¿Cómo funcionan las placas solares fotovoltaicas?

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El uso de la energía solar en la vida cotidiana ha pasado de ser un proyecto futurista, a una realidad al alcance de la mano, y en un objetivo firme para un planeta sostenible. Aunque las instalaciones utilizadas para ello utilizan una tecnología moderna e innovadora, la realidad es que su funcionamiento es menos complicado de lo que puede parecer. A continuación te explicamos de forma sencilla cómo funcionan los paneles solares fotovoltaicos.

¿Qué son los paneles solares fotovoltaicos?

Las placas solares o paneles fotovoltaicos son unos dispositivos que se instalan para transformar la energía solar, formada por fotones, en energía eléctrica para su uso doméstico o industrial. La mayoría de los paneles que se venden en el mercado están fabricados con un material llamado silicio, que puede ser monocristalino o policristalino, uno de los principales elementos químicos que favorecen el efecto fotovoltaico. En EFC SOLAR usamos siempre paneles solares monocristalinos en nuestras instalaciones. La razón es sencilla, ofrecen un mayor rendimiento en el mismo espacio.

Los paneles solares fotovoltaicos pueden ser utilizados en sistemas solares residenciales, comerciales o industriales. Su aplicación más común es en la generación de energía solar para la alimentación de dispositivos eléctricos, iluminación, sistemas de climatización, y en algunos casos, para la conexión a la red eléctrica, permitiendo la inyección de energía renovable en el suministro eléctrico convencional. Este tipo de tecnología se ha vuelto fundamental en la transición hacia fuentes de energía más limpias y sostenibles.

¿Cómo funcionan los paneles solares fotovoltaicos?

Cada placa está compuesta de celdas con pequeñas células solares, que a su vez se componen de una capa de silicio y fósforo y otra de boro. Una de estas capas es negativa y la otra positiva, de forma que cada celda solar tienen dos cargas opuestas, que generan un campo eléctrico. Es decir, cada celda o célula del panel solar, está fabricada con un material semiconductor que presenta un exceso de electrones de carga negativa, y otro con carga positiva con pocos electrones que al recibir la luz del sol absorberá los fotones de la radiación. En este momento se inicia una corriente eléctrica que provoca que los electrones que sobran comiencen a orbitar por el campo eléctrico que se ha generado. De esta forma la energía del sol se convierte en corriente continúa.

  1. Captación de Luz Solar: Los paneles solares están compuestos por células solares, generalmente hechas de silicio. Este material semiconductor tiene la propiedad de liberar electrones cuando es golpeado por fotones de luz solar.
  2. Generación de Corriente Eléctrica: Cuando los fotones de luz solar golpean la superficie de las células solares, excitan los electrones en el silicio, permitiendo que se liberen y se muevan dentro del material. Este flujo de electrones crea una corriente eléctrica.
  3. Circuito Interno: El panel solar está diseñado con un circuito interno que recoge la corriente generada por las células solares. Este circuito canaliza la corriente eléctrica, que está en forma de corriente continua (CC), hacia un inversor.
  4. Inversión a Corriente Alterna (CA): El inversor convierte la corriente continua generada por el panel solar en corriente alterna, que es la forma de electricidad utilizada en hogares y negocios.
  5. Uso o Almacenamiento: La electricidad generada por los paneles solares puede utilizarse inmediatamente para alimentar dispositivos eléctricos, iluminación, electrodomésticos, o bien, puede ser dirigida a la red eléctrica para su distribución. En algunos casos, la energía se almacena en baterías para su uso posterior durante períodos sin luz solar.

Este proceso se repite continuamente mientras haya luz solar disponible para golpear las células solares. La eficiencia de los paneles solares, es decir, su capacidad para convertir la luz solar en electricidad, ha mejorado significativamente con avances tecnológicos, lo que ha contribuido a la creciente adopción de la energía solar como una fuente de energía sostenible y renovable.

Tipos de paneles solares fotovoltaicos

En la actualidad existen tres tipos de placas solares.

