El principio de funcionamiento de los sistemas de energía solar puede parecer complejo. Sin embargo, en la definición más simple, la energía luminosa del sol pasa a través de los componentes del sistema y la convierte en energía eléctrica. En estos sistemas, la conversión de energía tiene lugar a través de células fotovoltaicas. Con la exposición de las células a la luz, se producen electrones y estos electrones que fluyen a lo largo del circuito generan electricidad de corriente continua para alimentar los dispositivos.
Si la pregunta de cómo funcionan los sistemas de energía solar se responderá en artículos;
- Proceso fotovoltaico: Los paneles solares con células fotovoltaicas, que generalmente se fabrican con materiales semiconductores, proporcionan aquí la liberación de electrones. En otras palabras, la luz solar que incide sobre la superficie del material en el proceso fotovoltaico libera los electrones en primer lugar.
- Movilización de electrones: Los electrones liberados en el proceso fotovoltaico pasan por un diseño especial para llegar al sistema. De este modo, se crean déficits de electrones que siguen llevando carga positiva.
- Formación de corrientes eléctricas: Los electrones crean corriente eléctrica en capas especialmente diseñadas mientras se mueven. Esta corriente se transmite a los circuitos externos del sistema.
- Proceso de generación de electricidad: La corriente eléctrica que se produce en los circuitos externos se envía a los sistemas de almacenamiento donde se encuentran los paneles en la última etapa. Tras este proceso, la energía eléctrica pasa a utilizarse en instalaciones, lugares de trabajo o viviendas.
Los sistemas de energía solar se utilizan en muchos lugares. Especialmente en espacios habitables;
- Riego y agricultura: Satisface las necesidades energéticas de los sistemas de riego en zonas agrícolas.
- Telecomunicaciones: En algunas regiones puede no haber red eléctrica debido a la infraestructura. En esos casos, se activan sistemas de energía solar y se cubren las necesidades de electricidad.
- Aplicaciones industriales: En la actualidad, muchas instalaciones utilizan sistemas de energía solar para producir energía más barata y limpia.
- Edificios comerciales y lugares de trabajo: La energía solar se utiliza con frecuencia en zonas como tiendas, oficinas o fábricas. El objetivo de la aplicación es obtener una energía más rentable.
- Espacios habitables: Las necesidades de electricidad se cubren gracias a paneles solares aplicados en jardines y tejados.
¿Cómo funcionan los paneles solares?
Los paneles solares que convierten la luz solar en energía mediante una serie de procesos constan de más de un componente. La principal tarea de estos paneles formados por células fotovoltaicas es absorber la luz solar y generar corriente eléctrica. En la primera etapa, estas células basadas en silicio absorben la energía de los fotones del sol y empiezan a formar electrones libres. El primer proceso es importante para iniciar la corriente eléctrica. A continuación, la luz solar que incide sobre la superficie de las células fotovoltaicas crea una corriente al mover los electrones. Estas corrientes, que se forman en forma de CC, es decir, corriente continua, se convierten en CA, es decir, corriente alterna, a través del inversor.
Aparte de los principios de funcionamiento aparentemente sencillos, este sistema puede utilizarse junto con sistemas de baterías para almacenar la electricidad generada. Tras el proceso integrado, se puede suministrar energía cuando la luz solar es insuficiente. Además, en algunas aplicaciones conectadas a la red, la energía se transfiere directamente a la red eléctrica. En realidad, la eficiencia de los paneles solares de alta eficiencia varía en función del tipo de célula preferido. Lo más lógico sería preferir paneles monocristalinos en lugar de paneles policristalinos de bajo coste y menor eficiencia.
Los paneles solares expuestos a la luz solar directa funcionarán de forma mucho más eficiente. Sin embargo, la producción de energía continúa con tiempo lluvioso o nublado. Además del tiempo frío, que afecta positivamente a la eficiencia de los paneles, también se debe utilizar un sistema de seguimiento solar para aumentar la eficiencia. Por otro lado, los sistemas de energía solar, que son una fuente de energía ilimitada y respetuosa con el medio ambiente, reducen el uso de combustibles fósiles. Naturalmente, al reducir los costes energéticos, su área de uso aumenta día a día.
¿Cómo aumentar la eficiencia de los sistemas de energía solar?
