Tutorial Solar Fotovoltaico Off Grid

Preguntas Frecuentes Energía Solar Fotovoltaica.

1 ¿Qué es la energía solar fotovoltaica?
Se denomina energía solar fotovoltaica a la forma de obtener energía eléctrica mediante la conversión directa de la radiación solar que llega a los módulos solares y se transforma en corriente continua (CC). La energía producida puede ser consumida directamente mediante la conexión de equipos de corriente continua, o bien transformada a corriente alterna mediante el empleo de inversores para un uso generalizado o bien para su inyección a red.

2 ¿Para qué sirve la energía solar fotovoltaica?
La energía solar fotovoltaica permite un gran número de aplicaciones, ya que puede suministrar energía en emplazamientos aislados de la red de abastecimiento eléctrico (viviendas aisladas, faros, postes SOS, bombeos, repetidores de telecomunicaciones, etc.), o mediante instalaciones conectadas a la red eléctrica, que pueden ser de pequeño tamaño (instalación en vivienda individual) o centrales de gran tamaño.

3 ¿Cómo se produce la energía eléctrica a partir del sol?
La producción de energía eléctrica a partir de los rayos del Sol, se basa en un fenómeno físico denominado efecto fotovoltaico. La luz solar está compuesta por fotones o partículas energéticas que al ser absorbidas su energía es transferida a un electrón de un átomo de la célula. Con esta nueva energía, el electrón es capaz de escapar de su posición normal para formar parte de una corriente en un circuito eléctrico. Este intercambio de energía se produce en el interior de unos dispositivos semiconductores denominados células fotovoltaicas. Estos semiconductores son especialmente tratados para formar dos capas diferentemente 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, capaces de generar cada una corriente de 2 a 4 Amperios, a un voltaje de 0,46 a 0,48 Voltios, utilizando como fuente la radiación luminosa.

4 ¿Qué es un módulo fotovoltaico?
Es una asociación en serie y paralelo de células solares interconectadas entre sí para la obtención de una determinada tensión y potencia pico. Estas células se encuentran protegidas de las inclemencias medioambientales mediante un encapsulado o bien mediante un laminado compuesto por vidrio, células solares y una lámina protectora. Para incrementar su rigidez mecánica, se incorpora un marco exterior generalmente de aluminio. En la parte posterior del módulo, se encuentra una caja de conexiones que permite la unión del módulo solar con el resto de dispositivos del sistema.

5 ¿Qué es y cómo funciona un sistema fotovoltaico?
Un sistema fotovoltaico es la asociación de varios dispositivos; producción de energía, almacenamiento, control, adaptación de la energía producida a los requerimientos de los dispositivos de consumo y los elementos receptores de la energía producida, que detallamos a continuación: Generación, está compuesto por la asociación en serie o paralelo de los módulos solares formando un campo solar que generará una diferencia de potencial de 12V, 24V, 48V... en corriente continua. Acumulación, debido a la discontinuidad de la producción de los módulos solares por la ausencia de sol bien sea por períodos nublados, sombras o noches, se hace necesaria la acumulación de energía para su consumo en los períodos en los que no sea posible la generación mediante el campo solar. Control, que llevado a cabo por el regulador de carga se encarga de vigilar que en todo momento el estado de carga de la batería se encuentre en unas condiciones optimas de uso, sin que se le ocasionen deterioros por sobrecarga o sobredescarga. Adaptación, se lleva a cabo mediante inversores encargados de transformar la corriente continua procedente del campo solar o bien del acumulador en corriente alterna para el funcionamiento de aparatos eléctricos convencionales. Receptores, son los dispositivos que se encargan de consumir la energía que se ha generado y o almacenado. Los receptores pueden ser de corriente continua de modo que se alimentarán directamente de la energía producida o bien de corriente alterna para lo cual será necesario el empleo de un inversor para su conversión.

