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Funcionamiento de los Módulos fotovoltaicos: Como funcionan?

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Módulos  solares fotovoltaicos: Su funcionamiento

Los paneles solares fotovoltaicos convierten la energía solar directamente en electricidad. Los sistemas fotovoltaicos estàn formado esencialmente por:




  • paneles solares fotovoltaicos o tambièn llamados mòdulos;
  • Los inversores, que transforman la corriente continua generada por los paneles solares en corriente alterna;
  • El tablero  de control y los cables de conexión.

Los paneles solares fotovoltaicos están hechos de células de material semiconductor. El material más utilizado es el silicio cristalino. Los sistemas fotovoltaicos son generalmente conectados a la lìnea de distribución (conectada a la red eléctrica ), o para usuarios aislados (independiente), una solución que se adopta para asegurar la energía eléctrica en zonas alejadas de la red.

 conexión a la red el+ectrica 

diagrama de lo que es el sistema fotovoltaico conectado a la red en una vivienda.

Aquí se puede distinguir diferentes dispositivos que hacen funcionar la  la instalación:

  • Generador fotovoltaico: está constituido por la conexión de los módulos fotovoltaicos y es capaz de convertir la radiación solar en corriente eléctrica.
  • convertidor estático DC / AC: convierte la corriente eléctrica producida por los módulos en corriente alterna eléctrica, la que normalmente se utiliza en cada edificio. El convertidor también es capaz de alinear la corriente eléctrica a la frecuencia normalmente 50 Hz de la red y la tensión de funcionamiento (220 V monofásico, 400 V trifásico).
  • Tablero elèctrico se  compone fundamentalmente de los descargadores de sobretensión y por los interruptores automáticos.
  • Medidores : por lo general se instalan dos contadores. El primer medidor r, instalado inmediatamente después del inversor supervisa toda la corriente producida por la instalación fotovoltaica. En este primer contador que está asociado con el mecanismo de financiación estatal. El segundo medidor  sustituye a la de la red de distribución: es bidireccional, por lo que es capaz de hacer un balance entre la energía alimentada desde el dispositivo a la red eléctrica y de la que de la red eléctrica hacia el usuario. En este segundo contador que está asociado con el consiguiente ahorro en la factura eléctrica.

De esta manera el sistema PV funciona en paralelo a la red de distribución que, en esencia, funciona como una batería para la energía producida por la planta. Tomemos un ejemplo que aclara el método de operación llamada “medición neta”:

Es verano, el Sr. Gino tiene un sistema fotovoltaico en su casa y hoy estará fuera todo el día para el trabajo. Toda la energía producida por la planta no estará tan usada en la casa. La energía será entonces alimenta a la red de distribución y se registra la energia entregada a la red . Al día siguiente, el señor Gino estarà en casa y encender el aire acondicionado durante todo el día. En este caso, se beneficiará libre de toda la energía previamente introducida y el contador de cambio no se cuenta de la energía tomada de la red.

Por supuesto, el balance  de la energía (inyectada y retirada) que debe hacerse sobre una base anual; usted tiene que recordar, sin embargo, que el sistema fotovoltaico para los usuarios domésticos no va a sersuficiente en comparación con las necesidades de energía (alrededor del 75% del consumo) por al menos dos razones:

El funcionamiento de instalaciones aisladas

Recurrir  a este tipo de plantas solo cuando el PV se convierte en un requisito. Algunos ejemplos son: chalets de montaña, casas rodantes, barcos, casas aisladas y que estan alejadas de la red eléctrica.

También forman parte de este tipo de sistema  todas aquellas aplicaciones tales como la iluminación de las señales de tráfico o la iluminación en los huertos familiares. En este caso el sistema de referencia se convierte en la de la figura 3.

paneles solares fotovoltaicos

Los componentes básicos de este tipo de sistema fotovoltaico son los siguientes:




  • Los paneles fotovoltaicos: convierten la radiación solar en corriente eléctrica

 

  • convertidor estático: en este caso, el convertidor puede ser del tipo de DC / DC (chopper) o DC / AC (inversor) dependiendo de las aplicaciones. En algunos sistemas, en los que la tensión de alimentación ya está en línea con los módulos fotovoltaicos, el convertidor no puede estar presente
  • Controlador de carga: es el dispositivo que de alguna manera protege a los acumuladores que impiden, por ejemplo, que se producen en su interior excesos de cargas  o descargas demasiado rápida .
  • Ls acumuladores son una parte esencial de la planta aislada, de hecho, son ellos los que acumulan la energía necesaria cuando los módulos no son capaces de producir debido a las condiciones ambientales (por ejemplo, en días muy nublados o por la noche). El principal problema de estos componentes es que debido a la carga frecuente / ciclos de descarga deben ser sustituidos por lo menos 3 o 4 veces durante el tiempo de vida (alrededor de 25 años).

Leer mas sobre sistemas fotovoltaicos aislados

Dimensionamiento de un sistema fotovoltaico para diseñar adecuadamente un sistema fotovoltaico hay que tener en cuenta dos aspectos principales: * Económico * Técnico

Desde un punto de vista económico, de hecho, ahora se puede utilizar muchos incentivos estatales y municipales (por ejemplo, para sistemas conectados a la red está en vigor el Decreto denominado “Conto Energia”) y, a veces incluso regional.