Para aumentar la eficiencia de los sistemas de energía solar, deben utilizarse sistemas de seguimiento solar. Aunque éste es el factor más importante, hay más de una situación que afecta a la eficiencia. Si las enumeramos en artículos;
- Componentes: Los componentes que integran el sistema de energía solar deben ser de buena calidad. La calidad de los paneles, cables e inversores reduce significativamente la tasa de pérdidas en la conversión de energía.
- Mantenimiento y limpieza: En estos sistemas deben llevarse a cabo operaciones regulares de limpieza y mantenimiento. Los paneles que se limpian y mantienen funcionan de forma más eficiente.
- Condiciones meteorológicas: Deben tomarse precauciones contra el tiempo polvoriento y nublado que reduce la luz solar que llega a los paneles.
- Ubicación del sistema: La orientación, sobre todo la inclinación del panel, y la duración de la insolación de la zona donde se ubica afectan directamente a la eficiencia.
Para lograr una eficiencia óptima, los paneles deben inclinarse hacia la dirección en la que el sol es más intenso. Además, la suciedad y el polvo acumulados en los paneles impiden la recepción eficaz de la luz solar. Del mismo modo, habrá que eliminar las sombras sobre los paneles. Si hay ramas de árboles y algún factor que pueda proyectar sombra, se reducirá la eficiencia.
Ángulo del panel: En cuanto al ángulo del panel que afecta a la eficiencia de la energía solar, hay que prestar atención a factores como el ajuste del ángulo y la ubicación geográfica según las estaciones. En este contexto, mientras que el ángulo de colocación del panel variará según la ubicación geográfica, también existen diferencias en el ángulo de incidencia del sol durante los periodos de verano e invierno. Naturalmente, cuando se ajusta el ángulo del panel según la estación, la eficiencia que se obtendrá alcanzará el máximo nivel.
Integración correcta: La integración desempeña un papel fundamental en los sistemas de energía solar. Dado que cada componente realiza una tarea diferente por sí solo, debe estar en armonía con los demás. En este contexto, la integración con la red eléctrica es mucho más importante. Si el sistema genera un exceso de energía, se puede almacenar o vender a la red. Para generar ingresos extra, el sistema debe funcionar de acuerdo con ciertas normas mientras realimenta a la red. En este punto, la seguridad es el criterio más importante y aumenta la eficiencia.
Factores ambientales: La cantidad de energía que se produce en los paneles solares varía en función de los rayos recibidos. Por lo tanto, las condiciones meteorológicas y los factores ambientales afectan positiva o negativamente a la eficiencia del panel. Por ejemplo, la eficiencia disminuye en los paneles instalados en una región extremadamente calurosa.
Tecnología preferida: Los tipos de panel y las tecnologías utilizadas afectan directamente a la eficiencia. Estos tipos de paneles y características son los siguientes;
- Paneles de película fina: La estructura de estos paneles, que pueden fabricarse con distintos materiales, es flexible. También es más rentable, pero funciona con baja eficiencia.
- Panel policristalino: Consta de más de una estructura cristalina. Generalmente es de color azul. Son menos eficientes que los paneles monocristalinos. A pesar de ello, puede decirse que son más económicos.
- Panel monocristalino: Funciona con alta eficiencia. Consta de una estructura monocristalina. Es de color negro y su coste puede ser elevado.
Rentabilidad económica: El coste de la instalación de sistemas de energía solar puede ser inicialmente elevado. Sin embargo, a largo plazo se obtienen beneficios muy importantes. Se puede invertir con gran eficiencia recibiendo incentivos gubernamentales e institucionales, especialmente la venta de energía a la red. Además, las facturas de electricidad se reducirán significativamente mediante el uso de la energía solar, por lo que tiene una gran contribución a la economía.
Comprobaciones rutinarias: Deben realizarse comprobaciones rutinarias mensuales y anuales para aumentar la eficiencia. Durante la inspección anual, también debe examinarse el estado de funcionamiento de los inversores, las conexiones eléctricas y el estado de los equipos utilizados en la instalación. Además, en función de los avances tecnológicos, puede ser necesario sustituir algunos componentes o realizar diferentes actualizaciones en el sistema al cabo de un tiempo.