6 ¿Qué aplicaciones tiene la energía solar fotovoltaica?
La energía solar fotovoltaica tiene diversas utilidades y aplicaciones: Aplicaciones conectadas a red, se encargan de la producción de energía eléctrica de forma limpia y respetuosa con el medio ambiente. Este tipo de instalaciones pueden ser realizadas en las cubiertas de los edificios, aparcamientos, huertos solares, etc. Aplicaciones aisladas de la red, se encargan del suministro eléctrico en aquellos lugares en los que no es posible un abastecimiento convencional, permitiendo la alimentación de equipos de SOS, comunicación, bombeo de agua, electrificación doméstica y servicios, etc.

7 ¿Qué se entiende por potencia pico de un módulo?
Es la potencia máxima de salida que es capaz de proporcionar un panel fotovoltaico y se mide en vatios pico (Wp), medidos en unas condiciones normalizadas, semejantes a un día soleado a la hora de máxima radiación.

8 ¿Qué factores afectan al rendimiento del panel?
Los factores que afectan al rendimiento del panel fotovoltaico, son fundamentalmente la intensidad de la radiación luminosa y la temperatura de las células solares. El incremento de la intensidad de la radiación solar proporciona un aumento de la intensidad generada. La exposición del panel a la radiación solar produce el incremento de la temperatura de las células lo que supone un incremento de la intensidad, pero al mismo tiempo se produce una disminución del valor de la tensión, con lo que el efecto conjunto es la disminución de la potencia suministrada por el panel.

9 ¿Cuál es la vida útil de un panel fotovoltaico?
El panel tiene una larga vida útil, en torno a 25 años, en los que como consecuencia de la exposición a los rayos solares se disminuye la capacidad de producción de energía entorno a un 10% en los primeros 10 años y un 20% en los 15 siguientes. Ante la situación de un fallo en una célula, el funcionamiento del resto no se ve afectado, pudiendo ser la intensidad y el voltaje producidos ajustados añadiendo o suprimiendo células.

10 ¿Pueden romperse fácilmente los módulos solares?
Los módulos se encuentran protegidos en su cara exterior mediante un vidrio templado, lo que le confiere una buena resistencia a las condiciones meteorológicas más adversas tales como el hielo, abrasión, cambios bruscos de temperatura, los impactos producidos por el granizo y la lluvia.

11 ¿Qué diferencia existe entre los módulos policristalinos y los monocristalinos?
La diferencia radica en el tipo de células con el que son fabricados. Las celdas de silicio monocristalino se obtienen a partir de silicio muy puro, que se refunde en un crisol junto con una pequeña proporción de boro. Una vez que el material se encuentra en estado líquido se le introduce una varilla con un "cristal germen" de silicio, que se va haciendo recrecer con nuevos átomos procedentes del líquido, que quedan ordenados siguiendo la estructura del cristal germen, al enfriarse lentamente. En las células policristalinas, en lugar de partir de un monocristal, se deja solidificar lentamente sobre un molde la pasta de silicio, con lo cual se obtiene un sólido formado por muchos pequeños cristales de silicio, que pueden cortarse luego en finas obleas policristalinas.

12 ¿Los módulos fotovoltaicos funcionan en días nublados?
A pesar de la escasa radiación solar en días nublados, los módulos fotovoltaicos generan electricidad, aunque su rendimiento disminuye ya que la producción de electricidad varía linealmente con la cantidad de luz que incide sobre él. Un día totalmente nublado equivale aproximadamente a un 10% de la intensidad total del sol, por lo que el rendimiento del módulo disminuirá proporcionalmente a este valor.

13 ¿Qué sucede si un módulo solar esta sombreado parcialmente?
Cuando un módulo se encuentra sombreado parcialmente, las células que no están expuestas a la radiación solar, se convierten en una carga consumiendo la electricidad generada por las células que si se encuentran expuestas, pudiendo llegar a producir el deterioro en las células que se encuentran a la sombra por un exceso de temperatura. Para que la energía generada sea consumida por una célula que no recibe radiación solar, ha de circular en sentido inverso al de generación, por lo mediante el empleo de unos dispositivos antirretorno llamados diodos, que impiden la circulación de la corriente en sentido inverso y por tanto no puede ser consumida por una célula sombreada, evitándose su deterioro.