  • Paneles Solares de Silicio Monocristalino:
    • Características: Fabricados a partir de un solo cristal de silicio, estos paneles son conocidos por su alta eficiencia y rendimiento en espacios limitados.
    • Ventajas: Mayor eficiencia, espacio más reducido y mayor durabilidad.
    • Desventajas: Costo inicial más elevado.
  • Paneles Solares de Silicio Policristalino:
    • Características: Producidos a partir de múltiples cristales de silicio, estos paneles son una opción más económica que los monocristalinos.
    • Ventajas: Menor costo en comparación con los monocristalinos.
    • Desventajas: Menor eficiencia y espacio requerido.
  • Paneles Solares de Capa Fina (Thin-Film):
    • Características: Utilizan materiales semiconductores en forma de capas delgadas sobre un sustrato, lo que los hace más flexibles y livianos.
    • Ventajas: Flexibilidad, menor costo de producción y mejor rendimiento en condiciones de poca luz.
    • Desventajas: Menor eficiencia en comparación con los paneles de silicio.
  • Paneles Solares Bifaciales:
    • Características: Tienen la capacidad de captar la luz solar desde ambos lados, lo que aumenta su eficiencia al aprovechar la reflexión de la luz en superficies circundantes.
    • Ventajas: Mayor eficiencia en condiciones específicas y mayor rendimiento a lo largo del día.
    • Desventajas: Costo inicial más alto y requisitos de instalación específicos.
  • Paneles Solares Orgánicos o de Película Delgada:
    • Características: Utilizan materiales orgánicos para captar la luz solar, lo que les otorga flexibilidad y un aspecto más estético.
    • Ventajas: Ligeros, flexibles y pueden integrarse en superficies diversas.
    • Desventajas: Menor eficiencia y vida útil más corta en comparación con otros tipos.
  • Paneles Solares de Concentración:
    • Características: Utilizan lentes o espejos para concentrar la luz solar en células fotovoltaicas, aumentando la eficiencia.
    • Ventajas: Mayor eficiencia en comparación con otros tipos de paneles.
    • Desventajas: Requieren seguimiento solar, son más complejos y costosos.
  • La elección entre estos tipos de paneles solares dependerá de factores como la ubicación, el presupuesto, la eficiencia deseada y las condiciones específicas del proyecto. Es importante considerar cuidadosamente estos factores al seleccionar el tipo de panel solar más adecuado para una aplicación particular.

Cómo calcular la potencia de las placas solares

Una de las preguntas más habituales entre las personas interesadas en los sistemas solares para el autoconsumo es, ¿Cómo funcionan los paneles solares fotovoltaicos y qué cantidad de placas voy a necesitar? El proyecto de cada instalación se realiza cuidadosamente en función de diferentes cálculos y estimaciones que incluyen muchos factores, desde la ubicación, la orientación, el clima o los hábitos de consumo. Sin embargo, se puede hacer un cálculo rápido aproximado para calcular que potencia se necesita en una vivienda.

En primer lugar hay que tener en cuenta los wh/día (vatios hora diarios), que se necesitan normalmente sumando el consumo de los electrodomésticos o maquinaria, así como la iluminación. Una familia consume de media unos 1500 wh/día aproximadamente. En función de eso se escogerán los paneles adecuados al nivel de consumo y a la capacidad de producción según la zona geográfica. La fórmula más utilizada es la siguiente: Nº de paneles= Consumo diario / (Potencia panel x HSP). La Hora Solar Pico (HSP) es la energía que se recibe en horas por m2 y depende principalmente de la localización.

Calcular la potencia de las placas solares implica considerar varios factores para determinar cuánta energía pueden generar en condiciones específicas. Aquí tienes una fórmula básica para calcular la potencia de un panel solar:

Donde:

  • Área: Es la superficie total del panel solar expresada en metros cuadrados (�2m2).
  • Eficiencia: Representa la eficiencia del panel solar para convertir la radiación solar en electricidad. Se expresa como un porcentaje, por ejemplo, si un panel tiene una eficiencia del 18%, se utilizará 0.18 en la fórmula.
  • Radiación: La radiación solar disponible en la ubicación donde se instalarán los paneles. Esta radiación puede variar según la región y las condiciones climáticas. Se expresa en kilovatios-hora por metro cuadrado al día (kWh/m²/día) o vatios por metro cuadrado (W/m²).

La fórmula te dará la potencia generada por el panel solar en condiciones ideales. Sin embargo, ten en cuenta que las condiciones del mundo real pueden afectar la producción de energía. Otros factores a considerar incluyen la inclinación y orientación del panel solar, sombras, temperatura y la duración del sol en un día específico.

