Las instalaciones fotovoltaicas solares

¿Qué son las instalaciones fotovoltaicas?

Las instalaciones fotovoltaicas solares son aquellas que son capaces de generar energía eléctrica. Lo hacen a partir de la radiación solar. Utilizan células solares fotovoltaicas, las cuales utilizan el efecto fotoeléctrico para ello. Es por tanto un tipo de energía renovable. La fuente de energía que genera la electricidad es el sol el cual es inagotable a escala humana.

El efecto fotoeléctrico fue descubierto por Heinrich Hertz en 1887 de forma empírica. Posteriormente Albert Einstein en el año 1905 explicó teóricamente su funcionamiento.

Las células solares se agrupan en paneles solares los cuales se pueden conectar entre ellos en función de la potencia requerida.

Un panel solar orientado al sol generará una tensión entre sus terminales de conexión. Si los conectamos a cualquier circuito eléctrico tendremos una corriente eléctrica.

De forma general las instalaciones que usamos están preparadas para conectarse a corriente alterna. Pero la corriente que genera un panel solar fotovoltaico es corriente continua, por lo que será necesario adaptar la electricidad que generan los paneles a nuestras características de uso. Para ello las instalaciones solares fotovoltaicas están formadas por diferentes elementos: módulos fotovoltaicos, inversores, baterías, reguladores, protecciones, cableado, estructura, sistemas de seguridad, contador eléctrico, sistemas de inyección cero y sistemas de monitorización. De forma general no es necesario disponer de todos ellos, eso dependerá de las funcionalidades de la instalación.

A continuación pasamos a describir cada uno de ellos:

Módulo fotovoltaico

Es un elemento que está compuesto por células fotovoltaicas que producen electricidad a partir de la radiación solar. Existen varios tipos, que se diferencian según el tipo de célula que los forman: monocristalinos, policristalinos y de capa fina (amorfos).

 

Entre los tres tipos descritos, el más eficiente, y, por lo tanto, el más caro es el monocristalino. El módulo de capa fina, al contrario, es el menos eficiente y el más barato. El módulo policristalino posee un rendimiento aceptable y su precio es más asequible que la tecnología monocristalina. En el mercado, para instalaciones de autoconsumo los módulos mono y policristalinos están más extendidos.

Inversor

El inversor es el elemento que se instala entre los módulos fotovoltaicos y el contador eléctrico. Las funciones principales de un inversor son:

• Convertir la corriente continua que proporcionan los módulos en corriente alterna para que pueda ser utilizada en una vivienda, local, industria, etc.
• Optimizar la energía captada por los módulos
• Monitorizar el funcionamiento de la instalación controlando los parámetros que intervienen en el proceso y desconectándose en caso de detección de algún fallo.

Los inversores de conexión a red se diferencian principalmente según si existe o no una instalación de baterías.

Inversor de autoconsumo directo

Este tipo de inversor transforma la corriente continua proporcionada por los paneles en corriente alterna para que se utilice en el local. Esta energía se utiliza para alimentar a todos los elementos eléctricos que estén consumiendo energía en ese preciso instante. En caso de que la demanda sea mayor que la generación, se aportará la energía necesaria desde la red eléctrica, y si, por el contrario, se genera más energía que la que se está consumiendo, la energía sobrante se verterá a la red. En caso de no querer verter esta energía, se puede instalar un sistema de inyección cero.

Inversor de autoconsumo con baterías (híbrido)

Este tipo de inversor se caracteriza por realizar 3 funciones diferentes.

1. Transforma la energía continua en energía alterna para que se utilice directamente en el local sin tener que atravesar las baterías
2. En el caso de que se genere más energía de la que se esté consumiendo, permite cargar las baterías para aprovechar esta energía en otro momento.
3. En el caso de que no exista generación, el inversor utilizará la energía almacenada en las baterías.

 

 

Baterías

Las baterías son elementos que permiten almacenar la energía eléctrica producida. Su característica principal es la capacidad.Y se mide en amperios-hora. Se define como la cantidad de energía que puede obtenerse en una descarga completa estando la batería totalmente llena.

Otra característica que conviene tener en cuenta es el número de ciclos (cargas y descargas) que puede llegar a realizar antes de quedar obsoleta. Los principales tipos de baterías son: Baterías AGM, Monoblock, estacionarias, de Gel y de Litio. La vida útil y el rendimiento de cada una de ellas es proporcional al precio de adquisición de cada uno de los tipos.  Las baterías poseen una vida útil entre 2 y 20 años. El precio de las mismas está ligado a su periodo de vida útil, siendo este mayor en el caso de baterías estacionarias y baterías de litio.

