Cómo funciona un sistema fotovoltaico

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Es indudable que el sol es una fuente de energía renovable y limpia que recibe nuestro planeta, responsable de múltiples procesos que hacen posible la vida. El planeta tierra recibe más energía solar de la que requerimos para surtir a todos los hogares y establecimientos.

La energía solar no genera desechos, además que no contamina el medio ambiente y mucho menos produce gases responsables del cambio climático. No genera ruidos y contribuye con el ahorro en electricidad. Ahora bien, ¿Sabes cómo operan los sistemas fotovoltaicos?

Funcionamiento de los sistemas fotovoltaicos

En primer lugar, un sistema fotovoltaico es el compendio de equipos que operan para sacar provecho de la energía solar y transformarla en energía eléctrica. Son sistemas que se basan en la capacidad que tienen las células fotovoltaicas para convertir la luz solar en electricidad.

En caso que el sistema se conecte a la red eléctrica, esta energía se convierte en corriente alterna por la acción de un inversor, utilizándose dicha energía en las viviendas y en la industria; de allí su relevancia como energía renovable.

La energía eléctrica que se genera por parte de sistemas fotovoltaicos obedece a la cantidad de horas que el sol brilla sobre paneles solares, al igual que depende de placas solares instaladas, orientación e inclinación de las mismas, calidad del sistema, radiación solar y potencia nominal.

Las celdas fotovoltaicas son aparatos por medio de los cuales es absorbida la energía solar. Cada componente de los sistemas fotovoltaicos es capaz de producir energía eléctrica sacando provecho de la luz solar que se refleja en ellos.

Estas celdas deben estar elaboradas con material semiconductor que opera absorbiendo los fotones que provienen del sol, y se encuentran fabricadas con silicio que es el material más utilizado para los paneles solares

Reacción responsable de la energía eléctrica

En el momento que los fotones emitidos por la luz solar chocan con los átomos presentes en las celdas, se evidencia un flujo de electrones. Los electrones libres comienzan a moverse en medio del material semiconductor produciéndose energía eléctrica.

El material semiconductor presente en las celdas está dopado, es decir, atraviesa el proceso intencional de sumar impurezas en el semiconductor puro con el propósito de modificar sus propiedades eléctricas.

Cuando el panel se expone a la radiación electromagnética solar, un fotón se despega y choca con un electrón arrancándolo, generando un hueco en el átomo. En situaciones estándar, el electrón encuentra un espacio para llenarlo y la energía del fotón se distribuye en forma de calor.

En la reacción fotovoltaica, la celda hace que los electrones y los hoyos avancen al lado contrario del semiconductor. Esto provoca una diferencia de potencial generando tensión entre ambos componentes del material como ocurre con las pilas o baterías.

Absorción de fotones responsables de la electricidad

Para que la celda tenga practicidad, se ubican contactos eléctricos que extraen la energía y un recubrimiento que resguarde la celda, pero que al mismo tiempo deje que la luz la atraviese, además de un anti reflectante que asegure la absorción de fotones.

Con estos sistemas la energía generada se introduce en la red eléctrica (sistemas fotovoltaicos interconectados) para disponer de ella cuando se necesite. Otra alternativa es diseñar un sistema isla que permita que la energía eléctrica ingrese a lugares que la red no pueda acceder.

Componentes de un sistema solar fotovoltaico

Para entender cómo funciona un sistema fotovoltaico se necesita explicar cómo funcionan cada uno de sus componentes, los cuales cumplen una función importante para garantizar su funcionamiento por mucho tiempo. Te describimos cuáles son:

Estructura

Al ubicarse al aire libre y padecer todas las inclemencias del clima, estos sistemas requieren de plataformas que soporten a las placas solares. Deben ser de un material que resista la corrosión y con resistencia mecánica para soportar la fuerza que ejercen las placas a las ráfagas de viento.

Celdas solares

El componente principal de una célula solar es el silicio, el cual por sí solo no reacciona cuando se expone a la radiación del sol, por lo que se dopa con fósforo o boro. Así se diseña un material positivo en el que queden electrones libres y un material negativo en el que queden huecos libres.

El sitio entre ambas capas se denomina juntura P-N. El material n se encuentra cargado negativamente de modo que cuando incide la luz del sol sobre él, los fotones transfieren a los electrones energía cinética para moverse a los huecos o cargas libres, generando corriente.

Diodos de By Pass

Se trata de una medida de protección que se instala en el cajón posterior del panel solar, y su función se relaciona con evitar los daños ocasionados por los puntos calientes y sombreados de la placa solar, que pudiesen producir una disipación de potencia.

Inversor

Consiste en el alma del sistema fotovoltaico, y tiene la característica principal de transformar la corriente directa en corriente alterna. Adicionalmente, los inversores de interconexión controlan el voltaje y la frecuencia según la red.

De la misma forma, los inversores disponen de distintos sistemas de protección para asegurar el bienestar de los usuarios, tales como el sistema anti isla y la protección por falla de tierra.

Dispositivos de desconexión y protecciones

Estos aparatos son indispensables pues aíslan los módulos solares tanto para la realización del mantenimiento como para cuando ocurren eventualidades imprevistas. Entre estos tenemos a los switches de desconexión, protectores de voltaje y fusibles.

Cables

Hay que destacar que no se pueden incluir todo tipo de cables en los sistemas fotovoltaicos. El cable destinado a la instalación debe poseer un aislante de alta resistencia que evite arcos eléctricos y que sea resistente contra la humedad del ambiente y los rayos ultravioleta.

Conectores tipo MC4

Estos conectores constituyen el conector más usado en los módulos fotovoltaicos por efecto de su diseño inteligente que prueba su conductividad. Son conectores resistentes a la humedad y la corrosión, y son muy fáciles de operar.

Medidor bidireccional

En contraste con los medidores convencionales que cuantifican la energía que entrega el proveedor de electricidad, los medidores bidireccionales sustraen la energía generada por el sistema fotovoltaico. Así el proveedor de electricidad acredita la energía producida por nuestro sistema.

 

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