14 ¿Cómo afecta la orientación respecto al sol de un módulo solar?
Una correcta orientación hacia el sol es de vital importancia (orientación Norte en Chile) para los módulos solares ya que el rendimiento de la instalación va a depender la cantidad de radiación solar recibida por el módulo. Inclinación Optima Orientación Optima ARICA 18º Norte TARAPACÁ 20º Norte ANTOFAGASTA 20º Norte CALAMA 20º Norte COPIAPO 32º Norte VALLENAR 32º Norte COQUIMBO 40º Norte VALPARAISO 43º Norte ISLA DE PASCUA 32º Norte SANTIAGO 43º Norte O'HIGGINS 45º Norte MAULE 50º Norte BÍO BÍO 51º Norte LOS LAGOS 60º Norte AYSÉN 66º Norte MAGALLANES 69º Norte

15 ¿En qué afecta la incorporación de un seguidor solar para los módulos?
El seguidor solar es una estructura de soporte para los módulos que al mismo tiempo permite una correcta orientación hacia el sol a lo largo de todo el día y todos los días del año. Con el empleo de un seguidor solar se puede aumentar la producción entorno al 35%, con respecto a un sistema con estructura fija.

16 ¿Cuáles son las características de una batería?
Las baterías se encuentran definidas fundamentalmente por la capacidad en Amperios hora y la profundidad de la descarga. Capacidad en Amperios hora: Es la cantidad de Amperios que proporciona multiplicado por el número de horas durante las que circula esa corriente. Con este dato se puede calcular el tiempo de autonomía de una instalación solar fotovoltaica sin radiación solar que permita la recarga de las baterías. Teóricamente, una batería de 200 Ah puede suministrar 200 A durante una hora, o 50 A durante 4 horas, o 4 A durante 50 horas, o 1 A durante 200 horas, aunque dependerá del tipo de batería. Por ejemplo las baterías empleadas en automoción permiten grandes descargas en poco tiempo sin producir daños, pero no están preparadas para suministrar pequeñas cargas durante largos períodos de tiempo, motivo por el cual las baterías de automoción no son indicadas para sistemas solares. Los ciclos de carga y descarga, han de hacerse de acuerdo con las especificaciones del fabricante, para no producir daños irreversibles a acumulador. La temperatura es un factor que influye en la capacidad, siendo 25°C la temperatura normal de funcionamiento. A temperaturas más bajas se reduce su capacidad significativamente, mientras que al aumentar la temperatura la capacidad aumenta, pero se puede producir la pérdida de los líquidos de su interior, reduciéndose el número de ciclos de vida de la batería. Profundidad de descarga: La profundidad de descarga es el porcentaje de la capacidad total de la batería que es utilizada durante un ciclo de carga/descarga. Las baterías de "ciclo poco profundo" se diseñan para descargas del 10 al 25% de su capacidad total en cada ciclo, incrementándose hasta el 80% para baterías fabricadas para aplicaciones fotovoltaicas. No obstante la profundidad de la descarga, afecta incluso a las baterías de ciclo profundo, de modo que cuanto mayor es la descarga, menor será el número de ciclos de carga que la batería puede tener a lo largo de su vida útil.

17 ¿Dónde deben instalarse las baterías?
La ubicación de las baterías ha de hacerse en un emplazamiento en el que la temperatura sea templada, ejemplo gabinetes metálicos evitándose los lugares con temperaturas extremas ya que estas afectan a las características eléctricas de las baterías. Por ejemplo la exposición a temperaturas inferiores a 0°C hace que se incremente la resistencia interna de esta.

