potencia que busquemos y, como podemos adivinar, cuantas más celdas concurren en un panel, mayor potencia. Para hacernos una idea, si tomamos un modelo bastante habitual de panel, uno de 450W, sobre su superficie contaremos entre 144 e 156 fotoceldas. La distribución más frecuente las reparte en seis filas.

Clases de paneles

Los paneles conforman el segundo peldaño de la producción de energía fotovoltaica y los hay de distintas clases. Se distinguen tres categorías si atendemos al tipo de construcción, lo cual como es natural influye en la potencia, en la eficiencia o en la inversión necesaria.

  • Monocristalinos. Registran una mayor eficiencia al estar fabricados con una capa de silicio a una temperatura homogénea. Muestran un color negro uniforme.
  • Policristalinos. Menos eficientes, pero más económicos. Al estar fabricados a temperaturas desiguales, desde el punto de vista de la estética, muestra más irregularidades al ser de un color azul oscuro que no es completamente uniforme.
  • Amorfos. Son las opciones más económicas al estar fabricados con menos capas que los anteriores. Visualmente tiene cierta homogeneidad, pero carecen de conexiones visibles entre celdas.

A día de hoy, la industria se centra en la fabricación de paneles monocristalinos de alta eficiencia.

La conversión fotovoltaica: el inversor

Un tercer elemento que debemos tener en cuenta a la hora de hablar da energía fotovoltaica es el inversor, pieza fundamental para que la producción de los paneles sirva electricidad a nuestra empresa o a nuestro hogar. En este sentido, hay que tener presente que el efecto fotovoltaico que se da en las celdas fotovoltaicas produce corriente continua y no alterna, que es la que empleamos a diario. Es aquí donde entran en juego los inversores, dispositivos cuya misión principal es llevar a cabo la conversión. Además, estos aparatos también actúan para optimizar la producción, aportan información sobre a instalación y hacen el seguimiento del punto de Potencia Máxima (en inglés MPPT, siglas que responden a “Maximum Power Point Tracking”).

La orientación

Pese a que puede resultar obvio que los paneles deben estar expuestos directamente a la radiación solar, hay una serie de matices que debemos tener presentes para comprender el funcionamiento de la producción de esta energía renovable. Para garantizar el máximo rendimiento, los paneles han de estar orientados de forma perpendicular a la incidencia de los rayos del sol. La colocación, lógicamente, dependerá tanto de la rotación como de la translación del planeta. Es decir, del momento del día y del año que marque el calendario. ¡Ah! Y también de dónde estamos parados en el mapamundi.

Para analizar esta cuestión, es primordial definirnos los dos ángulos más importantes de la orientación de los módulos:

  1. Azimut, que se trata de la orientación respecto del sur, y que hace el seguimiento del sol a lo largo de su trayectoria estacional.

  1. Tilt, que se trata de la orientación respecto del suelo, y que hace el seguimiento del sol a lo largo de su trayectoria diaria.

Así, se instalamos paneles en Galicia, por estar en el hemisferio norte, el Azimut debería ser siempre de 0º respecto del sur, y el Tilt de 30 grados durante el inverno, mientras que en el verano habría que situarlo a 60 grados. De encontrarnos en Mozambique, es decir en el hemisferio sur, haríamos exactamente a la inversa. Y de vivir en el Brasil atravesado por el ecuador, colocaríamos cada panel lo más horizontal posible, casi que en paralelo al suelo.

Hay mecanismos que permiten la orientación dinámica de los paneles. el sistema más depurado (también más costoso y voluminoso) regula la orientación a lo largo del día. Imitan así a los girasoles. Otros basculan según la estación del año, lo cual también precisa de un espacio considerable en tejados y cubiertas.

En realidad, a día de hoy apenas se emplean sistemas para ajustar dinámicamente la orientación de los paneles en las plantas de autoconsumo en cubierta. Este tipo de sistemas tienen un elevado coste de instalación y mantenimiento que no siempre compensan el correspondiente aumento de producción. Para pequeñas plantas es más eficiente aumentar la producción de un modo más sencillo: instalando más paneles. Por otra parte, en algunos grandes campos fotovoltaicos instalados en superficie sí se viene optando por ajustar dinámicamente el eje horizontal, el Tilt, para hacer un seguimiento del sol a lo largo de su trayectoria diaria. Nuevos avances hacen económicamente viables este tipo de sistemas para grandes plantas. Los que apenas se instalan ya son los sistemas de seguimiento en eje vertical, el Azimut, ya que los aumentos de producción en ese caso no compensan el aumento de coste que supone este tipo de seguimiento.

Protección y cableado

Como cualquier tipo de elemento que implica producción, almacenamiento o distribución eléctrica, una instalación fotovoltaica debe contar con un sistema de protección constituido por dispositivos que actúen frente a los riesgos de sobrecorriente, de sobretensión y de contactos eléctricos. Además, debe haber sistemas de control tanto para la corriente alterna como para la corriente continua. En cuanto al cableado, hay que tener en cuenta el tamaño de la instalación y la distancia que se recorre, ya que se registran bajadas de tensión por la longitud de los cables.

¿Aislada o en red?

Un último elemento que puede concurrir en un sistema fotovoltaico son las baterías. Su presencia dependerá de si la instalación está conectada a la red o es independiente al ser un circuito aislado:

-Conexión a la red general. En estos casos, lo habitual Es que no haya baterías, ya que las compensaciones que se puedan necesitar llegarían de la red general. En estos casos, el propietario de la instalación puede llegar a ser a un tiempo consumidor (cuando completa su consumo con aportaciones de la red general) y productor (cando vende os excedentes de energía).

-Instalación aislada. En este caso, tendremos una serie de baterías que almacene los excedentes para los momentos que precisemos compensación o para suplir en el futuro posibles averías.

Por último y menos frecuente, encontramos las instalaciones conectadas a la rede y con batería al mismo tiempo. Este caso responde a que la persona o entidad propietaria desecha la opción de vender los excedentes de su producción y decide asumir el coste de las baterías para almacenarlos.

Estos son los detalles generales y básicos para comprender el funcionamiento de la fotovoltaica. Cualquiera duda o necesidad que tengas para tu futura instalación o para la ampliación de la que ya tienes en funcionamiento, en Enova encontrarás todas las respuestas.