INTRODUCCIÓN A LA ELECTRICIDAD SOLAR
A continuación le daremos una INTRODUCCIÓN A LA ELECTRICIDAD SOLAR , si no esta en el mundo de la energia solar , le servirá como referencia para aclarar algunos conceptos sobre la generación de electricidad por medio de paneles solares.
La electricidad solar no tiene por qué ser complicada. Sin embargo, convertirse en propietario de un sistema fotovoltaico requiere un nivel básico de comprensión. Este artículo es un buen lugar para comenzar.
INTRODUCCIÓN A LA ELECTRICIDAD SOLAR
Cuando la gente piensa en energías alternativas o renovables, la primera imagen que viene a la mente es a menudo grandes paneles solares azules o negros en los techos o señales de carreteras portátiles que tienen un panel pequeño adjunto.
Estos paneles solares , también conocidos como módulos fotovoltaicos (o módulos fotovoltaicos), convierten la luz solar en electricidad, y han sido la columna vertebral de la energía renovable durante décadas.
¡El efecto fotovoltaico (cómo la luz solar se convierte en energía eléctrica) se descubrió hace más de cien años! Sin embargo, la implementación generalizada de esta tecnología ha sido muy gradual.
Solo en años muy recientes, la energía fotovoltaica ha ganado gran popularidad como una forma alternativa de producir electricidad.
En 1958, los primeros módulos fotovoltaicos se lanzaron al espacio para alimentar satélites. Incluso hoy en día, la energía solar es la principal fuente de energía en la Estación Espacial Internacional.
También en la Tierra, la fotovoltaica se ha utilizado tradicionalmente en áreas donde no hay una fuente práctica de energía eléctrica, pero hay abundante luz solar.
¿ Cuales son las aplicaciones de la energia solar ?
Los paneles solares a menudo se usan para aplicaciones remotas: como alimentar cabinas, vehículos recreativos, barcos y aparatos electrónicos pequeños cuando el servicio de red no está disponible.
Recientemente, los sistemas eléctricos solares “interactivos a la red” han comenzado a ganar impulso como una forma rentable de incorporar la electricidad solar en nuestra vida cotidiana. Ahora podemos aprovechar la energía solar disponible mientras disfrutamos de la red de seguridad de la red eléctrica.
¿ Como estan construidos los paneles solares ?
En términos muy básicos, un panel solar (módulo fotovoltaico) es un dispositivo que producirá un flujo de electricidad bajo la luz solar. Esta electricidad se puede utilizar para cargar baterías y, con la ayuda de un inversor, puede alimentar los dispositivos eléctricos normales del hogar, o “cargas”.
Los módulos fotovoltaicos también se pueden utilizar en sistemas sin baterías. La mayoría de los paneles solares (propiamente llamados “módulos”) están enmarcados en aluminio, cubiertos con vidrio templado y sellados por un respaldo impermeable.
Entre las capas de vidrio y de respaldo se encuentran las células foto-reactivas, a menudo hechas de silicio. En la parte posterior del módulo hay una caja de conexiones que puede o no tener dos cables saliendo de él.
Si la caja de conexiones no tiene cables, se puede abrir para acceder a los terminales eléctricos donde se pueden conectar los cables para conducir la electricidad generada fuera del módulo.
Si ya hay cables en su lugar, la caja de conexiones generalmente está sellada y no es accesible para el usuario. Las cajas de conexiones selladas son más comunes.
Hay muchas maneras de hacer uso de la electricidad solar. Uno de los más sencillos es cargar pequeños dispositivos electrónicos, como teléfonos celulares y reproductores de música, con módulos fotovoltaicos livianos y portátiles.
Los paneles solares se pueden usar individualmente o cableados para formar una matriz solar.
Para cargas eléctricas más grandes, hay dos tipos principales de sistemas para suministrar energía eléctrica a hogares, cabinas y oficinas, etc.: sistemas basados en baterías independientes (también llamados sistemas ‘fuera de la red’) y sistemas conectados a la red (también conocidos como utilidad-interactiva). Querrá decidir qué sistema es el mejor para sus necesidades leyendo más acerca de ambos.
