Funcionamiento de la fotovoltaica
La luz solar es sólo una parte del espectro electromagnético general. En un solo segundo, el Sol produce tanta energía como la que ha consumido la Humanidad a lo largo de toda su historia.
Como sabemos, el sol se mueve a lo ancho del cielo y va variando su posición no sólo durante el día, sino también en función de la estación del año en la que nos encontramos.
Cuando realizamos una instalación fotovoltaica, es necesario decidir si utilizamos paneles fijos o seguidores solares. Éstos pueden ser programados para seguir el sol a lo largo de su trayectoria, pero resultan mucho más caros que los paneles fijos, que deben ser instalados en función del uso que se les vaya a dar, teniendo en cuenta el ángulo y la orientación.
Células fotovoltaicas: se aprecian los hilos de cobre que transmiten la electricidad, así como el silicio cristalizado, el material que transporta la electricidad
Módulos fotovoltaicos sobre tejado industrial para la producción de electricidad que se vende a la red
Las módulos fotovoltaicos se basan en el efecto fotovoltaico. Éste consiste en que ciertos materiales absorben fácilmente la energía contenida en los fotones, y sus electrones se mueven al recibir esa energía. A este movimiento, se le denomina electridad.
Ahora mismo, el tipo de material más utilizado es el silicio, pero el silicio presenta un problema, y durante los tiempos de mayor demanda de silicio se estuvieron buscando alternativas para sustituirlo. El problema del silicio es que es necesario que atraviese dos procesos de purificación diferentes que resultan muy caros porque, aunque es uno de los materiales más abundantes de la Naturaleza, nunca aparece en estado puro y es necesario que atraviese esos procesos de purificación para que adquiera la calidad necesaria para su aplicación en fotovoltaica.
→ Más información sobre la fabricación del silicio
Estos otros materiales que han llegado a tener desarrollos comerciales son el CIGS, que es una combinación de cinco elementos químicos, pero que presenta una gran dificultad a la hora de fabricar los módulos debido precisamente a esta característica de que utiliza diferentes materiales. Una de ellas es el ensamblaje, y la otra es que el rendimiento no siempre es homogéneo, dada la composición heterogéna del producto. El Teluro de Cadmio es otro de los materiales que se han utilizado para los paneles solares fotovoltaicos, pero presentan el problema de que se trata de un material altamente tóxico. Otro material es el arseniuro de galio, que se viene aplicando desde hace décadas en la alimentación de los satélites, pero que aún resulta demasiado caro para su aplicación comercial.
Ahora mismo, la investigación sobre materiales para módulos fotovoltaicos busca optimizar los costes y el rendimiento, o al menos uno de los dos. Una de las líneas de investigación más interesantes es la que aplica materiales de origen biológico, puesto que esto abarataría grandemente los costes y aunque su rendimiento es mucho más bajo que el del silicio, se abrirían innovadores mercados, tales como la aplicación en ropa e incluso la fabricación de objetos directamente con materiales fotovoltaicos.
Pues bien, las módulos fotovoltaicos están compuestas por células solares interconectadas; estas células solares, a su vez, están compuestas por el material fotovoltaico, normalmente silicio, como hemos explicado más arriba, que son atravesados por finos hilos de cobre que recogen la electricidad y la transportan hasta el exterior de la placa fotovoltaica.
La potencia pico es la potencia máxima que puede alcanzar una placa. Las placas comerciales pueden variar desde los 5 hasta los 190, según el tamaño y rendimiento de la misma.
Hasta aquí, lo que se refiere a las módulos fotovoltaicos. A partir de ahora, para explicar el funcionamiento de una instalación fotovoltaica, será necesario diferenciar entre un sistema aislado o de autoconsumo y uno de venta de electricidad.
Baterías estacionarias
Ondulador
Regulador
Grupo electrógeno
La electricidad producida por los módulos fotovoltaicos es corriente continua, un tipo de electricidad plana, sin ondas, que nosotros no podemos utilizar directamente para nuestros electrodomésticos o herramientas, por lo que es necesario un aparato denominado inversor para convertir la electricidad continua en alterna.
No todo el mundo, por un motivo o por otro, puede disponer de electricidad. En los países industrializados, si no dispones de una conexión directa a la red eléctrica, la compañía te hace pagar alargar la red, aunque sólo sean unas decenas de metros, por lo que muchos deciden utilizar sistemas alternativos en lugar de pagar esos miles de euros. Y fuera de las zonas urbanas, en cualquier lugar del mundo, es común no disponer de electricidad. Hasta ahora la alternativa más utilizada para conseguir electricidad en estas condiciones han sido los generadores de gasóleo. Pero el cambio climático, el pico de producción del petróleo y las continuas subidas del precio del gasóleo están conduciendo a la búsqueda de alternativas. Y sol es precisamente lo que sobre en muchos lugares.
Por este motivo, la fotovoltaica se está erigiendo como una alternativa fiable y sostenible al grupo electrógeno, que no siempre se deja de lado para casos de emergencia en los que las condiciones meteorológicas no son favorables para la producción fotovoltaica.
Dentro de los sistemas de autoconsumo fotovoltaico, es necesario tener en cuenta diversos factores a la hora de realizar la instalación. Las instalaciones más sencillas son aquellas en las que la electricidad se consume en el mismo momento de ser producida, aunque este no es el caso más común. Suele usarse este esquema principalemente para el bombeo para riego.
Esquema de una instalación fotovoltaica aislada
En el resto de los casos, es necesario disponer de baterías para poder almacenar la electricidad y usarla cuando nos resulte necesaria.
Los rayos solares alcanzan a la placa solar, y el material semiconductor produce la electricidad, que es recogida por los hilos de cobre que atraviesan el panel. Esta electricidad continua, es enviada a unas baterías, que tienen uns sistema de control para evitar sobrecalentamiento, descargas, etc. La electricidad es almacenada ahí en forma continua. Cuando necesitamos disponer de ella, la convertimos en alterna a través de un aparato especial denominado inversor. La electricidad qeu sale del inversor sí puede ser ya utilizada.
Es necesario analizar muy fríamente qué consumo vamos a tener, y adaptarnos a ese esquema de consumo, ya que es necesario calcular el consumo necesario para poder dimensionar correctamente la instalación: número de placas, baterías, inversor, etc. Si posteriormente consumimos más electricidad de lo calculado para esta instalación, podemos estropearla o quizás no será bastante y tendremos que usar el grupo electrógeno. También se puede ampliar, aunque entonces no se amplía solamente el número de paneles, sino que también puede ser necesario cambiar alguno de los aparatos, como el inversor. Es necesario decir también que cuando utilizamos una instalación fotovoltaica aislada, es necesario seguir los criterios de eficiencia energética con el máximo rigor, con el objetivo de aprovechar al máximo la electricidad: bombillas de bajo consumo, nevera con gas, etc.
