Energía Solar Fotovoltaica: Fundamentos y Tipos de Paneles

Calentamiento

El calentamiento es el aumento de la vibración de los átomos. Esto puede generar mecánicamente energía, como en los generadores termoeléctricos.

Ionización

La ionización ocurre cuando un fotón expulsa un electrón de su órbita, convirtiendo la energía lumínica en energía eléctrica. Los fotones son los portadores de la radiación electromagnética, y el espectro visible para el ojo humano comprende el rango de 400 a 800 nm.

Irradiación isotrópica

La irradiación isotrópica es la emisión de radiación sin pérdidas desde una fuente radiante, lo que resulta en una intensidad constante. La Constante Solar es la irradiancia media durante un año en una superficie fuera de la atmósfera y perpendicular a los rayos solares, con un valor de 1353 W/m2.

Masa de aire

La masa de aire (AM) es la distancia óptica de la luz solar a través de la atmósfera hasta el nivel del mar. El coeficiente de masa de aire (m) es la distancia de la masa de aire relativa a la distancia respecto al cenit (la vertical desde el nivel del mar). El valor de m cambia el valor de la irradiancia en el espectro. Los paneles fotovoltaicos se caracterizan para un valor de m = 1,5, que corresponde a un ángulo de 42 grados.

Unidades fotometricas

Las unidades fotometricas, a diferencia de las radiométricas, tienen en cuenta la percepción del ojo humano.

Celdas fotovoltaicas

Las celdas fotovoltaicas utilizan silicio. La red cristalina del silicio se dopa cuando se sustituye un átomo de silicio por un átomo de fósforo (1 electrón adicional) o boro (1 electrón menos). La unión PN es una red cristalina que contiene átomos de fósforo en la región N (rica en electrones libres) y átomos de boro en la región P (con huecos).

Equilibrio termodinámico

Cuando hay una gran cantidad de N y P, se crea una difusión de electrones de N a P y viceversa. Esto crea una zona de carga espacial que origina un campo eléctrico de N a P, provocando una corriente de arrastre en sentido contrario a la difusión. En equilibrio, estas corrientes se igualan y se anulan. En la oscuridad, las corrientes se igualan y se hacen nulas.

Factor NOCT

El factor NOCT es especificado por el fabricante e indica la temperatura de la celda a una irradiancia de 800 W/m2, una temperatura de 20 °C y una velocidad del viento de 1 m/s.

Tipos de paneles fotovoltaicos

Monocristalino

Un único cristal, mayor eficiencia (15-18%), menor rendimiento en interiores, alto coste, celdas máximas de 900 nm.

Policristalino

Conglomerado de pequeños cristales con diferente orientación, menor coste, menor rendimiento.

Amorfos

Sin red cristalina, menor coste, delgados, rendimiento mucho menor, mayor degradación, mejor rendimiento en interiores, celdas máximas de 600 nm.

Luz solar

La luz solar en la superficie se descompone en tres componentes:

Radiación solar directa

No ha sido desviada desde el sol, trayectoria definida, anulada cuando un objeto obstruye.

Radiación difusa

Ni directa ni reflejada.

Radiación reflejada (albedo)

Reflejada en el suelo.

Albedo

Porcentaje de radiación que cualquier superficie refleja respecto a la radiación incidente.

Irradiancia máxima

Se obtiene cuando la radiación directa es perpendicular a la superficie del panel.

Instalaciones fotovoltaicas

Consta de tres bloques:

Panel fotovoltaico

Genera corriente continua cuyas características dependen de la iluminación, la temperatura y la tensión de polarización.

Inversor

Convierte la corriente continua en alterna en fase con la red, incluye MPPT para el seguimiento del punto de máxima potencia.

Sistema de protección de circuitos y usuarios

Visto anteriormente.

Sistemas autónomos

Necesitan un panel, una batería, un control de carga, una conexión panel-batería y un regulador DC/AC. Tienen un estado de reposo (mayor tiempo, menor consumo de energía) y un estado activado. Hay dos formas de conectar el panel a la batería: con un interruptor (conexión directa) o con un MPPT.