¿ CUALES SON LOS TIPOS DE CELULAS SOLARES?
Existen varias tecnologías utilizadas para fabricar células solares, los bloques de construcción de paneles. Los principales tipos actualmente en el mercado son:
Paneles solares monocristalinos
- Los paneles solares monocristalinos suelen ser los más caros debido al proceso de fabricación, que utiliza grandes cantidades de silicio altamente purificado y mucha energía. Las células solares monocristalinas son aproximadamente 13-16% eficientes para convertir la luz solar en electricidad.
- Paneles solares policristalinos (también llamados multicristalinos)
- Las eficiencias de células policristalinas oscilan entre el 11 y el 14%, por lo que los paneles solares de policristalina son un poco menos costosos que los monocristalinos en función del precio por vatio.
- Paneles solares de cinta de cadena
- Los paneles solares de cinta de hilo utilizan menos silicio en el proceso de fabricación de células que los otros tipos cristalinos y logran eficiencias en el rango de 12-14%.
- Paneles solares amorfos (también conocido como película delgada)
- Los paneles solares amorfos , o silicio amorfo de película delgada, A-si, no se construyen a partir de células individuales, sino que se hacen depositando un compuesto fotosensible sobre un sustrato. Si bien estos paneles solares tienen menores eficiencias (generalmente entre un 7 y un 10%), ofrecen ciertas ventajas. A menudo se pueden usar en climas más cálidos, ya que sufren menos pérdida de energía que otros tipos en condiciones de calor. Además, la tecnología amorfa no utiliza la construcción típica de “sándwich de vidrio”, lo que permite la creación de paneles solares flexibles que también son muy duraderos.
- Paneles solares CIGS
- La tecnología CIGS, o di-seleniuro de cobre, indio y galio, no utiliza ningún tipo de silicona y se puede convertir en paneles con o sin células discretas.
También hay paneles solares híbridos que utilizan tecnologías tanto cristalinas como de película delgada para aumentar la captura de energía; Estos módulos cuentan con eficiencias de hasta el 19%.
Los investigadores aún están trabajando en alternativas de menor costo y mayor eficiencia, pero en un futuro previsible, estos cinco tipos representan lo que está disponible comercialmente.
¿ CUALES SON LAS CARACTERISTICAS ELECTRICAS SOLARES ?
Los paneles fotovoltaicos producen corriente continua, o electricidad de corriente continua. Este es el mismo tipo de electricidad que produce la batería de su automóvil u otras baterías.
Los electrodomésticos en nuestros hogares utilizan un tipo diferente de electricidad llamada CA), o corriente alterna. La electricidad de CC fluye solo en una dirección, mientras que la electricidad de CA cambia de dirección rápidamente, ofreciendo ciertas ventajas en la transmisión (mayores distancias a través de cables más pequeños).
Para utilizar la electricidad solar para ejecutar dispositivos domésticos normales, necesitará un inversor solar , que convierte CC en CA.
Un pequeño sistema para cargar baterías o alimentar pequeños dispositivos eléctricos (como teléfonos celulares y reproductores de música personales) no requiere un inversor, pero asegúrese de usar los adaptadores correctos y, si es necesario, convertidores de tensión o limitadores.
Un manual básico sobre electricidad ayudará a aclarar todo esto:
- Voltios – Unidad de potencial eléctrico.
- Amperio – Tasa de flujo de corriente
- Vatio – Tasa de suministro o consumo de energía
Así que ahora, veamos estos valores en términos de energía y poder.
- La potencia es la velocidad a la que se suministra la energía, como el velocímetro de su automóvil, y se mide en vatios
- La energía es la medida de la potencia en el tiempo, como el odómetro de su automóvil, y se mide en vatios-hora o en horas de vacío.
