¿Cómo se fabrica un sistema solar fotovoltaico?
Un sistema fotovoltaico (PV) es un sistema compuesto por uno o más paneles solares fotovoltaicos combinados con un inversor (para transformar la corriente continua en corriente alterna) y otro hardware eléctrico y mecánico que utiliza la energía del sol para generar electricidad. Los sistemas fotovoltaicos pueden variar mucho en tamaño, desde pequeños sistemas portátiles o de tejado hasta instalaciones de generación masivas a escala de servicios públicos. Si bien los sistemas fotovoltaicos pueden funcionar por sí solos como sistemas fotovoltaicos fuera de la red, este artículo se centra en sistemas conectados a servicios públicos o sistemas fotovoltaicos conectados a la red.
¿Cómo funcionan estos sistemas?
La luz del Sol, formada por paquetes de energía llamados fotones, incide sobre un panel solar y crea una corriente eléctrica mediante un proceso llamado efecto fotovoltaico. Cada panel produce una cantidad relativamente pequeña de energía, pero se puede conectar con otros paneles para producir mayores cantidades de energía, como un panel solar. La electricidad producida por un panel (o conjunto) solar se presenta en forma de corriente continua (CC).
Aunque muchos dispositivos electrónicos utilizan electricidad de CC, incluido su teléfono o computadora portátil, están diseñados para funcionar con electricidad de red que suministra (y requiere) corriente alterna (CA). Por lo tanto, para que la electricidad solar sea útil, primero se debe convertir de CC a CA mediante un inversor. Esta electricidad de CA del inversor puede usarse para alimentar dispositivos electrónicos localmente o enviarse a la red eléctrica para su uso en otro lugar.
Además de los paneles solares, existen otros componentes importantes de un sistema fotovoltaico que comúnmente se denominan “equilibrio del sistema” o BOS. Estos componentes (que normalmente representan más de la mitad del costo del sistema y la mayor parte del mantenimiento) pueden incluir inversores, bastidores, cableado, combinadores, seccionadores, disyuntores y medidores eléctricos, etc.
- Panel solar
Un panel solar está formado por muchas células solares con propiedades semiconductoras encapsuladas en un material para protegerlo del medio ambiente. Estas propiedades permiten a la célula capturar luz, o más específicamente, fotones del sol, y convertir su energía en electricidad útil mediante un proceso llamado efecto fotovoltaico. A ambos lados del semiconductor hay una capa de material conductor que “recoge” la electricidad producida.
El lado iluminado del panel también contiene un revestimiento antirreflectante para minimizar las pérdidas por reflexión. La mayoría de los paneles solares producidos en el mundo están hechos de silicio cristalino, que tiene un límite de eficiencia teórica del 33% para convertir la energía del sol en electricidad. Se han desarrollado muchos otros materiales semiconductores y tecnologías de células solares que funcionan con mayor eficiencia, pero tienen un costo de producción más alto.
Un sistema fotovoltaico (PV) consta de uno o más paneles solares combinados con un inversor y otro hardware eléctrico y mecánico que utiliza la energía del sol para generar electricidad. Los sistemas fotovoltaicos pueden variar mucho en tamaño, desde pequeños sistemas portátiles o de tejado hasta instalaciones de generación masivas a escala de servicios públicos. Aunque los sistemas fotovoltaicos pueden funcionar por sí solos como sistemas fotovoltaicos fuera de la red, este artículo se centra en sistemas conectados a servicios públicos o sistemas fotovoltaicos conectados a la red.
- Inversor
Un inversor es un dispositivo eléctrico que acepta corriente eléctrica en forma de corriente continua (DC) y la convierte en corriente alterna (AC). Para los sistemas de energía solar, esto significa que la energía CC del campo solar se alimenta a través de un inversor que la convierte en CA. Esta conversión es necesaria para operar la mayoría de los dispositivos eléctricos o interactuar con la red eléctrica.
Los inversores son importantes para casi todos los sistemas de energía solar y suelen ser el componente más caro después de los propios paneles solares. La mayoría de los inversores tienen una eficiencia de conversión del 90 % o superior y contienen importantes características de seguridad, incluida la interrupción del circuito por falla a tierra y el sistema anti-isla. Estos detienen el sistema fotovoltaico cuando se produce una pérdida de energía de la red.
- Estante de metal
Rack se refiere al aparato de montaje que asegura el panel solar al suelo o al techo. Estos accesorios, normalmente construidos en acero o aluminio, aseguran mecánicamente los paneles solares en su lugar con un alto nivel de precisión. Los sistemas de estanterías deben diseñarse para resistir eventos climáticos extremos, como velocidades de viento a nivel de huracán o tornado y/o grandes acumulaciones de nieve.
Otra característica importante de los sistemas de estanterías es la conexión eléctrica y puesta a tierra del panel solar para evitar la electrocución. Los sistemas de portaequipajes para techo generalmente están disponibles en dos variantes: sistemas de techo plano y sistemas de techo inclinado. Para tejados planos, es común que el sistema de estanterías incluya lastre ponderado para sujetar el conjunto en el tejado mediante gravedad.
En cubiertas inclinadas, el sistema de estanterías deberá anclarse mecánicamente a la estructura del tejado. Los sistemas fotovoltaicos montados en el suelo también pueden utilizar lastre o anclajes mecánicos para asegurar el conjunto al suelo. Algunos sistemas de estanterías montados en el suelo también incorporan sistemas de seguimiento que utilizan motores y sensores para rastrear el Sol a través del cielo, aumentando la cantidad de energía generada con un mayor costo de mantenimiento y equipo.
- Otros componentes
Los componentes restantes de un sistema solar fotovoltaico típico incluyen combinadores, seccionadores, interruptores, medidores y cableado. Un combinador solar, como su nombre indica, combina dos o más cables eléctricos en uno más grande. Los combinadores suelen incluir fusibles de protección y se utilizan en todos los paneles solares de escala mediana a grande y de servicios públicos.
Los seccionadores son portones o interruptores eléctricos que permiten la desconexión manual de un cable eléctrico. Normalmente utilizados en ambos lados de un inversor, es decir, la “desconexión de CC” y la “desconexión de CA”, estos dispositivos proporcionan aislamiento eléctrico cuando es necesario instalar o reemplazar un inversor.
Los disyuntores o disyuntores protegen los sistemas eléctricos de sobretensiones o sobretensiones. Diseñados para activarse automáticamente cuando la corriente alcanza una cantidad predeterminada, los interruptores también se pueden operar manualmente, actuando como un interruptor de desconexión adicional.
Un medidor eléctrico mide la cantidad de energía que pasa a través de él y las empresas de servicios eléctricos lo utilizan comúnmente para medir y compensar a los clientes. Para los sistemas solares fotovoltaicos, se utiliza un medidor de electricidad bidireccional especial para medir tanto la energía que entra de la red eléctrica como la energía que sale del sistema solar fotovoltaico.
Finalmente, el cableado o los cables eléctricos transportan energía eléctrica hacia y entre cada componente y deben tener el tamaño adecuado para transportar la corriente. Los cables expuestos a la luz solar deben tener protección contra la exposición a los rayos UV y los cables que transportan corriente continua a veces requieren una funda metálica para mayor protección.