La electricidad es una de las formas de energía más versátiles y que mejor se adaptan a cada necesidad. Su utilización está tan extendida que difícilmente podría concebirse una sociedad tecnológicamente avanzada que no hiciese uso de ella.
Hoy día existen miles de aparatos que, bien en forma de corriente continua o de corrien- te alterna, utilizan la electricidad como fuente de energía, y su uso ha provocado un gran aumento de la demanda de consumo eléctrico.
Este hecho ha propiciado la búsqueda de nuevas fuentes de energía y nuevos sistemas de producción eléctrica, basados, fundamentalmente, en el uso de energías renovables.
Los sistemas tradicionales de producción de electricidad tienen una problemática aso- ciada que hace necesario intentar desarrollar otro tipo de fuentes energéticas:
• Centrales hidráulicas: el efecto invernadero y el cambio climático hacen que cada vez las sequías sean más prolongadas y, por tanto, no se pueda asegurar la produc- ción estable de electricidad a través de estas centrales.
• Centrales térmicas: tienen el problema de que los combustibles fósiles son un recurso limitado en el tiempo. Además provocan una gran emisión de gases contaminantes perjudiciales para el efecto invernadero.
• Centrales nucleares: tienen el problema de la eliminación de los residuos generados, además del potencial riesgo de un accidente nuclear.

Como ya hemos comentado, la tendencia actual es la utilización de energías renova- bles. Es aquí donde cobra importancia la energía solar. Varias son las formas de apro-  vechar el sol para la producción de electricidad; se distingue entre:

• Métodos indirectos: el sol se aprovecha para calentar un fluido (que puede ser agua,

Ciclo termodinámico: proceso me­ diante el cual se transforma la energía térmica en otro tipo de energía, como puede ser la elec- tricidad (el caso de las turbinas de las centrales eléctricas térmi- cas), movimiento (los motores de los coches, por ejemplo), etc.

sodio, sales fundidas…) y convertirlo en vapor, con el fin de producir electricidad mediante el movimiento de un alternador. La producción de la electricidad se realiza mediante un ciclo termodinámico convencional, como se haría en una central térmica de combustible fósil. (Ver Fig. 1.2).

• Métodos directos: en ellos la luz del sol es convertida directamente a electricidad mediante el uso de las células solares. Se distingue entre sistemas conectados a red y sistemas aislados (Fig. 1.3).

En este libro, nos dedicaremos exclusivamente al estudio de la energía solar fotovoltaica.

1.  Clasificación de las instalaciones solares fotovoltaicas

La clasificación de las instalaciones solares fotovoltaicas (ISF) la podemos realizar en función de la aplicación a la que están destinadas. Así, distinguiremos entre aplicacio- nes autónomas y aplicaciones conectadas a la red.

1.1   Aplicaciones autónomas

Producen electricidad sin ningún tipo de conexión con la red eléctrica, a fin de dotar de este tipo de energía al lugar donde se encuentran ubicadas. Pueden distinguirse dos bloques:

• Aplicaciones espaciales: sirven para proporcionar energía eléctrica a elementos colo- cados por el ser humano en el espacio, tales como satélites de comunicaciones, la Estación Espacial Internacional (ver cuadro al margen y Fig. 1.4), etc. La investiga- ción en esta área propició el desarrollo de los equipos fotovoltaicos tal y como los conocemos en la actualidad.
  • Aplicaciones terrestres, entre las que cabe destacar las profesionales:
    • Telecomunicaciones: telefonía rural, vía radio; repetidores (de telefonía, televisión, etcétera).
    • Electrificación de zonas rurales y aisladas: estas instalaciones, que se pueden rea- lizar en cualquier lugar, están pensadas para países y regiones en desarrollo y todas aquellas zonas en que no existe acceso a la red eléctrica comercial (en Eu- ropa hay cerca de un millón de personas sin acceso a esta red): viviendas aisla- das, de ocupación permanente o periódica, refugios de montaña, etc. En ciertos países, como Cuba o Brasil, se emplean en locales comunitarios (consultorios mé- dicos, escuelas) o para abastecer de electricidad a un determinado grupo de per- sonas (un pueblo, una aldea, etc.).
    • Señalización: se aplica, por ejemplo, a señales de tráfico luminosas, formadas por diodos LED, alimentados por un panel solar y una batería.
    • Alumbrado público: se utiliza en zonas en las que resulta complicado llevar una línea eléctrica convencional.

