Energía Solar Fotovoltaica

Indice.

I. INTRODUCCION…………………………………………………………………... 03

II. HISTORIA…………………………………………………………………………... 04

III. POTENCIAL DE LA ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA.…………………… 05

IV. TECNOLOGIAS PARA APROBECHAR LA ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA………………………………………..…………………………. 07

4.1.FUNDAMENTOS FISICOS DE LAS CELULA SOLAR……………………. 07

4.2.EL EFECTO FOTOVOLTAICO Y SUS APLICACIONES………………..... 13

4.3.MECANISMOS DE GENERACION Y RECOMBINACION.………….……. 16

V. TIPOS DE CELULAS FOTOVOLTAICAS…………………………………........ 18

VI. SISTEMA FOTOVOLTAICO AUTONOMOS…………………………………… 19

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLOINGENIERÍA QUÍMICA ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA

ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA

I. INTRODUCCION:

La energía solar fotovoltaica se basa en la utilización de células solares

fabricadas con materiales semiconductores cristalinos que generan corriente

eléctrica cuando sobre los mismos incide la radiación solar. Estos están

compuestos en su mayoría a base de silicio.

La corriente eléctrica generada a partir de la energía fotovoltaica se aplica en

distintas formas: Energía eléctrica a zonas aisladas con deficiencia en el

abastecimiento eléctrico convencional, inyección de las redes eléctricas y por

otro lado aplicaciones específicas las cuales abarca desde el suministro de

energías a satélites artificiales hasta alimentación de automóviles, relojes, radios

y calculadoras de bolsillo.

FUENTES DE ENERGIA NO CONVENCIONALESPágina 2


II. HISTORIA:

El efecto fotovoltaico fue descubierto por el francés Alexandre Edmond Bequerel

en 1838 cuando tenía sólo 19 años. Bequerel estaba experimentando con una

pila electrolítica con electrodos de platino cuando comprobó que la corriente

subía en uno de los electrodos cuando este se exponía al sol.

El siguiente paso se dio en 1873 cuando el ingeniero eléctrico inglés Willoughby

Smith descubre el efecto fotovoltaico en sólidos. En este caso sobre el Selenio.

Pocos años más tarde, en 1877, El inglés William Grylls Adams profesor de

Filosofía Natural en la King College de Londres, junto con su alumno Richard

Evans Day, crearon la primera célula fotovoltaica de selenio.

Si bien en todos estos descubrimientos la cantidad de electricidad que se obtenía

era muy reducida y quedaba descartada cualquier aplicación práctica, se

demostraba la posibilidad de transformar la luz solar en electricidad por medio de

elementos sólidos sin partes móviles.

La posibilidad de una aplicación práctica del fenómeno no llegó hasta 1953

cuando Gerald Pearson de Bell Laboratories, mientras experimentaba con las

aplicaciones en la electrónica del silicio, fabricó casi accidentalmente una célula

fotovoltaica basada en este material que resultaba mucho más eficiente que

cualquiera hecha de selenio. A partir de este descubrimiento, otros dos

científicos también de Bell, Daryl Chaplin y Calvin Fuller perfeccionaron este

invento y produjeron células solares de silicio capaces de proporcionar suficiente

energía eléctrica como para que pudiesen obtener aplicaciones prácticas de

ellas. De esta manera empezaba la carrera de las placas fotovoltaicas como

proveedoras de energía.



III. POTENCIAL DE LA ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICO

Las perspectivas de crecimiento en el medio-largo plazo de la tecnología

fotovoltaica son buenas: bajo unas buenas condiciones políticas, puede continuar

progresando en competitividad en los principales mercados eléctricos y

convertirse en una de las principales fuentes de energía.

A pesar de la crisis económica y del periodo de consolidación que estaba

viviendo, la energía solar fotovoltaica continuó creciendo a una velocidad mayor

de la esperada durante el año 2011. Hasta ahora Europa ha liderado el mercado

fotovoltaico, con un 75% de la nueva capacidad conectada en 2011 (durante

2011 se conectaron a la red 29,7GW, de los cuales 21,9 GW se instalaron en

Europa) y alrededor del 75% de la capacidad global instalada. Pero los mercados

no europeos empiezan a mostrar signos de que esta tendencia va a cambiar ya

que en ellos está el mayor potencial de crecimiento: fuera de Europa el sector

fotovoltaico se expande rápidamente, con más de un 100% de crecimiento

durante 2011.