Con el fin de acceder a estos fondos es necesario, por supuesto, presentar un punto de vista técnico apropiado, la documentación, sin embargo, se debe tener en cuenta varios factores. Los principales son:

  • tamaño apropiado para el consumo anual promedio de usuarios conectados
  • El posicionamiento óptimo de los paneles tanto en términos de inclinación y en términos de orientación
  • Determinación del factor de sombra como resultado de un cuidadoso estudio de las sombras
  • Dimensionamiento del generador FV, de acuerdo con la especificación de
  • acumulador de tamaño adecuado para garantizar la autonomía al sistema de la isla

Otros tipos de sistema fotovoltaico Hay, además de los descriptos, otros tipos de planta fotovoltaica, por ejemplo:

  • Sistemas regulables: Estos sistemas son capaces de “seguir” la tendencia diaria del sol asegurando así que los paneles se acomodan  la mejor condición posible de radiación. Estos sistemas pueden moverseen un solo eje o incluso en varios ejes (en este caso, tanto los ángulos correctos son fundamentales, la inclinación ).La irradiaciòn del sol en el panel es siempre óptima, sin embargo, este tipo de planta tiene un alto costo inicial y requiere un mantenimiento continuo en el tiempo.
  • plantas de concentración: es el nuevo concepto de sistemas fotovoltaicos. En este caso se trata de aumentar el rendimiento de las células también de factores de diferentes unidades (10 – 50) a través de los espejos y sistemas de lentes (muy caros) que se multiplican de manera efectiva el número de incidentes de los rayos solares en las células (esta técnica es comúnmente llamado “los cien soles”).
  • En este caso se puede reducir en gran medida el área de silicio expuesta al sol. Los inconvenientes de este tipo de sistema, sin embargo, son todavía muchos, pero los más problemáticos enfriamiento preocupaciones sistema de las células necesarias para garantizar su integridad en el tiempo.
  • para los sistemas de alimentación directa: en este caso, el panel se alimenta directamente el dispositivo con el que está asociado, pero el sistema no prevé la posibilidad de almacenar energía. Esta categoría incluye, por ejemplo, las calculadoras solares.

aspectos físicos de las plantas fotovoltaicas

El efecto fotoeléctrico se observó  por primera vez por Edmond Becquerel en 1839. Este efecto está relacionado con las propiedades de algunos materiales semiconductores, pueden absorber fotones (partículas elementales de la radiación solar que se caracterizan por un * h de energía) la liberación de electrones; esta conversión puede determinar un flujo de corriente eléctrica.

célula fotovoltaica

La célula fotovoltaica es el elemento básico que constituye los módulos solares fotovoltaicos en el que se produce la efecto fotoeléctrico. La célula fotovoltaica está constituida por una capa delgada, alrededor de tres décimas de mm, de material semiconductor.

Casi siempre este tipo de material es silicio (amorfo o cristalino) que a pesar de todo no encuentra libre en la naturaleza, es el elemento más abundante en la tierra después del oxígeno. La oblea de silicio es, como regla general, intrínsecamente dopado, a través de la inclusión en la estructura cristalina de átomos de tipo P, por lo general de boro, y el tipo N, a menudo fósforo átomos.

En la zona de contacto entre las dos capas de manera diferente dopado (región de agotamiento), cuando la célula se expone al sol, se generan  las cargas eléctricas, en mayor medida cuanto mayor es la radiación solar. A través de los contactos eléctricos colocados en los extremos superior e inferior de la célula, es posible conectar el mismo a una celda de usuario (de carga) y por lo que tendrá en ella un flujo de electrones en forma de corriente eléctrica continua.

Ver puntos de vista físicos

La eficiencia de la célula fotovoltaica se caracteriza cada célula fotovoltaica de acuerdo con su eficiencia, que se define como la relación entre la potencia eléctrica suministrada con respecto a la radiación solar. Esta eficacia está limitada por diversos factores de pérdidas, tales como:

  • La reflexión de la luz solar incidente
  • Dispersión de electrones excitados inicialmente por los fotones que son incapaces de producir electricidad
  • resistencias parásitas asociadas, por ejemplo, a los contactos eléctricos

En el mercado actual fotovoltaico , se pueden encontrar comúnmente tres tipos de células con características diferentes de acuerdo con la estructura de silicio que la compone:

  • El silicio monocristalino: es la célula que tiene la eficiencia más alta (entre 13% – 16%), pero también el coste más alto. Es obtenido a partir de obleas de silicio monocristalino de gran pureza
  • El silicio policristalino: es la célula constituida por silicio se caracteriza por un menor grado de pureza que el silicio monocristalino. Su rendimiento es ligeramente inferior (11% – 14%), sin embargo exigen un costo más bajo.
  • silicio amorfo: es la célula constituida por una capa delgada de silicio (películas) que se deposita sobre un soporte químicamente. La forma química de la capa no es cristalino. El rendimiento de este tipo de células es mucho menor en comparación con el silicio cristalino (6% -8%), pero el coste es mucho más favorable.

En general, otra de las características de las células fotovoltaicas cristalinas es que su rendimiento se mantiene en el tiempo de manera que ahora los fabricantes garantizan que las pérdidas de sus productos será inferior al 20% después de 25 años.

Con respecto a las células de silicio amorfo, las pérdidas sin embargo, han estimado de alrededor de 30% en los primeros dos años; Sólo después de este período, la eficiencia de las células amorfas muestra un tiempo de asentamiento casi constante.

Los paneles solares fotovoltaicos células fotovoltaicas son casi siempre de una forma cuadrada (10 cm de lado), pero con bordes ligeramente redondeados. El área de la célula así compuesta es de alrededor de 100 cm2 y sus características eléctricas de vacío, es decir, en ausencia de carga, son:




  • Voltaje 0,6 V
  • 2 A
  • Perogata = I * V 1.2 W