Uno de los mejores ejemplos es su bombilla incandescente de la vieja escuela. Si tiene una potencia nominal de 60 vatios y deja la luz encendida durante una hora, está usando 60 vatios-hora de energía. Por lo tanto, el consumo se puede medir en esta fórmula:
Potencia (W) * Tiempo (Hrs) = Energía (Watt-hours)
En la analogía del automóvil, el odómetro cuenta la cantidad de millas recorridas. Su factura de servicio eléctrico muestra la cantidad de kilovatios-hora (kWh, o 1,000 vatios-hora) que utiliza por mes.
Entonces, ¿cómo afecta la potencia nominal de un panel solar a la cantidad de energía que produce el panel? Simple: con todo lo demás constante, un panel solar de mayor vataje producirá más energía con el tiempo que un panel de vataje inferior.
Un panel solar de 100 vatios producirá el doble de energía que un panel solar de 50 vatios en el mismo lugar durante el mismo período de tiempo. También vale la pena mencionar que la clasificación de potencia en vatios de los módulos solares se basa en lo que producen los módulos en condiciones controladas por el laboratorio, denominadas condiciones de prueba estándar (STC). STCPermite que los paneles solares se comparen entre sí utilizando la misma métrica.
Sin embargo, debido a que estos vatajes nominales representan condiciones ideales de laboratorio, es probable que el módulo produzca un vataje menor en el uso real.
Los módulos fotovoltaicos también tienen y clasificaciones. El vataje nominal de un panel es igual a su voltaje operativo multiplicado por su corriente operativa: vatios = voltaje x amperios . La cantidad de energía en vatios-hora que producirá un panel es un producto de la potencia en vatios del panel y la cantidad de horas de luz solar de máxima intensidad, o, que recibe.
Por ejemplo, un panel solar que produce 100 vatios durante dos horas producirá 200 vatios-hora de energía. Los valores de insolación también están vinculados a STC y se basan en la ubicación. Se pueden encontrar en las tablas de datos para la mayoría de las ubicaciones en los
Estados Unidos y el mundo. La cantidad real de vatios-hora que un panel produce será muy inferior a este valor teórico debido a muchos factores que afectan la eficiencia de los componentes del sistema.
Existen factores estándar utilizados para corregir las pérdidas de energía en el mundo real, pero nuestro enfoque actual son los principios eléctricos básicos.
VOLTAJE DE LOS PANELES SOLARES
Los módulos fotovoltaicos tienen tres niveles de voltaje diferentes que es útil comprender.
- Voltaje nominal : El voltaje nominal de un panel también podría denominarse “voltaje conversacional”. Cuando hablamos del voltaje de los paneles y de los otros componentes del sistema, lo más frecuente es que utilicemos el voltaje nominal. El voltaje nominal en realidad se refiere al voltaje de la batería que el módulo puede cargar mejor; Este es un término sobrante de los días en que los paneles solares se usaban solo para cargar baterías. La salida de voltaje real del panel cambia a medida que cambian las condiciones de iluminación y temperatura, por lo que nunca hay un voltaje específico en el que opera el panel. El voltaje nominal nos permite, de un vistazo, asegurarnos de que el panel sea compatible con un sistema determinado.
- Voltaje a potencia máxima o Vmp : este es el voltaje más alto que puede producir el panel mientras está conectado a un sistema y funciona a máxima eficiencia.
- Voltaje de circuito abierto o Voc : Este es el voltaje máximo que el panel puede producir cuando no está conectado a un circuito o sistema eléctrico. El Voc se puede medir con un medidor que esté directamente en contacto con los terminales del panel o los extremos de sus cables integrados.
PANELES SOLARES ACTUALES
Los paneles también tienen dos clasificaciones actuales diferentes: (Imp) y (Isc) , ambas enumeradas en Amps. La corriente de potencia máxima es similar a Vmp: es la corriente máxima disponible cuando el panel está funcionando a máxima eficiencia en un circuito.
Similar a Voc, la corriente de cortocircuito es la medición de corriente que su medidor mostraría cuando esté en contacto con los terminales positivo y negativo del panel mientras no esté conectado a un sistema o carga.