Regulador

Es un dispositivo que se encarga de controlar el estado de carga de las baterías, regulando la intensidad con la que se cargan para reducir las pérdidas en el proceso. También aumenta la vida útil de las baterías evitando que se carguen o descarguen por encima de los niveles óptimos.

Contador eléctrico

El contador eléctrico es el elemento que se encarga de medir la energía producida, y según el nuevo real decreto 900/2015, es obligatorio colocar un nuevo contador en el punto frontera. La conexión de la instalación fotovoltaica a la red eléctrica se realizará dependiendo del tipo de instalación que tengamos (tipo 1 o tipo 2).

Protecciones

La instalación debe poseer las protecciones reglamentarias, como es el caso de fusibles, interruptores magnetotérmicos, interruptores diferenciales, protectores contra sobretensiones, etc., además de que el inversor, los módulos y las baterías deben tener certificados por parte del fabricante en el que se asegure la seguridad de los mismos.

 

Cableado

Los cables a emplear en este tipo de instalaciones fotovoltaicas deben tener una serie de propiedades para que resistan las duras condiciones del entorno, como es el caso de resistencia a los efectos meteorológicos, a temperaturas extremas, etc. La sección del cable a utilizar se debe calcular para cada tramo, teniendo en cuenta la intensidad que lo atraviesa y la caída de tensión máxima admisible por normativa.

Estructura

Las estructuras que normalmente se utilizan para instalaciones fotovoltaicas se dividen en inclinadas y coplanarias.

Las estructuras inclinadas se instalan tanto en suelo, como en cubiertas planas, marquesinas, etc. Poseen un ángulo que oscila entre 30 y 40º dependiendo de la altitud, longitud y latitud donde se va a ubicar la instalación. A mayor inclinación, mayor será la generación en invierno y menor en verano, y viceversa.

En las cubiertas que ya sean inclinadas, se utiliza la estructura coplanar, la cual se coloca directamente en la cubierta y posee la inclinación de la misma. Este tipo de estructura es más económica que la inclinada, sin embargo, es más difícil optimizar la captación de energía, ya que normalmente, la inclinación del tejado no coincidirá con la inclinación óptima que tendría que tener la instalación para aprovechar el 100% de su potencia nominal. El material a emplear es aluminio ya que ofrece una buena resistencia mecánica y es ligero, por lo que facilita la instalación en cubiertas de edificios.

También existe una estructura móvil que gira según el movimiento del sol optimizando la captación. Este tipo de estructura se denomina seguidor solar y se instalan normalmente en terrenos planos. Este tipo de estructura es la más cara, pero se puede llegar a conseguir un incremento de la producción del 40% respecto a instalaciones fotovoltaicas fijas.

Sistemas de seguridad

Las instalaciones fotovoltaicas que se encuentren en cubiertas deben poseer todos los elementos de seguridad reglamentarios.

Como es el caso de:

• líneas de vida
• barandillas
• escaleras, etc. que faciliten el acceso y el mantenimiento de las mismas.

Por otro lado, para instalaciones que se instalen en el suelo, deberán delimitarse mediante vallado con el objetivo de reducir al máximo los posibles accidentes.

Sistema de inyección cero

Un sistema de inyección cero es un elemento que monitoriza en tiempo real la energía que se está generando en la instalación fotovoltaica. La compara con la energía que se está consumiendo en el edificio. En el instante en el que la generación supere al consumo evitará que esta energía se vierta a la red. Bien incidiendo en el inversor y provocando que éste reduzca la producción solar. O bien, disipando esa energía en forma de calor.

Sistema de monitorización

Para grandes instalaciones fotovoltaicas es recomendable instalar un sistema de monitorización. Estos sistemas controlan en todo momento las variables que intervienen en el sistema. Mediante este sistema el propietario de la instalación conocerá en cualquier momento el estado de la misma. Localiza posibles averías, y actúa en consecuencia para corregir el problema.

Estos sistemas son capaces de medir:

• La intensidad que atraviesa los paneles
• La cantidad de energía que se está generando
• La cantidad de energía que se vierte a la red

Y suministran los datos en forma de gráficas o tablas fácilmente legibles, etc.

Tener una herramienta que permita conocer todos los parámetros provocará un aumento de la producción. Reduciendo el periodo de retorno de la inversión. Por ejemplo, en caso de avería, se conocerá el componente exacto que ha fallado, reduciendo los tiempos de inactividad.

Una instalación básica para autoconsumo estará compuesta por estructura, paneles, inversor, contador eléctrico, protecciones y cableado.

Una instalación básica para suministro de energía de forma aislada (sin conexión a la red eléctrica) estará compuesta por:

• Estructura
• Paneles
• Regulador
• Baterías
• Protecciones
• Cableado

Aquí os dejamos el enlace a la página del IDAE sobre instalaciones fotovoltaicas.