18 ¿Cuál es el efecto de descargar rápidamente una batería?
Las descargas rápidas de las baterías originan deformaciones de forma prematura y permanente de las placas de los elementos, produciéndose asentamientos del material de las placas en el fondo del recipiente, pudiendo ocasionar el cortocircuito de ambas placas, lo que inutilizaría la batería. En segundo lugar ante una descarga rápida no se obtendrá toda la energía que es capaz de proporcionar la batería. Por ejemplo una batería descargada en 72 horas devuelve aproximadamente el doble de energía que si se descargarse en sólo 8 horas.

19 ¿Cuál es el peligro de dejar descargada una batería durante mucho tiempo?
Las placas del acumulador se encuentran recubiertas de sulfato de plomo el cual al permanecer la batería descargada, se endurece impidiendo la penetración del electrólito a través de los poros de las placas, por lo que no puede actuar en los elementos activos de las placas, reduciéndose la capacidad efectiva. Esta situación dificulta la recarga de una batería que se ha dejado sulfatar.

20 ¿Cuáles son las causas más habituales de que se sulfate una batería?
Las causas más habituales de sulfatación de una batería son: Permanecer descargada durante un largo período de tiempo. Añadir ácido puro al electrolito. Sobrecargas demasiado frecuentes. No haber realizado un mantenimiento correcto del nivel del electrolito Trasvase del electrolito de unos vasos a otros.

21 ¿Qué clase de agua se debe añadir a las baterías?
Únicamente agua destilada, o agua de lluvia.

22 ¿Para qué sirve un regulador de carga en una instalación fotovoltaica?
La función de mayor importancia de un regulador de carga es la de proteger a la batería frente a sobrecargas o sobredescargas excesivas. La ausencia del mismo puede originar una reducción de la vida útil de la batería y de su disponibilidad de carga. Otra función del regulador de carga es la de proporcionar a la batería un ciclo de carga correcto que garantice la durabilidad de la batería. Esto es de gran importancia para todas las baterías, en especial para las baterías de gel ya que requieren una ecualización de carga diferente a la de la batería de ácido.

PWM o MPPT?

El controlador PWM es básicamente un interruptor que conecta un conjunto de placas solares a una batería. Como consecuencia, la tensión del conjunto de placas se rebajará casi a la de la batería.

El controlador MPPT es más sofisticado (y más caro): ajustará su tensión de entrada para recoger el máximo de la energía solar de los paneles solares y a continuación transformará esta energía para alimentar las distintas tensiones solicitadas, tanto de la batería como de las cargas.

Por lo tanto, lo que hace básicamente es desacoplar las tensiones de las placas y de la batería. El controlador de carga PWM es una buena solución para sistemas menores, cuando la temperatura de la placa solar es entre moderada y alta (entre 45 y 75 ºC) MPPT Para aprovechar al máximo el potencial del controlador MPPT, la tensión del conjunto deberá ser considerablemente superior que la tensión de la batería. El controlador MPPT es la solución definitiva para sistemas de alta potencia, debido al menor coste general del sistema que conlleva la instalación de un cableado de menor sección. El controlador MPPT también recogerá mucha más energía cuando la temperatura del panel solar sea baja (por debajo de 45 °C), o muy alta (por encima de 75 °C), o cuando la irradiación sea muy baja.