• Bombeo de agua: estas instalaciones están pensadas para lugares tales como granjas, ranchos, etc. Se pueden realizar en cualquier lugar. Su uso puede ser tanto para agua potable como para riego.
• Redes VSAT: redes privadas de comunicación (para una empresa, un organismo oficial, etc.) que actúan a través de satélite. La energía solar se utiliza para alimen- tar las estaciones de la red.
• Telemetría: permite realizar medidas sobre variables físicas y transmitir la informa- ción a una central (p. ej.: control de la pluviometría de la cuenca de un río).
  • Otras aplicaciones: juguetes, alumbrado en jardines, divertimentos.

2.2. Aplicaciones conectadas a la red

En ellas, el productor no utiliza la energía directamente, sino que es vendida al organis- mo encargado de la gestión de la energía en el país. Tienen la ventaja de que la pro- ducción de electricidad se realiza precisamente en el periodo de tiempo en el que la curva de demanda de electricidad aumenta, es decir, durante el día, siendo muy impor- tantes los kilovatios generados de esta forma. Cabe distinguir:

• Centrales fotovoltaicas y huertos solares: recintos en los que se concentra un número determinado de instalaciones fotovoltaicas de diferentes propietarios con el fin de vender la electricidad producida a la compañía eléctrica con la cual se haya estable- cido el contrato (Fig. 1.6). La energía vendida puede estar a nombre de una persona, una sociedad, etc. (la potencia instalada depende de las dimensiones del generador fotovoltaico). Cada instalación tiene su propietario y todas ellas se ubican en el mis- mo lugar. Esto posibilita mejoras en el mantenimiento de la instalación, vigilancia, pólizas de seguros, etc.
  • Edificios fotovoltaicos: es una de las últimas aplicaciones desarrolladas para el uso de la energía fotovoltaica. La rápida evolución en los productos de este tipo ha permitido el uso de los módulos como material constructivo en cerramientos, cubier- tas y fachadas de gran valor visual. Además, la energía fotovoltaica es el sistema de energías renovables más adecuado para la generación de electricidad en zonas urbanas sin provocar efectos ambientales adversos. La integración arquitectónica consiste en combinar la doble función, como elemento constructivo y como produc- tor de electricidad, de los módulos fotovoltaicos (Fig. 1.7).

La mayoría de estos sistemas han sido integrados en tejados, porque es allí donde al- canzan la máxima captación de energía solar, pero últimamente se esta comenzado a integrarlos en muros y fachadas, en las que, por ejemplo el vidrio es reemplazado por módulos de láminas delgadas semitransparentes. En el ejemplo de la Fig. 1.7 se mues- tra la integración de los paneles solares en la fachada del edificio. A la hora de realizar este tipo de instalaciones se tienen en cuenta consideraciones estéticas (en la elección del tipo de panel), además de las relacionadas con el rendimiento energético.

Fig. 1.6. Huerto solar.

Fig. 1.7. Ejemplo de edificio fotovoltaico. La fachada está formada

                                                                                                                                      por paneles solares.

1. Localiza en Internet alguna empresa que se dedique a la realización de instala- ciones solares conectadas a red y estudia las características de alguna instala- ción realizada por ellos.
2. ¿Cómo se clasifican las instalaciones fotovoltaicas?
3. ¿Qué aplicaciones puede tener la energía solar en instalaciones autónomas?
4. Cita algún ejemplo de método indirecto de producir electricidad con energía solar.
5. ¿Para qué sirve una central solar fotovoltaica autónoma? ¿Es igual que un huerto solar? ¿Por qué?