El mayor mercado fotovoltaico no Europeo se situó en China, donde en 2011 se

instalaron 2,2 GW, seguido por Estados Unidos donde se instalaron 1,9 GW. En

la próxima década deberán abrirse nuevos mercados en el mundo y desarrollar

el sector fotovoltaico tal como Europa ha hecho hasta ahora. China, Estados

Unidos, Japón y La India han desarrollado sólo una pequeña parte de su

potencial fotovoltaico. El mayor crecimiento de la fotovoltaica se espera en

países como China y La India, seguidos por el Sureste Asiático, América Latina,

Oriente Medio y los países del norte de África.

Impulsados por el conocimiento del potencial de la energía solar fotovoltaica,

países de la región del llamado “Cinturón solar” como África, Oriente Medio,

Sureste Asiático, y Sur América están empezando a desarrollar esta tecnología.

Se prevé que para 2030 la energía solar fotovoltaica sea la fuente de energía



mayoritaria en los estos países, donde puede competir con el diesel en la

generación de potencia pico sin apoyo financiero. El potencial fotovoltaico en

estos países puede variar entre 60 y 250 GW en 2020 y entre 260 y 1.100 GW

en 2030. Además, con la disminución de precios que está viviendo la industria,

en la próxima década la energía fotovoltaica será competitiva cada vez en más

países.

Con las políticas adecuadas, el potencial de crecimiento en Europa para los

próximos años está alrededor de los 20-25 GW y fuera de Europa el mercado

podría alcanzar entre 38 y 77 GW en 2016.

La siguiente imagen muestra las previsiones de del mercado fotovoltaico en

Europa hasta 2016 bajo dos escenarios: uno pesimista y el otro asumiendo la

introducción de mecanismos de apoyo y políticas adecuadas para favorecer al

sector:

En Europa se han dibujado tres posibles escenarios para la energía solar

fotovoltaica:

Escenario base: el 4% de la demanda eléctrica en Europa será cubierta por

energía solar fotovoltaica en 2020.



Escenario avanzado: la fotovoltaica cubrirá el 6% de la demanda de

electricidad, basándose en el máximo crecimiento posible sin cambios

significativos en la infraestructura eléctrica.

Escenario del paradigma de cambio: asume que todas las barreras se han

suprimido y que se han cumplido las condiciones de contorno. En esta

situación, se prevé que la fotovoltaica proporcione el 12% de la demanda

de electricidad en 2020.

IV. TECNOLOGIAS PARA APROVECHAR LA ENERGIA SOLAR

FOTOVOLTAICA.

4.1.FUNDAMENTOS FISICOS DE LA CELULA SOLAR.

a) EL ÁTOMO:

En esencia la constitución del átomo, refiriéndonos a su aspecto

eléctrico, consta de un determinado número de protones con carga

positiva en el núcleo y una cantidad igual de electrones, con carga

negativa, girando en diferentes órbitas del espacio, denominada

envoluta.

El número máximo de electrones que se pueden alojar en cada órbita es

de 2n2, siendo "n" el número de órbitas. Los electrones giran en órbitas

casi elípticas, en cada una de las cuales y según su proximidad al

núcleo, solo pueden existir un número máximo de electrones.

Atendiendo a la carga eléctrica como inicialmente mencionábamos, los

átomos, se pueden clasificar en positivos, negativos y neutros.

Los átomos de elementos simples, cuando están completas sus órbitas

son neutros, hay igual cantidad de electrones que de protones; pero

dado que los electrones de la última órbita son los más alejados del



núcleo y por tanto, perciben menos su fuerza de atracción, pueden

salirse de dicha órbita denominada de valencia, dejando al átomo

cargado positivamente por contener más protones que electrones, si por

el contrario en el último orbital del átomo hubiese alojado un electrón

libre exterior al átomo habría adquirido carga negativa, a estas dos

situaciones se les denomina iones.

b) ATOMOS ESTABLES E INESTABLES:

Se llama átomo estable al que tiene completa de electrones su última

órbita o al menos dispone en ella de ocho electrones. Los átomos

inestables, que son los que no tienen llena su órbita de valencia ni

tampoco ocho electrones en ella, tienen una gran propensión a

convertirse en estables, bien desprendiéndose de los electrones de

valencia o bien absorbiendo del exterior electrones libres hasta completar

la última órbita; en cada caso realizaran lo que menos energía suponga.

