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MÓDULO 2: SISTEMA SOLAR CONECTADO A RED

Aprende desde cero lo que necesitas saber, hacer y tener

ESQUEMA

El esquema de energía solar conectada a red no toma en cuenta el almacenamiento de energía, así que sólo se tienen en cuenta 3 componentes esenciales: los paneles solares que se encargan de la generación de energía, los inversores que se encargan de transformar la energía de corriente continua de los paneles en corriente alterna y el medidor bidireccional que se encarga de registrar cuánta energía entra y sale por la frontera eléctrica entre el usuario y operador de red local (OR).


Bajo este esquema, el usuario puede obtener su electricidad tanto de la producción de los paneles solares como de la empresa de electricidad. Durante las noches, cuando los paneles no producen energía, se tiene el respaldo de la red eléctrica.

En los lugares en los que se cuenta con energía eléctrica del sistema nacional, se
recomienda instalar sistemas conectados a red y no sistemas aislados por las
siguientes razones:

  • Las baterías son un componente costoso y requieren un cuidado más
    minucioso que el resto del sistema, así que los sistemas conectados a red,
    tienen un menor costo inicial y de mantenimiento preventivo.
  • Al usar la venta de excedentes de energía a la red, lo que se está haciendo es
    utilizar la red eléctrica nacional como una especie de “batería” a la que le
    entregas energía en el día y ella te lo devuelve en la noche.
  • Al poder acceder a la energía de la red, se puede aumentar el consumo
    ocasionalmente sin poner en riesgo el sistema solar, ya que la red eléctrica nacional.

COMPONENTES Y SUS CARACTERÍSTICAS

LOS PANELES SOLARES

Son un conjunto de celdas fotovoltaicas encapsuladas que sirven para transformar la radiación solar (luz solar) en electricidad por medio del efecto fotovoltaico. Generan energía en forma de corriente continua (DC por sus siglas en inglés).
Los tipos de paneles solares se nombran dependiendo de la tecnología de fabricación de sus celdas:

  • Silicio monocristalino: el de mayor rendimiento de conversión de energía y por tanto el más caro.
  • Silicio Policristalino: es el de rendimiento intermedio. Son la opción sugerida para instalaciones domésticas.
  • Silicio amorfo: es el de menor rendimiento, lo que lo hace el más barato. Requiere mucho espacio para su instalación.

PARÁMETROS FUNDAMENTALES DE UN PANEL SOLAR

Estos parámetros los encontramos en las fichas técnicas y en la etiqueta de la parte posterior de cada panel.

  • Corriente de corto circuito (Isc): máximo valor de corriente que puede circular por el panel solar.

Voltaje de circuito abierto (Voc): máxima tensión que se obtiene en los extremos del panel solar.

  • Corriente en el punto de máxima potencia (Imp): es el valor de la corriente suministrada por el panel cuando se encuentra en el punto de máxima potencia.
  • Voltaje en el punto de máxima potencia (Vmp): es el valor de la tensión que proporcionará el panel cuando está trabajando en el valor de potencia máxima.

Parámetros fundamentales del panel solar

En la ficha técnica del panel puedes ver los parámetros de la siguiente forma:


INFLUENCIA DE LA IRRADIANCIA Y LA TEMPERATURA EN LOS PANELES SOLARES


pérdida de potencia por irradiancia y temperatura.

Como habíamos visto en el módulo 1, la potencia es igual al producto entre la corriente y el voltaje; de esta forma si uno de los dos disminuye su valor, la potencia disminuirá su valor. Podemos apreciar en la Imagen, que a menor irradiancia, hay menor corriente y por lo tanto la potencia del módulo se verá afectada. Esta característica es un poco intuitiva, pues la mayoría de las personas son capaces de asociar una afirmación como la siguiente: “Si hay menos luz solar, el panel produce menos energía”.

Por otro lado, la influencia de la temperatura en un panel solar es menos intuitiva porque la mayor parte de las personas piensan que si hay más calor, el panel puede generar más energía, pero como lo vemos en la imagen, a medida que la temperatura va aumentando en el panel solar, este empieza a disminuir su voltaje de salida y por lo tanto la potencia también disminuye.

En las fichas técnicas de los paneles podemos encontrar un valor llamado “coeficiente de potencia por temperatura” el cual nos indica matemáticamente la pérdida de potencia asociada al panel por cada grado de temperatura que aumenta.

Ejemplo:
Un valor de coeficiente de potencia por temperatura = – 0,41% / °C. Lo que nos dice es que en este módulo FV en concreto se pierde 0,41% de eficiencia por cada grado centígrado que aumente la temperatura después de 25°C de temperatura de trabajo, ya que esto es uno de los valores de prueba de laboratorio bajo los cuales fueron fabricados los módulos y bajo los cuales entregan su potencia máxima.


