Una instalación solar fotovoltaica es un conjunto de elementos que tienen el propósito de producir electricidad a partir de la energía solar. Es un tipo de energía renovable que capta la radiación solar a través de placas fotovoltaicas.
Las diferentes partes de un sistema fotovoltaico varía ligeramente dependiendo de si son instalaciones fotovoltaicas conectadas a la red o son sistemas aislados.
En las instalaciones aisladas, se puede almacenar la energía generada utilizando baterías solares y reguladores de carga. En el caso de las instalaciones conectadas a la red, la electricidad generada se suministra a la red eléctrica general para su distribución.
Los principales elementos de una instalación solar fotovoltaica son:
1. Paneles solares fotovoltaicos
El panel solar fotovoltaico es el elemento captador de la radiación solar y el encargado de transformar la energía solar en electricidad mediante el efecto fotovoltaico. Este tipo de placas solares están compuestas de unos pequeños elementos llamados células fotovoltaicas.
La célula fotovoltaica es la parte del panel fotovoltaico encargada de transformar la radiación solar en energía eléctrica gracias al efecto fotovoltaico. El resultado es una corriente eléctrica en corriente continua.
Las células fotovoltaicas se encuentran encapsuladas en dos capas entre una lámina frontal de vidrio y una capa posterior de un polímero termoplástico u otra lámina de cristal. La lámina de cristal se utiliza cuando se desea obtener módulos con algún grado de transparencia.
Habitualmente este conjunto de elementos se enmarca en una estructura de aluminio anodizado para aumentar la resistencia y facilitar el anclaje del módulo fotovoltaico.
Las células fotovoltaicas más habituales son de silicio, y se puede dividir en tres subcategorías:
Las células fotovoltaicas de silicio monocristalino.
Las células fotovoltaicas de silicio policristalino, con un rendimiento más elevado.
Las células de silicio amorfo son las menos eficientes pero menos costosas.
2. Inversores de corriente
El inversor solar es un aparato electrónico encargado de convertir la corriente generada en el panel fotovoltaico de forma que sea óptima para el suministro eléctrico. Un inversor convierte la corriente continua generada en corriente alterna.
El panel solar fotovoltaico de este tipo de instalación proporciona electricidad en forma de corriente continua. Esta corriente se puede transformar en corriente alterna mediante el inversor de corriente e inyectar en la red eléctrica o bien en la red interior.
El proceso, simplificado, sería el siguiente:
Se genera la energía a bajas tensiones (380-800 V) y en corriente continua.
Se transforma con un inversor de corriente en corriente alterna.
En plantas de potencia eléctrica inferior a 100 kW se inyecta la energía directamente a la red de distribución en baja tensión. Y para potencias superiores a los 100 kW se utiliza un transformador para elevar la energía a media tensión y se inyecta en las redes de transporte.
3. Seguidores solares (opcional)
Los seguidores solares son unos mecanismos que van orientando la posición de los paneles fotovoltaicos dependiendo de la posición del Sol para aumentar su rendimiento. Su utilización es bastante habitual en la producción de energía solar.
Los seguidores solares permiten aumentar en gran medida la producción solar, en torno al 30 % para los primeros y un 6 % adicional para los segundos, en lugares de elevada radiación directa.
Existen seguidores solares de varios tipos:
Seguidores solares en dos ejes: la superficie del panel fotovoltaico se mantiene siempre perpendicular al Sol.
Seguidores solares en un eje polar: la superficie del panel solar gira sobre un eje orientado al sur e inclinado un ángulo igual a la latitud.
Seguidores solares en un eje azimutal: la superficie gira sobre un eje vertical, el ángulo de la superficie es constante e igual a la latitud.
Seguidores solares en un eje horizontal: la superficie gira en un eje horizontal y orientado en dirección norte-sur.
4. Cableado eléctrico y conexiones
El cableado eléctrico es el elemento que transporta la energía eléctrica desde su generación, para su posterior distribución y transporte. Su dimensionamiento viene determinado por el criterio más restrictivo entre la máxima diferencia de potencial y la intensidad máxima admisible.
Òbviamente, el dimensionado del cableado eléctrico es mucho mayor en el caso de las instalaciones solares conectadas a la red. En el caso de las instalaciones aisladas sólo se requiere trasladar la energía eléctrica de forma local, generalmente a las baterías eléctricas.
Los cables más importantes en una instalación fotovoltaica son:
Cables solares (PV): Conectan paneles solares y componentes del sistema para transportar energía solar.
Cables de conexión a red: Conectan el inversor a la red eléctrica para inyectar o utilizar la energía generada por los módulos fotovoltaicos.
Cables de batería: Conectan las baterías al inversor para cargar y descargar energía.
Cables de tierra: Aseguran la seguridad eléctrica al conectar los componentes a tierra.
Cables de corriente continua (CC) y corriente alterna (CA): Son los cables eléctricos que conectan los paneles fotovoltaicos al inversor de corriente y al sistema de distribución eléctrica.
Cables de protección contra rayos: Estos cables protegen la instalación de rayos canalizando la energía hacia la tierra.
5. Baterías y reguladores de carga (opcional)
En el caso de instalaciones solares autónomas es necesario el uso de baterías para poder almacenar la energía eléctrica generada.
Para el correcto funcionamiento de estos elementos también es necesario un regulador de carga para garantizar un llenado óptimo de las baterías y alargar así la vida útil de las baterías.
6. Estructura de montaje
Los paneles solares deben estar montados en una estructura que los sostenga y los ubique en la posición adecuada para capturar la máxima cantidad de luz solar. Estas estructuras pueden ser montajes en techos, montajes en tierra o montajes en seguimiento solar.
7. Caja de combinación o combiner box
Esta caja alberga conexiones eléctricas y dispositivos de seguridad, como interruptores de desconexión, fusibles y dispositivos de protección contra sobretensiones.
8. Medidor bidireccional (Opcional)
En sistemas fotovoltaicos conectados a la red eléctrica, se utiliza un medidor bidireccional para medir la energía generada por los paneles solares y la energía consumida de la red.
Esto permite la compensación de la energía excedente generada.
Algunas instalaciones solares incorporan sistemas de monitoreo y control que permiten supervisar el rendimiento del sistema en tiempo real y ajustar la configuración según sea necesario.