3.         La célula solar: características básicas

El elemento principal de cualquier instalación de energía solar es el generador, que recibe el nombre de célula solar. Se caracteriza por convertir directamente en electrici­ dad los fotones provenientes de la luz del sol. Su funcionamiento se basa en el efecto fotovoltaico.

Una célula solar se comporta como un diodo: la parte expuesta a la radiación solar es la N, y la parte situada en la zona de oscuridad, la P. Los terminales de conexión de la célula se hallan sobre cada una de estas partes del diodo: la cara correspondiente a la zona P se encuentra metalizada por completo (no tiene que recibir luz), mientras que en la zona N el metalizado tiene forma de peine, a fin de que la radiación solar llegue al semiconductor (Fig.1.9).

3.1.   Parámetros fundamentales de la célula solar                                               a)

• Corriente de iluminación (IL): la corriente generada cuando incide la radiación solar sobre la célula.
  • Corriente de oscuridad: es debida a la recombinación de los pares electrón­hueco que se produce en el interior del semiconductor.
  • Tensión de circuito abierto (VOC): la máxima tensión que se obtiene en los extremos de     b) la célula solar, que se da cuando no está conectada a ninguna carga. Es una carac­ terística del material con el que está construida la célula.
  • Corriente de cortocircuito (ISC): máximo valor de corriente que puede circular por la célula solar. Se da cuando sus terminales están cortocircuitados.

VOC

Terminales en cortocircuito

Cuando la célula solar es conectada a una carga, los valores de tensión e intensidad varían. Existirán dos de ellos para los cuales la potencia entregada sea máxima: Vm (tensión máxima) e Im (intensidad máxima), que siempre serán menores que VOC e ISC. En función de estos valores, la potencia máxima que puede entregar la célula solar será:

Fig. 1.10. Lugar en que se mide la tensión en circuito abierto (a) y la corriente de cortocircuito (b). El símbolo en forma de «sobre» representa una célula solar.

Esto nos permite definir un parámetro de la célula solar que recibe el nombre de factor de forma (FF) y que se calcula mediante la fórmula:

Así pues, el factor de forma es el cociente entre la máxima potencia que puede entregar la célula a la carga y el producto de la tensión de circuito abierto y la corriente de corto­ circuito. En las células solares más habituales, los valores típicos de FF son 0,7 o 0,8.

En una célula solar la produc­ ción de corriente depende de la irradiancia (nivel de ilumina­ ción), de tal forma que a medi­ da que aumenta la irradiancia, aumenta la intensidad a través de la célula.

5.1.   Potencia de la célula solar

La potencia que proporciona una célula de tamaño estándar (digamos de 10 3 10 cm) es muy pequeña (en torno a 1 o 2 W), por lo que generalmente será necesario tener que asociar varias de ellas con el fin de proporcionar la potencia necesaria al sistema fotovoltaico de la instalación. Es de este hecho de donde surge el concepto de panel solar o módulo fotovoltaico, cuyos elementos y características acabamos de ver.

Según la conexión eléctrica que hagamos de las células, nos podemos encontrar con diferentes posibilidades:

• La conexión en serie de las células permitirá aumentar la tensión final en los extremos de la célula equivalente.

Los elementos conectados en serie tienen todos la misma corriente, mientras que los ele- mentos asociados en paralelo tienen todos la misma tensión.
La conexión en paralelo permitirá aumentar la intensidad total del conjunto.

5.1.   Principales parámetros. Curvas características

A la hora de trabajar con los paneles solares nos interesa saber qué datos nos propor- ciona el fabricante, con el fin de utilizarlos correctamente. En los catálogos aparecen todos aquellos parámetros que nos son de utilidad a la hora de realizar el diseño de la instalación.

Entre toda la información que proporciona el fabricante, vamos a ir viendo cuál puede ser de mayor relevancia, desde el punto de vista práctico, a la hora de elegir un panel solar.

No obstante, hay que tener cuidado, ya que los valores proporcionados por el fabrican- te son obtenidos siempre en unas determinadas condiciones de irradiación solar y temperatura ambiente. En la práctica siempre existirá una pequeña desviación sobre los valores teóricos cuando el panel esté colocado en la instalación.