Este equipo electrónico es el elemento central de una instalación fotovoltaica conectada a la red eléctrica. Además de realizar la conversión de corriente continua a corriente alterna, el inversor debe sincronizar la onda eléctrica generada con la de la corriente eléctrica de la red, para que su compatibilidad sea total. El inversor dispone de funciones de protección, para garantizar tanto la calidad de la electricidad vertida a la red como la seguridad de la propia instalación y de las personas.
Parámetros fundamentales de un Inversor a red:

  • Potencia: la potencia máxima que podrá suministrar el inversor es un valor importante a tener en cuenta sobre todo si se va a entregar energía a la red eléctrica, ya que hay que garantizar unas condiciones óptimas. La gama de potencias en el mercado es muy grande. Sin embargo, para los sistemas domésticos existen desde 600W (para pequeñas instalaciones residenciales) hasta potencias de varios kilovatios. Muchos modelos están pensados para poderlos conectar en paralelo, a fin de permitir el crecimiento de la potencia total de la instalación.
  • Fases: normalmente, los inversores cuya potencia es inferior a 5 kW son monofásicos. Los mayores de 15 kW suelen ser trifásicos. Muchos modelos monofásicos pueden acoplarse entre sí para generar corriente trifásica.
  • Eficiencia: los modelos actualmente en el mercado tienen una eficiencia media situada en torno al 90%. El rendimiento del inversor es mayor cuanto más próximos estamos a su potencia nominal y, con el fin de optimizar el balance energético, es primordial hacer coincidir la potencia pico del campo fotovoltaico y la potencia nominal del inversor. Si queremos tener un funcionamiento óptimo de la instalación, la potencia de pico del campo fotovoltaico nunca debe ser menor que la potencia nominal del inversor
  • Protecciones: el inversor debería incorporar algunas protecciones generales, que, como mínimo, serían las siguientes:
  • Interruptor automático: dispositivo de corte automático, sobre el cual actuarán los relés de mínima y máxima tensión que controlarán la fase de la red de distribución sobre la que está conectado el inversor. El rearme del sistema de conmutación y, por tanto, de la conexión con la red de baja tensión de la instalación fotovoltaica, será también automático una vez restablecido el servicio normal en la red.
  • Funcionamiento «en isla»: el inversor debe contar con un dispositivo para evitar la posibilidad de funcionamiento cuando ha fallado el suministro eléctrico o su tensión ha descendido por debajo de un determinado umbral.

– Limitador de la tensión máxima y mínima.
– Limitador de la frecuencia máxima y mínima. El margen indicado sería del 2%.
– Protección contra contactos directos.
– Protección contra sobrecarga.
– Protección contra cortocircuito.
– Bajos niveles de emisión e inmunidad de armónicos.


También sería conveniente que el inversor ofreciera la posibilidad de ser monitorizado desde un ordenador. Si en la instalación se incluyen determinados sensores, puede aportar datos de radiación, generación solar, energía transformada a corriente alterna, eficiencia, etc.

Hay dos principales tecnologías de inversores que pueden usarse en el sector residencial: los inversores String y los microinversores.

Es la tecnología más usada actualmente en el mundo. Son ideales para viviendas que tienen un tejado que no se ve afectado por sombras y tienen una única dirección.

Se usan para instalaciones de 3kW en adelante.

Funcionamiento: los paneles solares se conectan en serie uno después del otro y se agrupan por ramales (Strings) y cada uno de estos ramales se debe conectar a un tablero de protecciones en DC y luego se conecta al inversor.

Debido a esta configuración, un inversor String capta tanta electricidad como el panel menos eficiente del ramal. Es decir, si uno de los paneles conectados a este ramal es afectado con una sombra, su potencia disminuirá, por lo tanto, la potencia del ramal completo se va a ver disminuida y el inversor captará esta potencia para su funcionamiento.

Como consecuencia de esto, el inversor String no es una buena solución cuando tus paneles están orientados hacia varias direcciones o se ven afectados por sombras.


Esta tecnología está ganando cada vez más popularidad en sistemas residenciales por la versatilidad que ofrece y su porqué han venido disminuyendo de precio.

Funcionamiento: los microinversores se instalan en cada panel solar de manera individual. Cada uno de ellos es un convertidor independiente que transforma la corriente continua en corriente alterna in situ, es decir, se conecta el cable que va de salida del panel directamente del microinversor, ahorrando el cableado y las protecciones en DC que se tiene en los inversores String.
Algunas de las ventajas que tienen los micro inversores sobre los inversores String son:

Una persona puede entrar a probar la tecnología solar con bajo presupuesto, ya que se puede conectar un solo panel con un microinversor y luego ir aumentando su capacidad instalada poco a poco.

  • Si hay una sombra en uno de los paneles, sólo se afectará la potencia de ese panel y el resto seguirá produciendo energía en su potencia máxima, ya que no están conectados entre ellos.
  • Se obtiene un ahorro significativo en cableado y protecciones; ya no se necesitan los de la parte de corriente directa.
  • Su tecnología ha evolucionado y hoy en día pueden conectarse 1, 2 o 4 paneles directamente por cada microinversor, lo que lleva a un ahorro en comparación con poner un micro inversor por panel.

MEDIDOR BIDIRECCIONAL

Estos elementos son los encargados de medir la energía eléctrica importada o exportada a la red. Contabilizan el flujo de energía en ambas direcciones, vienen con un sistema de medición de inyección de excedentes a la red. Además, los contadores bidireccionales ya tienen incorporado un sistema de gestión que permite la lectura de consumos a distancia, ya sea en móviles o computadoras, información del funcionamiento del sistema, detección de posibles averías o incidencias, alarmas, etc.


PROFUNDIZA LOS CONOCIMIENTOS DEL MÓDULO 2

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