No hay que olvidar que el factor más importante para aumentar la eficiencia de los sistemas de energía solar es el seguidor solar. Esta aplicación, también conocida como sistema de seguimiento solar, aumenta la tasa de eficiencia entre un 20% y un 30%. El seguidor solar, que puede controlar en doble o en un solo eje, también utiliza diferentes métodos de control. El principio de funcionamiento de los sistemas de seguimiento solar, que permiten aprovechar esta energía durante todo el día, consiste en seguir la posición del sol. Los paneles que reciben más luz solar durante el día ofrecerán naturalmente un alto rendimiento. Especialmente en las horas de la tarde y la mañana, cuando los rayos del sol son bajos, el sistema de seguimiento que lleva los paneles a la posición correcta sigue recogiendo la mayor eficiencia.
El coste inicial de los sistemas de seguimiento solar puede ser elevado. Sin embargo, quienes se plantean invertir a largo plazo encuentran resultados muy útiles. No hay que olvidar que el seguidor solar, que reduce las facturas de electricidad a la vez que produce más energía que los paneles solares estándar, tiene una estructura duradera. Los sistemas de seguimiento que siguen directamente al sol y reciben los rayos en ángulo recto requieren menos espacio. En otras palabras, la superficie de uso es reducida y, de esta forma, se evitan muchos costes. Los inversores que prefieren seguidores solares que dañan menos los paneles pueden aumentar la eficiencia entre un 20% y un 25% en la aplicación de un eje y entre un 30% y un 40% en la aplicación de dos ejes.
¿Cuánta electricidad producen los paneles solares?
La capacidad de generación de electricidad de los paneles solares varía según la zona y el tipo de uso. En este proceso, un sistema fotovoltaico de 1 kW proporciona una producción de 1 kW en los momentos en los que los rayos del sol se reciben en su totalidad. Además, esta cifra puede variar en función de las características de instalación del sistema. Según este cálculo, cuando se obtienen 6 horas de luz solar al día, la producción de energía será de 2190 kW al año.
Si nos fijamos en los paneles domésticos, la producción de energía puede llegar hasta los 300 W. Al aumentar la potencia también aumenta la electricidad que se obtiene. En paneles solares domésticos que producen 0,3 kW de electricidad en 1 hora de sol al día, se producen 2,1 W de electricidad al cabo de 7 horas.
Si repasamos el panel solar instalado en una superficie de 1 metro cuadrado, para conseguir una eficiencia media del 20%; con 5 horas de exposición al sol al día, se producirán 211 W de energía al día, junto con 211 W de producción de energía al día, se producirán 1055, es decir, 1,05 kW de electricidad al final del día. La producción mensual será de 31,5 kW de media. Al proceder sobre las mismas tarifas;
¿Qué se necesita para utilizar sistemas de energía solar?
Hay una serie de procesos y componentes para utilizar sistemas de energía solar. Si consideramos brevemente los procesos;
- Viabilidad y planificación: Se refiere a los estudios que hay que realizar para determinar cuánto está expuesta a la luz solar la zona que se va a instalar. Además, estos estudios son obligatorios para calcular el número de paneles.
- Tramitación de permisos: Para que la instalación del sistema se realice sin problemas, se presenta una solicitud a la autoridad eléctrica local y se obtienen los permisos necesarios.
- Fase de instalación: Es el proceso en el que se realizan todos los montajes de los componentes del sistema. La aplican equipos de expertos.
- Proceso de mantenimiento: El mantenimiento periódico tras la instalación es importante. La eficiencia del sistema solo es posible con el proceso de mantenimiento y control.
Los componentes necesarios para utilizar sistemas de energía solar son los siguientes;
- Monitor: Es opcional. Se utiliza para supervisar el rendimiento general del sistema. Además, se analiza información detallada sobre el consumo y la producción de energía.
- Equipamiento: Hay muchos componentes del sistema en los paneles. El equipo de montaje también se encuentra entre las aplicaciones necesarias para las conexiones.
- Regulador de carga: Regula la energía que va a la batería del panel. También evita la sobrecarga.
- Caja de conexiones: Necesaria para proporcionar conexiones eléctricas entre los componentes del sistema.
- Batería: Proporciona almacenamiento de la electricidad generada. También se conoce como batería y se activa cuando se necesita energía.
- Inversor: También conocido como inverter. Convierte la corriente continua obtenida del panel en corriente alterna. De este modo, se garantiza el uso de aparatos eléctricos en el hogar.
- Paneles: Consta de células especiales que convierten la luz solar directamente en energía eléctrica. Es el componente más importante.
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