Fundamentos de la Tecnología Fotovoltaica: Características Eléctricas y Tipos de Sistemas Solares

Características Eléctricas Fundamentales del Panel Fotovoltaico

Las especificaciones técnicas de un panel fotovoltaico se definen bajo condiciones estándar de prueba (STC: 1 kW/m² de irradiancia y 25 °C de temperatura de célula).

• Potencia Máxima o de Pico (P_p): Es la potencia máxima proporcionada por el panel bajo STC, medida en Vatios Pico (W_p).
• Tensión e Intensidad Máxima de Pico (U_p, I_p): Son los valores de tensión e intensidad tomados en el punto de máxima potencia (P_p). (Nota: La tensión de pico U_p suele ser mayor que la tensión nominal de la batería).
• Tensión en Vacío (U_o): Es el voltaje máximo medido a circuito abierto, es decir, sin carga conectada.
• Corriente de Cortocircuito (I_SC): Es la intensidad máxima obtenida al conectar un amperímetro directamente entre los bornes del panel. En estas condiciones, la resistencia de carga es nula (solo la que represente el amperímetro) y el valor de tensión es cero.

Factores que Afectan al Rendimiento del Panel

Efecto de la Temperatura (± T°C)

• Intensidad (Corriente): Varía muy poco con la temperatura. Tiende a aumentar ligeramente por encima de 25 °C y a disminuir ligeramente por debajo de 25 °C.
• Tensión (Voltaje): La tensión disminuye al aumentar la temperatura y aumenta peligrosamente al bajar de 0 °C. La tensión en vacío (U_o) puede ser crítica para la entrada de los equipos. El rendimiento óptimo de tensión se observa en invierno (días fríos y soleados).

Efecto de la Irradiancia (E)

La irradiancia (E, medida en W/m²) es la potencia solar incidente:

• La Potencia disminuye directamente al disminuir la irradiancia.
• La Intensidad es aproximadamente proporcional a la radiación incidente.
• La Tensión sigue una curva exponencial, mostrando una dependencia mucho menor con la irradiancia que la corriente.

Efecto de las Sombras y Fallos

Cuando se conectan varias células en serie, si una de ellas falla o recibe sombra temporalmente, se comporta como una carga resistiva para las demás. Esto provoca una disipación excesiva de potencia en esa célula, generando calor y potencialmente su destrucción, fenómeno conocido como Punto Caliente (Hot Spot).

Para prevenir este efecto, se utilizan:

• Diodos Bypass (Anti-paralelo): Conectados en paralelo a grupos de células dentro del panel. Permiten que la corriente de las células iluminadas "salte" la célula sombreada o defectuosa.
• Diodos de Bloqueo: Utilizados en sistemas con varias ramas de paneles conectadas en paralelo para evitar que la corriente fluya inversamente desde una rama a otra (especialmente de noche o si una rama está sombreada).

Clasificación de Paneles Según la Aplicación

Paneles para Sistemas Aislados

Potencias típicas: 5 W a 250 W. Rangos de tensión: 15 V a 35 V. Tensión máxima de trabajo: 600 V.

Paneles para Conexión a Red (Grid-Tie)

Potencias típicas: 120 W a 315 W. Rangos de tensión: 17 V a 67 V. Tensión máxima de trabajo: 600 V a 2.200 V.

Paneles para Bombeo de Agua

Se pueden utilizar paneles de cualquiera de las categorías anteriores, dependiendo del valor de tensión final requerido por la bomba y el controlador.

Estructuras de Soporte y Anclaje

Estructuras Fijas

Características principales:

• Materiales: Deben contar con tratamiento antioxidante (hierro galvanizado, aluminio anodizado, acero inoxidable).
• Seguridad: Es obligatoria la toma de tierra a todas las masas metálicas.
• Instalación: Pueden ser instaladas con o sin cimentación.
• Ajuste: Algunas permiten el ajuste manual de la elevación y el acimut (orientación horizontal).

Estructuras Móviles (Seguidores Solares)

Permiten el seguimiento del punto de máxima radiación solar:

• Seguimiento de un Eje: Generalmente siguen el acimut (movimiento horizontal), manteniendo la elevación ajustable.
• Seguimiento de Dos Ejes: Siguen tanto el acimut como la elevación.

Ambos sistemas pueden ser pasivos o activos y pueden aumentar el rendimiento solar entre un 20% y un 40%.

Acoplamientos entre Paneles Fotovoltaicos

La forma de conexión de los paneles determina las magnitudes eléctricas del sistema:

• Conexión en Serie: Se utiliza para obtener una mayor tensión (el voltaje se suma).
• Conexión en Paralelo: Se utiliza para obtener una mayor intensidad (la corriente se suma).

Se pueden utilizar ambos acoplamientos (serie-paralelo) para aumentar tanto la tensión como la intensidad total del sistema.

Tipos de Sistemas Fotovoltaicos

Clasificación Según Potencia Instalada

• Instalaciones Pequeñas: Menos de 5 kW.
• Instalaciones Medianas: De 5 kW a 100 kW.
• Instalaciones Grandes: De 100 kW a 1.000 kW (1 MW).
• Centrales Fotovoltaicas: Más de 1 MW.

Clasificación Según Tipo de Aplicación

• Instalaciones Aisladas o Autónomas (Off-Grid): Utilizadas donde no existe red eléctrica convencional (electrificación rural, alumbrado público, bombeos, señalización, telecomunicaciones, sistemas de respaldo, etc.).
• Instalaciones Conectadas a Red (Grid-Tie): Sistemas interconectados a la red de distribución eléctrica.

Sistemas Fotovoltaicos Aislados (Autónomos)

Estos sistemas se implementan cuando la red eléctrica convencional no está disponible, está muy alejada de núcleos urbanos, o el coste de conexión es prohibitivo.

Equipamiento Mínimo Estándar

1. Paneles fotovoltaicos.
2. Regulador de Carga (para proteger la batería).
3. Batería (almacenamiento).
4. Elementos de Protección.

Si se requiere corriente alterna (c.a.), se debe incluir un convertidor c.c./c.a. (inversor).

Sistemas de Bombeo Solar

Es una aplicación específica de los sistemas aislados, utilizada para consumo humano, ganadero o riego de cultivos.

Equipamiento Mínimo para Bombeo

1. Paneles fotovoltaicos.
2. Convertidor-Regulador Específico (controlador de bomba).
3. Bomba.
4. Depósito (almacenamiento de agua).

Sistemas Fotovoltaicos Conectados a Red (Grid-Tie)

Estos sistemas están interconectados directamente a la red de distribución eléctrica. Funcionan como mini centrales de producción de energía.

Su fomento se enmarca dentro de los planes de Energías Renovables, buscando limitar la emisión de CO₂ y promover la generación distribuida.