23 ¿Qué es un inversor y qué tipos hay?
Los inversores se encargan de la transformación de la corriente continua en corriente alterna, paso necesario para el consumo de la electricidad generada por los módulos solares en los receptores de corriente alterna. La conversión de corriente continua en alterna puede realizarse de diversas formas y su calidad dependerá del tipo de onda que proporcione a su salida. Existen varios tipos de inversores: Inversores de onda cuadrada: la forma de onda suministrada por el inversor tiene forma cuadrada lo que hace que sean más económicos, pero normalmente son también los menos eficientes. Son apropiados para equipos de requieran un pequeño consumo, como televisores, ordenadores, etc, pero no son aptos para motores de inducción. Inversores de onda senoidal modificada: La onda es tratada para que su forma sea lo más aproximada posible a una senoidal. Son los que mejor relación calidad/precio ofrecen para la conexión de iluminación, televisión o variadores de frecuencia. Inversores de onda senoidal: requieren una electrónica mucha más compleja, alcanzándose una eficiencia entorno al 90% o mayor en función de la potencia del inversor. Gracias a la incorporación de microprocesadores de última generación, se hace posible incrementar las prestaciones como el control remoto, medición de energía consumida, selección de batería... Todas estas ventajas repercuten en su precio haciendo que sea mayor que el de los inversores menos sofisticados. Este tipo de inversores está especialmente indicado en aparatos o cargas que requieren una forma de onda senoidal pura.

24 ¿Qué tipos de elementos de iluminación son los más adecuados para instalar con los sistemas solares fotovoltaicos?
Debido a las que los sistemas solares fotovoltaicos requieren un almacenamiento de la energía producida y esta es limitada, los equipos de iluminación han de ser de elevado rendimiento y bajo consumo para un aprovechamiento máximo de la energía almacenada. Existen dos tipos de iluminación posible en función de la tensión a la que son alimentadas. Corriente continua: son empleadas en aquellas instalaciones en las que no se prevé la alimentación de cargas en corriente alterna por lo que las bombillas serán alimentadas mediante corriente continua. Corriente alterna: en las instalaciones en la que existan receptores de corriente alterna, es una opción muy rentable incluir la iluminación en el cálculo del inversor ya que otorga una gran versatilidad a la iluminación. En ambos casos el tipo de bombilla recomendado son las de bajo consumo ya que su consumo es entorno al 80% menor que las bombillas tradicionales y su vida es 8 veces mayor.

25 ¿Qué es un sistema eólico?
Un sistema eólico se basa en la capacidad de transformación de la energía cinética del viento en energía mecánica siendo a su vez transformada en energía eléctrica mediante un generador. Con excepción del mecanismo de producción de energía, el resto del sistema es idéntico al de un sistema solar ya descrito anteriormente.

26 ¿Qué es una estación de bombeo solar?
Una estación de bombeo solar permite la elevación de agua a diferentes alturas, mediante el empleo de bombas alimentadas con la energía producida por uno o varios generadores solares.

27 ¿Cuáles son las diferencias entre un bombeo solar directo y un bombeo convencional?
El bombeo solar tradicional lo componen los mismos elementos de una instalación solar fotovoltaica off grid en el que la carga es una bomba, pudiendo ser esta alimentada en corriente continua o bien por corriente alterna, requerirá de un inversor, banco de baterias y regulador. En un bombeo solar directo se eliminan el controlador y las baterías, lo que reduce considerablemente el coste de la instalación, pero únicamente se podrá bombear agua durante los períodos en los que se disponga de radiación solar. Este tipo de bombeo es conocido como bombeo directo. Para este tipo de instalaciones, se puede emplear bombas de desplazamiento positivo cuyo rendimiento energético es casi el doble que el de un bombeo convencional, de modo que se reduce el número de generadores fotovoltaicos necesarios por lo que el precio de la instalación se reduce a pesar de que este tipo de bomba es más caro.

28 ¿Genera impacto ambiental la energía solar fotovoltaica?
La energía solar fotovoltaica, al igual que otras energías renovables, constituye, frente a los combustibles fósiles, una fuente inagotable, contribuye al autoabastecimiento energético siendo menos perjudicial para el medio ambiente, evitando los efectos de su uso directo (contaminación atmosférica, residuos, etc) y los derivados de su generación (excavaciones, minas, canteras, etc).

Esperamos de que le haya sido de su utilidad, cualquier consulta puede hacerla directamente en Nuestras Tiendas o en info@solenergy.cl.

Atte,
Equipo SolEnergy.cl