c) CUERPOS CONDUCTORES Y AISLANTES:

Los cuerpos conductores son aquellos cuyos átomos permiten fácilmente

el paso de electrones a su través. Un buen ejemplo de conductor es el

Cobre (Cu) que dispone de un electrón inestable en su cuarta órbita con

una gran tendencia a desprenderse.

d) CUERPOS SEMICONDUCTORES INTRINSECOS:

Mientras que los cuerpos buenos conductores ofrecen escasa resistencia

al paso de electrones, los aislantes la ofrecen elevadísima, y entre

ambos extremos, se encuentran los semiconductores que presentan una

resistencia intermedia.



Un ejemplo de elemento semiconductor es el Silicio (Si), la característica

fundamental de los cuerpos semiconductores es la de poseer cuatro

electrones en su órbita de valencia. Con esta estructura el átomo es

inestable, pero para hacerse estable se le presenta un dilema: y es que

le cuesta lo mismo desprenderse de cuatro electrones y quedarse sin

una órbita, que absorber otros cuatro electrones para hacerse estable al

pasar a tener ocho electrones. En estas especiales circunstancias,

ciertos elementos como el Silicio y el Germanio (Ge) agrupan sus átomos

de manera muy particular, formando una estructura reticular en la que

cada átomo queda rodeado por otros cuatro iguales, propiciando la

formación de los llamados enlaces covalentes. En estas circunstancias,

la estructura de los cuerpos semiconductores, al estabilizarse, debería

trabajar como buen aislante, pero no es así a causa de la temperatura.

Canto mayor es la temperatura aumenta la agitación de los electrones y

por consiguiente enlaces covalentes rotos, dando lugar a electrones

libres y huecos (falta de electrón).

e) SEMICONDUCTORES EXTRÍNSECOS:

Comoquiera que las corrientes que se producen en el seno de un

semiconductor intrínseco a la temperara ambiente son insignificantes,

dado el bajo valor de portadores libres, para aumentarlos se les añaden

otro cuerpos, que se denominan impurezas. De esta forma es como se

obtienen los semiconductores extrínsecos tan importantes en la energía

solar fotovoltaica.

f) SEMICONDUCTORES EXTRÍNSECOS TIPO N:

En la figura se presenta la estructura cristalina del Silicio (Si) dopado con

Antimonio (Sb) al introducirse un átomo de impurezas de este elemento,

hecho por el que recibe el nombre de semiconductor extrínseco.



Como se aprecia el átomo de Sb no solo cumple con los cuatro enlaces

covalentes, sino que aún le sobra un electrón, que tiende a salirse de su

órbita para que quede estable el átomo de Sb. Por cada átomo de

impurezas añadido aparece un electrón libre en la estructura. Aunque se

añadan impurezas en relación de uno a un millón, en la estructura del

silicio además de los 1010 electrones y 1010 huecos libres que existen

por cm3, a la temperatura ambiente, hay ahora que sumar una cantidad

de electrones libres equivalente a la de átomos de impurezas. En estas

condiciones el Si con impurezas de Sb alcanza 1016 electrones libres y

1010 huecos libres por cm3, siendo en consecuencia el numero de

portadores eléctricos negativos mucho mayor que el de los positivos, por

lo que los primeros reciben la denominación de portadores mayoritarios y

los segundos la de portadores minoritarios y, por el mismo motivo, se le

asigna a este tipo de semiconductores extrínsecos la clasificación de

SEMICONDUCTOR EXTRÍNSECO TIPO N.

g) SEMICONDUTORES EXTRÍNSECOS TIPO P:

En la figura se presenta la estructura cristalina del Silicio (Si) dopado con

Aluminio (Al). Por cada átomo de impurezas trivalente que se añade al

semiconductor intrínseco aparece en la estructura un hueco, o lo que es

lo mismo, la falta de un electrón.

