Dispositivos implicados en la generación fotovoltaica

En el siguiente artículo pretendemos definir y explicar de qué manera y qué dispositivos están involucrados en la generación de energía mediante la radiación solar.

Es necesario distinguir antes de todo, que existen dos modalidades punteras a la hora de aprovechar la energía que nos facilita el sol:

  • Energía solar fotovoltaica: Es la producción de energía eléctrica mediante paneles solares.
  • Energía solar calorífica: Aprovecha la energía solar para producir energía en forma de calor para calentar agua, tecnología que abordaremos en otro artículo.

Pero ¿cómo es capaz una placa fotovoltaica de aprovechar el sol para producir energía eléctrica?

La respuesta, aunque mucho más compleja, se puede simplificar en lo siguiente:

Un panel fotovoltaico está formado por una serie de células fotovoltaicas. Dichas células están compuestas principalmente por material semiconductor (normalmente Silicio) para generar un campo eléctrico estático, es decir los electrones no se mueven y por lo tanto no generan energía eléctrica. La energía de los fotones solares consigue poner en movimiento a los electrones presentes en el campo eléctrico. Dicho movimiento de electrones es la corriente eléctrica que podemos aprovechar como energía.

Una vez que los paneles fotovoltaicos están correctamente asociados en serie y paralelo para satisfacer las condiciones óptimas de trabajo, generan corriente continua. Para poder aprovechar la energía solar por los dispositivos y electrodomésticos de la vivienda es necesario rectificar dicha corriente a corriente alterna. Por ello, es necesario instalar un dispositivo llamado inversor que realiza la conversión de corriente continua a corriente alterna con un rendimiento muy elevado.

Una vez comprendemos como se genera básicamente la energía, podemos enumerar los dispositivos implicados en una instalación fotovoltaica:

1 – Módulo Fotovoltaico: Es el encargado de capturar la radiación electromagnética incidida por el sol, consiguiendo generar energía en corriente continua. Está compuesto por una serie de células fotovoltaicas de material semiconductor unidas en serie y paralelo estratégicamente para obtener las características deseadas por el fabricante.

Existen dos modalidades de fabricación punteras en módulos fotovoltaicos:

    • Paneles monocristalinos: Sus células están fabricadas a partir de un solo cristal de Silicio puro, disponiendo así de una estructura atómica perfectamente alineada. Gracias a esta disposición se consigue el máximo rendimiento, sacrificando un alto coste energético en la fabricación. En cuanto al aspecto son totalmente negros.
    • Paneles policristalinos: Las células se fabrican a partir de un proceso de mecanizado donde los lingotes de Silicio tienen cristales atómicamente desalineados, consiguiendo células con menos pureza y menos eficientes, pero reduciendo notablemente el coste energético en su fabricación. La célula resultante es de un tono azulado.

En el mercado existen múltiples variantes de módulos fotovoltaicos, siendo los más comunes los módulos de 60 células y 72 células. La potencia de cada panel varía en función del modelo y/o el fabricante.

2 – Inversor: Es un dispositivo de potencia capaz de convertir corriente continua en corriente alterna (230 V o 400 V) a un grado de eficiencia muy elevado. Está compuesto principalmente por una serie de transistores de potencia comandados por una unidad de control, la cual impone mediante una programación del fabricante las conmutaciones óptimas para poder convertir la corriente continua en corriente alterna. Además, dispone de una serie de filtros y protecciones para obtener una señal de salida de calidad y debidamente protegida.

En el mercado se pueden encontrar diversos modelos en función de la aplicación deseada, ya que un inversor para una instalación fotovoltaica conectada a la red de baja tensión no se podría utilizar para una instalación aislada de red.

3 – Estructura: Es el conjunto de perfilería, normalmente de aluminio, sobre la que se posan los paneles fotovoltaicos. Se pueden encontrar dos configuraciones principales, estructuras coplanares y estructuras inclinadas. Las estructuras coplanares son las utilizadas en tejados que disponen ya de inclinación, ya que, dicha estructura no aumenta la inclinación del panel. Las estructuras inclinadas son las que disponen de una inclinación fija o variable para imponer sobre los paneles, siendo usadas normalmente en cubiertas planas.

4 – Protecciones: Cualquier instalación eléctrica requiere de elementos que aseguren la integridad de la instalación y de las personas cercanas a la misma. Por ello es muy importante utilizar elementos de calidad y con marcado CE. En una instalación fotovoltaica es importante diferenciar que se existen dos tipos de corriente que se manejan, la corriente continua y la corriente alterna.

En el lado de corriente continua se deben instalar elementos que permitan el corte de la corriente por un aumento anómalo de esta. Normalmente se debe disponer de fusibles gPV específicos para aplicaciones fotovoltaicas, de un calibre superior a la corriente nominal, pero inferior a la corriente máxima admisible por las entradas del inversor. Además, se deben de tener en cuenta dispositivos contra sobretensiones transitorias, elemento que protege a la instalación de descargas de origen natural, como por ejemplo rayos.

En el lado de corriente alterna se deben instalar elementos específicos para proteger a las instalaciones y a las personas y animales que se encuentren cerca de las instalaciones. Por ello, la instalación debe disponer de interruptores magnetotérmicos para proteger a la instalación y a las personas y animales de sobrecargas e interruptores diferenciales para proteger a las personas y animales del paso de corriente por el organismo.