Todas estas características eléctricas se utilizan para ayudar a determinar el tamaño del sistema fotovoltaico y los componentes. Estas especificaciones se pueden encontrar en la etiqueta de cada módulo solar, así como en las hojas de especificaciones de los fabricantes.
CONECTORES DE PANELES SOLARES O MÓDULOS FOTOVOLTAICOS
Hay dos tipos principales de conectores en la parte posterior de los módulos fotovoltaicos. Los paneles solares de menos de 100 vatios, o los módulos fabricados hace más de diez años, a menudo tienen cajas de conexiones que se pueden abrir.
Puede conectar los cables a los terminales positivo y negativo del panel pasándolos a través de orificios ciegos en los lados de la caja de conexiones. El otro tipo de conector consiste en una caja de conexiones sellada con cables, generalmente de dos a tres pies de largo.
En un pequeño número de casos, los cables tienen extremos pelados, pero la mayoría de los módulos fabricados hoy en día tienen conectores de marca MC o Multi-Contact en los extremos de sus cables. Los conectores MC vienen en varios estilos, los dos más comunes a menudo se denominan MC4 y H4.
UBICACIÓN Y ORIENTACIÓN DE LA MATRIZ SOLAR
La ubicación de los paneles fotovoltaicos es crítica para su producción de energía. Un panel solar instalado en Florida producirá más energía en el transcurso de un año que un panel idéntico instalado en Dakota del Norte.
Los lugares más cercanos al ecuador recibirán más luz solar (también conocida como irradiancia) durante todo el año que los lugares más al norte o al sur. Cuanta más irradiancia golpee un panel fotovoltaico, más energía eléctrica producirá.
Otro factor que afectará la salida eléctrica de su matriz es la orientación direccional de los módulos. Al elegir una ubicación para su jardín, sabe que una exposición al sur aumentará el rendimiento. Así que con los paneles solares: funcionan mejor cuando se enfrentan al sur para obtener la máxima exposición cuando el sol viaja de este a oeste.
Si está utilizando una brújula para encontrar el sur, asegúrese de ajustar la declinación magnética , que varía según la ubicación. El de la matriz también afectará la salida de potencia.
En el hemisferio norte, un ángulo de inclinación igual a su latitud producirá la mejor producción durante todo el año. Un ángulo de inclinación igual a su latitud menos 15 grados favorecerá la producción de verano, mientras que un ángulo igual a su latitud más 15 grados favorecerá la producción de invierno.
SOMBREADO – ¡NO DEJES QUE TE SUCEDA!
Uno de los mayores factores ambientales que afectan la producción de electricidad solar es el sombreado. Los módulos fotovoltaicos son muy sensibles a la sombra.
Por ejemplo, si está sombreado tanto como una rama de árbol sin hojas, un módulo fotovoltaico podría perder hasta el 80% de su salida. Al seleccionar un sitio para su instalación, elija uno con la menor sombra posible durante las horas entre las 9 AM y las 3 PM.
Considere las cosas que posiblemente puedan sombrear la matriz durante diferentes épocas del año a medida que el sol viaja más alto o más bajo en el cielo. Una ubicación que, en junio, no tenga sombra, puede estar sombreada durante una parte significativa del día en diciembre.
Un Solar Pathfinder es una herramienta útil para determinar la ubicación óptima para la producción solar. Planifique en sus paneles fotovoltaicos que producen energía durante más de 20 años. Los árboles jóvenes pueden no ser un problema hoy, pero a medida que crecen pueden convertirse en una fuente de sombra.
EL CONOCIMIENTO ES PODER
Los módulos fotovoltaicos son solo un componente en un sistema eléctrico solar. Consulte algunos de nuestros otros artículos para obtener más información sobre los otros componentes que necesitará para su sistema.
Recuerde que la electricidad es peligrosa y puede ser letal. Revise la Sección 690 del Código Eléctrico Nacional para obtener información sobre la instalación de un sistema compatible con el código.