Añadiendo un átomo de impurezas trivalente por cada millón de átomos

de semiconductor existen: 1016 huecos libres y 1010 electrones libres

por cm3, a la temperatura ambiente. Como en este semiconductor hay

mayor numero de cargas positivas o huecos, se les denomina a estos,

portadores mayoritarios; mientras que los electrones libres, únicamente

propiciados por los efectos de la agitación térmica son los portadores

minoritarios. Por esta misma razón el semiconductor extrínseco así



formado recibe el nombre de SEMICONDUCTOR EXTRíNSECO TIPO P,

siendo neutro el conjunto de la estructura, al igual que sucedía con el

TIPO N.

h) UNION DEL SEMICONDUCTOR P CON EL N:

Al colocar parte del semiconductor TIPO P junto a otra parte del

semiconductor TIPO N, debido a la ley de difusión los electrones de la

zona N, donde hay alta concentración de estos, tienden a dirigirse a la

zona P, que a penas los tiene, sucediendo lo contrario con los huecos,

que tratan de dirigirse de la zona P, donde hay alta concentración de

huecos, a la zona N. Eso ocasiona su encuentro y neutralización en la

zona de unión. Al encontrarse un electrón con un hueco desaparece el

electrón libre, que pasa ocupar el lugar del hueco, y por lo tanto también

desaparece este último, formándose en dicha zona de la unión una

estructura estable y neutra.

Como quiera que la zona N era en principio neutra y al colocarla junto a

la zona P pierde electrones libres, hace que cada vez vaya siendo más

positiva, mientras que la zona P, al perder huecos, se hace cada vez

más negativa. Así aparece una diferencia de potencial entre las zonas N

y P, separadas por la zona de unión que es neutra. La tensión que

aparece entre las zonas, llamada barrera de potencial, se opone a la ley

de difusión, puesto que el potencial positivo que se va creando en la

zona N repele a los huecos que se acercan de P, y el potencial negativo

de la zona P repele a los electrones de la zona N. Cuando ambas zonas

han perdido cierta cantidad de portadores mayoritarios que se han

recombinado, la barrera de potencial creada impide la continuación de la

difusión y por tanto la igualación de las concentraciones de ambas

zonas. La barrera de potencial es del orden de 0.2V cuando el

semiconductor es de Ge y de unos 0.5V cuando es de Si.



Las aplicaciones de la energía solar fotovoltaica están basadas en el

aprovechamiento del efecto fotovoltaico que tiene mucho que ver con lo

explicado anteriormente. De forma muy resumida y desde el punto de

vista eléctrico, el “efecto fotovoltaico” se produce al incidir la radiación

solar (fotones) sobre los materiales que definimos al principio como

semiconductores extrínsecos. La energía que reciben estos provenientes

de los fotones, provoca un movimiento caótico de electrones en el interior

del material.

Al unir dos regiones de un semiconductor al que artificialmente se había

dotado de concentraciones diferentes de electrones, mediante los

elementos que denominábamos dopantes, se provocaba un campo

electrostático constante que reconducía el movimiento de electrones.

Recordemos que este material formado por la unión de dos zonas de

concentraciones diferentes de electrones la denominábamos unión PN,

pues la célula solar en definitiva es esto; una unión PN en la que la parte

iluminada será la tipo N y la no iluminada será la tipo P.

De esta forma, cuando sobre la célula solar incide la radiación, aparece

en ella una tensión análoga a la que se produce entre las bornas de una

pila. Mediante la colocación de contactos metálicos en cada una de las

caras puede “extraerse” la energía eléctrica, que se utilizará para

alimentar una carga.

Para que se produzca el efecto fotovoltaico debe cumplirse que:



Por otro lado y dando una explicación desde un punto de vista cuántico,

su funcionamiento se basa en la capacidad de transmitir la energía de los

fotones de la radiación solar a los electrones de valencia de los

materiales semiconductores, de manera que estos electrones rompen su

enlace que anteriormente los tenía ligado a un átomo. Por cada enlace

que se rompe queda un electrón y un hueco (falta de electrón en un

enlace roto) para circular dentro del semiconductor. El movimiento de los

electrones y huecos en sentidos opuestos (conseguido por la existencia

de un campo eléctrico como veremos posteriormente) genera una

corriente eléctrica en el semiconductor la cual puede circular por un

circuito externo y liberar la energía cedida por los fotones para crear los

pares electrón-hueco. El campo eléctrico necesario al que hacíamos

referencia anteriormente, se consigue con la unión de dos

semiconductores de diferente dopado, como vimos al principio de esta

sección: Un semiconductor tipo P (exceso de huecos) y otro tipo N

(exceso de electrones). Que al unirlos crea el campo eléctrico E.

4.2.EL EFECTO FOTOVOLTAICO Y SUS APLICACIONES.

