Tema: Esquema y elementos de una instalación fotovoltaica

La instalación fotovoltaica

Una instalación fotovoltaica puede contener diversos elementos en función de los consumos que deba alimentar. Vamos a indicar los elementos básicos de un sistema fotovoltaico que son comunes a todas las instalaciones sin abundar en su funcionamiento o características.

Cuanto mayor es la potencia de la instalación mas compleja puede llegar a ser ya que la mayor superficie de placas fotovoltaicas y por tanto la mayor cantidad de energía que gestiona obliga a tomar medidas suplementarias de seguridad y protección tanto para los equipos como para las personas, aunque en esencia todas las instalaciones presentan un esquema similar. Las instalaciones básicas, que serán el objeto del presente artículo, se entiende que son para satisfacer pequeños consumos, como iluminación de bajo consumo, tal vez también un televisor durante unas horas en fin de semana, cargadores de móvil, etc.

Elementos

Las instalaciones fotovoltaicas aisladas de la red se componen de los siguientes elementos:

El módulo (o módulos) fotovoltaico, que transforma la radiación solar en energía eléctrica.

El regulador de carga, que transforma la electricidad proveniente de los módulos o paneles solares y la hace apta para cargar la batería o para ser consumida.

La batería o acumulador, que almacena aquella energía que no ha sido consumida en el momento de su generación.

El inversor u ondulador, que aunque es un elemento no obligatorio suele ser utilizado en la práctica totalidad de instalaciones y cuya función es la de transformar la corriente continua generada por los módulos solares a corriente alterna de 220V como la de la red. Mediante el inversor se consigue que la corriente generada o almacenada en la batería sirva para alimentar aparatos de uso común en instalaciones de red. La no existencia de inversor obliga a utilizar aparatos de consumo de corriente continua y voltaje idéntico al de la batería.

Los cables son un elemento esencial y una incorrecta elección de los mismos puede ser fuente de problemas o ineficiencia de la instalación. Por lo tanto es imprescindible que se calcule debidamente su sección y longitud para que no se pierda energía en ellos, facilitando el tránsito del flujo eléctrico. Siempre es mejor sobredimensionarlos.

La estructura de soporte de las placas es también una pieza muy importante. Téngase en cuenta que la fuerza que puede ejercer el viento en la superficie de captación puede arrancar total o parcialmente los módulos con consecuencias nefastas. Existen diferentes tipos de anclaje, materiales, etc. Y la ubicación de la estructura es una decisión que puede tener una importancia capital en el rendimiento de la instalación dado que debe favorecer que la distancia a cubrir por los cables sea la mínima, con el beneficio de una sección razonable de conductores.

Protecciones y elementos de seguridad. Es importante proteger los elementos sensibles de la instalación contra sobretensiones o cortocircuitos que los puedan dañar. Un buen componente del sistema ya tendrá cierto nivel de autoprotección a este respecto, aunque siempre es recomendable incluir fusibles en el tramo entre los paneles y el regulador y a la salida de la batería, ya sea hacia el consumo o en su caso hacia el inversor. Es también necesario que el circuito conste de una toma de tierra convenientemente instalada. Naturalmente cuanto mayor sea la potencia eléctrica que haya que gestionar mayores serán las medidas de protección a implementar.

Esquema de la instalación

Sin entrar en la potencia o capacidad de los elementos, ya que estas características dependen directamente del consumo a satisfacer y de la cantidad de radiación solar que exista en la ubicación de la instalación, un esquema genérico de una instalación solar podría ser el siguiente:



Una vez que la radiación solar es transformada en electricidad en los módulos fotovoltaicos la corriente realiza un circuito que comienza en el regulador de carga. Este elemento controla el nivel de carga de la batería, de tal manera que si está cargada corta el flujo de energía hacia ella para que no se dañe por sobrecarga y al contrario, es decir que da paso a la electricidad si existe demanda de carga en la batería. Dado que las baterías necesitan diferentes voltajes dependiendo de su nivel de carga sucede que el regulador de carga va variando las características eléctricas de la corriente a medida que se avanza el proceso de carga. Existen modelos de cargadores o reguladores de carga que permiten conectarle los elementos de consumo, aunque como regla general se debe desestimar esta opción y conectar los consumos directamente a la batería (o al inversor y este a la batería).

El circuito continúa desde el cargador hasta la batería, que se encarga de almacenar la energía para su utilización durante el tiempo en el que la radiación solar es insuficiente (o nula).