Además, si estás diseñando un sistema solar para un lugar específico, debes considerar el promedio diario o mensual de radiación solar en esa ubicación. Puedes encontrar esta información en bases de datos solares o utilizar herramientas en línea que proporcionan datos de radiación solar para diferentes regiones.

Características y componentes

Las instalaciones de placas solares no son especialmente complejas, pero cuenta con varios componentes imprescindibles para su funcionamiento.

  • Módulo solar o paneles solares propiamente dichos. Son los encargados de convertir la radiación solar en energía eléctrica o térmica, dependiendo del tipo de placas.
  • Regulador de carga. Se encarga de administrar la energía de forma eficiente hacia las baterías y protege la instalación de sobre cargas y sobre-descargas. Se comercializa en diferentes capacidades de amperios.
  • Batería o acumulador. Este componente es opcional, ya que la energía producida se puede consumir al instante o bien almacenarla en baterías para poder utilizarla en otro momento. Para completar la información lee nuestro artículo sobre placas solares con baterías o sin baterías.
  • Inversor. Es el dispositivo que se encarga de transformar la corriente continua producida por las células fotovoltaicas en corriente alterna para su uso cotidiano a través de tomas de corriente convencionales. Los inversores son una parte fundamental del sistema fotovoltaico.
  • Soportes. Aunque es un componente pasivo, el soporte es de gran importancia, ya que no solo se encarga de mantener los paneles sujetos en su lugar, sino que contribuye a regular la inclinación y la orientación óptimas para que el módulo pueda trabajar de forma eficiente.

Inversor solar y su función

El inversor solar, como decíamos, es un elemento tan importante como los propios paneles solares, ya que sin él, no sería posible utilizar la energía que las placas generan. Por lo tanto, constituye un elemento clave sobre cómo funcionan los paneles solares fotovoltaicos. Además de transformar la corriente continúa en corriente alterna, cumple con otras funciones.

  • Inversión de Corriente Continua a Alterna (DC a AC): La electricidad generada por los paneles solares es corriente continua, pero la mayoría de los dispositivos eléctricos y la red eléctrica funcionan con corriente alterna. El inversor solar convierte la corriente continua generada por los paneles solares en corriente alterna utilizable.
  • Sincronización con la Red Eléctrica (si es un inversor conectado a la red): En sistemas solares conectados a la red eléctrica, el inversor se sincroniza con la frecuencia y la fase de la red eléctrica. Esto permite que la electricidad generada por los paneles solares se inyecte en la red, y el propietario del sistema puede recibir créditos por la energía producida.
  • Optimización del Rendimiento: Algunos inversores solares cuentan con tecnologías avanzadas para optimizar el rendimiento del sistema. Esto puede incluir la capacidad de rastrear el punto de máxima potencia (MPPT), lo que garantiza que el sistema aproveche al máximo la radiación solar disponible.
  • Monitoreo y Gestión: Muchos inversores solares modernos están equipados con funciones de monitoreo remoto. Esto permite a los propietarios del sistema supervisar el rendimiento en tiempo real, realizar un seguimiento del consumo de energía y diagnosticar posibles problemas.
  • Protección contra Sobretensiones y Cortocircuitos: Los inversores solares suelen incluir sistemas de protección contra sobretensiones y cortocircuitos para garantizar la seguridad del sistema y de los dispositivos conectados.
  • Adaptabilidad y Escalabilidad: Los inversores solares están diseñados para ser escalables y adaptables a diferentes configuraciones de sistemas solares. Pueden integrarse con sistemas de almacenamiento de energía (baterías) y otros componentes del sistema solar.

EFC Solar, Instalación y mantenimiento de paneles solares fotovoltaicas

En EFC Solar somos expertos en energía solar y nos encargamos de cada proyecto en todas sus fases, desde el análisis inicial personalizado, hasta la puesta en marcha tras la instalación. Realizamos también el mantenimiento anual recomendado para prolongar al máximo la vida útil de tus placas solares. Además, llevamos a cabo las tareas administrativas relativas a este tipo de instalaciones, y podemos asesorarte acerca de las subvenciones disponibles en tu municipio. Si te estás planteando pasarte al autoconsumo, contáctanos y resolveremos todas tus dudas.

Accede a este enlace para ver algunos de nuestros proyectos con energía solar fotovoltaica.

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