El efecto fotovoltaico (FV) es la base del proceso mediante el cual una célula

FV convierte la luz solar en electricidad. La luz solar está compuesta por

fotones, o partículas energéticas. Estos fotones son de diferentes energías,

correspondientes a las diferentes longitudes de onda del espectro solar.

Cuando los fotones inciden sobre una célula FV, pueden ser reflejados o

absorbidos, o pueden pasar a su través. Únicamente los fotones absorbidos

generan electricidad. Cuando un fotón es absorbido, la energía del fotón se

transfiere a un electrón de un átomo de la célula. Con esta nueva energía, el

electrón es capaz de escapar de su posición normal asociada con un átomo

para formar parte de una corriente en un circuito eléctrico.

Las partes más importantes de la célula solar son las capas de

semiconductores, ya que es donde se crea la corriente de electrones. Estos



semiconductores son especialmente tratados para formar dos capas

diferentemente dopadas (tipo p y tipo n) para formar un campo eléctrico,

positivo en una parte y negativo en la otra. Cuando la luz solar incide en la

célula se liberan electrones que pueden ser atrapados por el campo eléctrico,

formando una corriente eléctrica. Es por ello que estas células se fabrican a

partir de este tipo de materiales, es decir, materiales que actúan como

aislantes a bajas temperaturas y como conductores cuando se aumenta la

energía. Desdichadamente no hay un tipo de material ideal para todos los

tipos de células y aplicaciones. Además de los semiconductores las células

solares están formadas por una malla metálica superior u otro tipo de

contracto para recolectar los electrones del semiconductor y transferirlos a la

carga externa y un contacto posterior para completar el circuito eléctrico.

También en la parte superior de la célula hay un vidrio u otro tipo de material

encapsulante transparente para sellarla y protegerla de las condiciones

ambientales, y una capa antireflexiva para aumentar el número de fotones

absorbidos.

Las células FV convierten pues, la energía de la luz en energía eléctrica.

El rendimiento de conversión, esto es, la proporción de luz solar que la célula

convierte en energía eléctrica, es fundamental en los dispositivos

fotovoltaicos, ya que el aumento del rendimiento hace de la energía solar FV

una energía más competitiva con otras fuentes (por ejemplo la energía de

origen fósil).

Estas células, conectadas unas con otras, encapsuladas y montadas sobre

una estructura soporte o marco, conforman un módulo fotovoltaico. Los

módulos están diseñados para suministrar electricidad a un determinado

voltaje (normalmente 12 ó 24 V). La corriente producida depende del nivel de

insolación. La estructura del módulo protege a las células del medioambiente

y son muy durables y fiables. Aunque un módulo puede ser suficiente para

muchas aplicaciones, dos o más módulos pueden ser conectados para

formar un generador FV. Los generadores o módulos fotovoltaicos producen



corriente continua (DC) y pueden ser conectados en serie y/o paralelo para

producir cualquier combinación de corriente y tensión. Un módulo o

generador FV por sí mismo no bombea agua o ilumina una casa durante la

noche. Para ello es necesario un sistema fotovoltaico completo que consiste

en un generador FV junto a otros componentes, conjuntamente conocidos

como "resto del sistema" o BOS (del inglés balance of system). Estos

componentes varían y dependen del tipo de aplicación o servicio que se

quiere proporcionar. Los sistemas fotovoltaicos se pueden clasificar como

autónomos o conectados a la red eléctrica, o según el tipo de aplicación

como:

Electrificación rural (lugares de difícil emplazamiento y acceso, viviendas de

uso temporal, refugios de montaña).

Electrificación urbana (alumbrado de vías urbanas y de edificios públicos

como museos o colegios).

Electrificación doméstica (todo uso eléctrico en viviendas unifamiliares,

comunidades y cooperativas).

Telecomunicaciones terrestres (telefonía terrestre y móvil, comunicación para

navegación aérea y marítima, repetidores y reemisores de radio y televisión,

radioteléfonos).

Telecomunicaciones espaciales (los paneles solares de los satélites les dan

una autonomía indefinida).

Seguridad y señalización (dispositivos de alarma, señalización, faros, pasos

de trenes, aeropuertos, autopistas).



4.3.MECANISMOS DE GENERACION Y RECOMBINACION

Al describir el concepto de electrón y hueco en los apartados anteriores

ligamos su existencia al hecho por el cual un electrón gana energía suficiente

para liberarse del átomo al que estaba ligado. Precisando un poco más se

dice que un electrón gana energía suficiente para promocionarse de la banda

de valencia a la banda de conducción, y de forma más breve aún, se ha

generado un par electrón-hueco (par eh). El proceso inverso también existe y

un electrón libre puede ser capturado por un hueco (enlace vacío) de la red.