Desde la batería salen los cables positivo y negativo a los puntos de consumo, aunque si se prefiere convertir la electricidad de bajo voltaje y flujo continuo a 220V de corriente alterna se debe intercalar entre la batería y el consumo un ondulador o inversor para este fin.

Características de operación de las instalaciones fotovoltaicas aisladas

En este tipo de instalaciones existe la posibilidad de quedarse sin energía si se consume mas que la que se pueda generar. Por lo tanto la concepción moderna de que podemos conectar cualquier cosa a un enchufe y funcionará que reina en nuestras casas con enganche a la red eléctrica convencional tiene que ser aparcada. Dispondremos de la energía que nuestro sistema sea capaz de proporcionarnos, salvo que tengamos un generador auxiliar, que es mas típico de instalaciones grandes. Por eso es imprescindible conocer cual va a ser el consumo que vamos a efectuar y que va a tener que proporcionarnos la instalación. Naturalmente siempre se podrá ampliar la misma (hecho que es muy común) aunque no siempre se pueden aprovechar todos los elementos instalados en ese caso. Por tanto es crucial respetar el consumo previsto para la instalación si no queremos que se produzca el fallo o fracaso de la misma. Una vez conocido el consumo y la zona geográfica de ubicación se podrá proceder al dimensionamiento de la instalación.

Todos los elementos de la instalación a través de los cuales fluye la electricidad consumen parte de ella. Este consumo depende de factores propios de cada elemento y también ambientales (temperatura). Por tanto debe valorarse la inclusión del inversor dado que se estima que de media solo entrega el 90% de la energía que recibe.También de ese orden son las pérdidas en el regulador de carga y también en las baterías (siempre contando como cifras orientativas, ya que existen elementos de muy diversas características).

La energía generada por las placas y convertida en el regulador de carga puede ser directamente consumida sin pasar por las baterías, o puede consumirse una parte y otra parte dedicarse a la carga. Por ejemplo:

Supongamos que en un momento dado las placas están generando una potencia de 100W. Si hay un elemento de consumo con una potencia de 40W esta potencia irá directamente desde el regulador de carga al punto de consumo. Esa electricidad pasará por la batería, pero al no ser almacenada la batería actuará solamente como si fuera un cable mas de la instalación y por tanto no consumirá el 10% de ella. Sin embargo, como al producirse 100W y consumirse 40W sobran 60W. Esos 60W si irán a ser almacenados a la batería, con lo que el 10% de ellos se perderán en el consumo de ésta.

Por tanto la energía que se consume durante las horas de producción se aprovecha mejor ya que la batería no consume nada de ella. Por eso lo ideal es realizar los consumos durante las horas centrales del día. También con la ventaja de que lo consumido ya no tendrá que ser almacenado, con lo que esta optimización nos permitirá tener una batería mas pequeña y por tanto mas barata.

Los elementos de la instalación, como todo elemento electrónico, pierde eficacia con la temperatura y al mismo tiempo su régimen de trabajo les produce un aumento de la temperatura proporcional al esfuerzo que realizan. Por ejemplo un inversor que tenga la capacidad de convertir a 220V hasta 1000W puede consumir hasta un 15% mas que la potencia entregada si el uso es intensivo. En una hora habrá consumido 1150 Wh. Pero si en lugar de este régimen de uso le pedimos 500W durante 2 horas (que son 1000Wh de entrega,igual que en el caso anterior) su eficiencia será mucho mejor y probablemente consuma en torno al 7% a mayores que la energía entregada y por tanto la energía consumida para alimentar los mismos consumos será de 1070 Wh. Por eso hay que evitar concentrar los consumos todos al mismo tiempo, ganaremos en eficiencia y por tanto tendremos mas energía disponible.

Gracias por la aportación Sr. Martínez, he repasado algo el formato, alguna pequeña errata y pequeños cambios en el texto.

Pronto comenzaremos a enlazar unos artículos con otros para que el usuario que consulte la guía pueda ampliar información de aquellas materias en las que desee profundizar: paneles, baterías, protecciones, etc.

Gracias, era un poco la intención. Ya he podido mandar a algun forero junior a consultar artículos wiki. Es una herramienta que tal vez necesite un poco mas de difusión, pero no cabe duda que si la vamos linkeando a aquellos que reclamen ciertas informaciones será mas visitada cada vez. Ya voy pensando en "Placas fotovoltaicas nivel básico".

Un saludo.

Noto a faltar elementos de protección en todas las líneas de cableado de la instalación, tanto en la zona de corriente continua como en la de alterna, y son imprescindibles.
Ahora preparo un par de esquemas y los subo.

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Proceso de cálculo, esquema simplificado tipo A y tipo B.