Se dice entonces que se ha producido una recombinación de un par eh.

Estos procesos ocurren continuamente de forma dinámica en un

semiconductor. Pero si un semiconductor se encuentra en equilibrio (aislado

del exterior) el número de procesos de generación por unidad de tiempo



tiene que ser igual al número de procesos de recombinación. O sea, que la

población de de electrones y huecos permanece constante.

Existen varios procesos de recombinación/generación (procesos en los que

un electrón puede ganar o perder energía para intercambiarse entre la banda

de valencia y conducción). Nosotros vamos a analizar el proceso de

generación llamado radiactivo en el cual, el electrón gana su energía gracias

a un fotón. En una célula solar es necesario absorber fotones, por lo cual

ahora entendemos por qué la conductividad de un semiconductor aumenta

cuando se ilumina con fotones de energía mayor que la energía del gap, ya

que sólo fotones con esa energía son capaces de aumentar la población de

partículas capaces de conducir. Otros aspectos sobre los procesos de

recombinación radiactiva son:

Si admitimos que un semiconductor puede generar pares eh a partir de un

fotón debemos admitir también que puede perder (recombinar) pares eh

mediante la emisión de un fotón. En consecuencia, si admitimos que la

célula genera pares eh, también debemos admitir que recombina pares

eh, es decir, que tiene un mínimo volumen de pérdidas. Esta dualidad es

la teoría que está detrás de los cálculos de los límites de la eficiencia de

conversión fotovoltaica.

A nivel de célula solar existen varios fenómenos (de emisión estimulada y

de reciclaje de fotones) que son los responsables de que la tensión

máxima teórica que podemos obtener de una célula solar fotovoltaica

coincida con el valor del gap del semiconductor expresado en eV.

V. TIPOS DE CELULAS FOTOVOLTAICAS.

Células policristalinas: Las células policristalinas se producen al verter

silicio líquido a una temperatura elevada en moldes o recipientes de forma

cuadrangular. El silício se enfría hasta formar bloques sólidos, que aparecen



como trozos de silicio monocristalino. La masa que se obtiene se corta en

barras rectangulares que se trocean en finas placas, para formar una “colcha

de retales” de moléculas de silicio monocristalino. Ya que esta tecnología es

la mejor de las que se conocen y es relativamente asequible, las células

policristalinas siguen siendo las más utilizadas.

Células monocristalinas: Las células monocristalinas se crean mediante un

proceso similar al ya mencionado, pero los lingotes se fabrican de acuerdo

con el complicadísimo proceso Czochralski. Los lingotes tienen estrictamente

la misma orientación deseada para el cristal a lo largo de toda su longitud. La

forma de la sección transversal de un lingote es circular. Dado que usar las

células de forma circular, unas al lado de las otras, supone malgastar la

superficie, se dibuja una especie de rectángulo en la sección transversal del

lingote. Las esquinas se dejan con forma redonda por ser demasiado caro

retirar el material obsoleto después de trazar el cuadrado del interior de una

sección transversal circular.

Células con tecnología de película fina: Las células con tecnología de

película fina se imprimen en el vidrio en muchas capas delgadas, para así

formar los módulos deseados. Fabricarlos requiere menos material que

producir las células cristalinas porque no es necesario cortar. Además, basta

con laminar uno de los lados porque están “pegados” a un cristal por el otro

lado durante el proceso de producción.



Tipos de células fotovoltaicas y eficiencia de cada una de ellas

VI. SISTEMA FOTOVOLTAICO AUTONOMOS.

En primer lugar, antes de adentrarnos en el desarrollo del cálculo de

instalaciones fotovoltaicas autónomas estándar, definiremos, a grandes rasgos,

los equipos que componen dicho tipo de sistema.

Actualmente en España, a falta de una regulación para el autoconsumo que

será realidad en los próximos meses, únicamente resulta rentable la



construcción de una instalación fotovoltaica autónoma en viviendas aisladas

que necesiten más de 700m de tendido eléctrico para abastecerse. Aunque

esta cifra está descendiendo rápidamente gracias al abaratamiento de los

componentes, sobre todo de los módulos fotovoltaicos, y pronto (se estima

entre 2014-2015) será más rentable el autoconsumo fotovoltaico que la

conexión a la red eléctrica, “Grid Parity”.

Los sistemas fotovoltaicos autónomos más habituales (Fig. 1) son de poca

potencia, habitualmente de entre 3 y 10 Kwp pero también nos encontramos

casos muy rentables como son el bombeo de agua, alimentación de equipos de

medida, de telecomunicaciones, iluminación y señalización en lugares aislados

etc.

Módulos Fotovoltaicos: Serán los encargados de la generación

eléctrica. Pueden ser de varios tipos, entre ellos, los más utilizados para

este tipo de instalación son los paneles con tecnología monocristalina y

policristalina. Los paneles solares monocristalinos y policristalinos, con

uniones en serie de sus células, rondan los 12-18 voltios para uniones de



36 células y los 24-34 voltios para uniones de 72 células. Es importante

fijarnos siempre en la curva I-V que proporciona cada fabricante en sus

hojas técnicas y en la influencia de la temperatura en la corriente y

tensión del módulo .El aumento de temperatura hace aumentar

ligeramente la corriente y en mayor medida, disminuir la tensión de salida

del módulo.

Regulador: Se encarga de controlar la carga de las baterías, así como la

descarga y evitar cargas o descargas excesivas. De un modo sencillo, un

regulador se puede entender como un interruptor, cerrado y conectado

en serie entre paneles y batería para el proceso de carga y abierto

cuando la batería está totalmente cargada. Las intensidades máximas de

entrada y salida del regulador adecuado para cada aplicación

dependerán de la corriente de máxima que pueda producir el sistema de

generación fotovoltaico para la entrada y la corriente máxima de las

cargas para la salida. Para tener en cuenta los posibles picos de

irradiancia o los cambios de temperatura, es recomendable que, a la

hora de escoger el regulador, sea aquel con un 15-25% superior a la

corriente de cortocircuito que le puede llegar del sistema de generación

fotovoltaico (Ientrada) o bien, de la que puede consumir la carga del

sistema (Isalida). La elección del regulador será aquel que soporte la

mayor de las dos corrientes calculadas.

Baterías: Se encargan de acumular la energía eléctrica generada por el

sistema de generación fotovoltaico para poder disponer de ella en las

horas del día que no luzca el sol. Las más recomendadas para este tipo

de instalaciones son las estacionarias de plomo ácido, con vasos de 2V

cada uno, que se dispondrán en serie y/o paralelo para completar los 12,

24 o 48 Vcc que sea adecuado en cada caso. Este tipo de baterías

pueden permanecer largos periodos de tiempo cargadas y soportar



descargas profundas esporádicamente. Para definir el tamaño necesario

de las baterías es necesario tener en cuenta un par de parámetros:

Profundidad de descarga máxima, qué es el nivel máximo de descarga

que se le permite a la batería antes de la desconexión del regulador,

para proteger la duración de la misma. Las profundidades de descarga

máximas que se suelen considerar para un ciclo diario (profundidad de

descarga máxima diaria) están en torno al 15-20%. Para el caso del ciclo

estacional, qué es el número máximo de días que podrá una batería

estar descargándose sin recibir los módulos radiación solar suficiente,

están en torno a 4-10 días y un profundidad de descarga del 70%

aproximadamente.

En instalaciones fotovoltaicas autónomas no se buscan descargas

agresivas, sino más bien progresivas, por esta razón las baterías a

utilizar suelen ser con descarga de 100 horas (C100), pues cuanto más

intensa es la descarga de una batería menos energía es capaz de

suministrarnos. Además, se suelen especificar con tiempos de descarga

de 100 horas por que al hablar de tiempos de autonomía de 5 o más días

la descarga se produciría en, por ejemplo, 24 x 5 = 120h, y por defecto,

se escogen entonces las 100 horas.

Inversor u Ondulador: Si las cargas que debemos alimentar son a

230Vac, necesitaremos un equipo que transforme la corriente continua

procedente del regulador en corriente alterna para alimentar las cargas.

Esta es la función del inversor. A la hora de dimensionar el inversor, se

tendrá en cuenta la potencia que demanda la suma de todas las cargas

AC en un instante, de este modo se elegirá un inversor cuya potencia

sea un 20% superior a la demandada por las cargas, suponiendo su

funcionamiento al mismo tiempo.


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