3 Agrupamiento y conexión de paneles

Dependiendo de la instalación que estemos desarrollando, y de la aplicación para la que se ha diseñado, existe la posibilidad de utilizar un solo panel o un conjunto de paneles que se montarán agrupados sobre un determinado soporte y conectados entre sí eléctricamente.

En aplicaciones de poca potencia, es posible hasta la utilización de paneles solares flexibles, que permitirán aplicaciones como alimentar un equipo de comunicaciones, recargar la batería de un teléfono, etc.

Cuando necesitamos una potencia elevada que no se puede obtener con un único mó­dulo fotovoltaico, se recurre a la conexión en grupo de varios paneles solares.

6. Elementos de una ISF Módulo fotovoltaico. Regulador de carga. Batería. Inversor.     El regulador

Para un correcto funcionamiento de la instalación, hay que instalar un sistema de regu- lación de carga en la unión entre los paneles solares y las baterías. Este elemento recibe el nombre de regulador y tiene como misión evitar situaciones de carga y sobredescar- ga de la batería, con el fin de alargar su vida útil.

El regulador trabaja por tanto en las dos zonas. En la parte relacionada con la carga, su misión es la de garantizar una carga suficiente al acumulador y evitar las situaciones de sobrecarga, y en la parte de descarga se ocupará de asegurar el suministro eléctrico diario suficiente y evitar la descarga excesiva de la batería (Fig. 1.18).

Fig. 1.18. Conexiones del regulador en una instalación fotovoltaica.

Dado que los módulos solares tienen una tensión nominal mayor que la de la batería, si no existiera regulador se podrían producir sobrecargas.

El motivo de que esta tensión nominal de los paneles sea así se debe fundamentalmente a dos razones:

• Atenuar posibles disminuciones de tensión por el aumento de la temperatura.
  • Asegurar la carga correcta de la batería. Para ello la tensión VOC del panel deberá

ser mayor que la tensión nominal de la batería.

El dimensionado de la instalación solar se realiza de manera que se asegure el suminis- tro de energía en las peores condiciones de luminosidad del sol. Por ello se toman como referencia los valores de irradiación en invierno. Esto puede provocar que en verano la energía aportada por los módulos solares sea en ocasiones casi el doble de los cálculos estimados, por lo que, si no se conecta el regulador entre los paneles y las baterías, el exceso de corriente podría llegar incluso a hacer hervir el electrolito de los acumulado- res, con el riesgo que ello conlleva.

En la Tabla 1.2 se recogen posibles clasificaciones de los tipos de reguladores.

Los fabricantes nos proporcionarán los valores de trabajo del regulador sobre una hoja de características. En estas hojas aparecerán:

• Características físicas del regulador: peso, dimensiones, material empleado en su construcción, etc.
  • Características eléctricas.
  • Normas de seguridad que cumple.

También hay que considerar otro tipo de aspectos, como pueden ser medidas de segu- ridad, etc. El regulador debe proteger tanto la instalación como a las personas que lo manejen, por lo que deberá llevar sistemas que proporcionen las medidas de seguridad adecuadas para cada uno de los casos. Los fabricantes nos proporcionan también este tipo de información.

6.     Acumuladores. Tipos de baterías

La llegada de la energía solar a los módulos fotovoltaicos no se produce de manera uniforme, sino que presenta variaciones por diferentes motivos. Algunas de estas varia- ciones son predecibles, como la duración de la noche o las estaciones del año, pero existen otras muchas causas que pueden producir alteraciones de manera aleatoria en la energía recibida, como puede ocurrir con un aumento de la nubosidad en un deter- minado instante.

Este hecho hace necesario utilizar algún sistema de almacenamiento de energía para aquellos momentos en que la radiación recibida sobre el generador fotovoltaico no sea capaz de hacer que la instalación funcione en los valores diseñados. Para ello se utili- zarán las baterías o acumuladores.

→

→

Las baterías son dispositivos capaces de transformar la energía química en eléctrica. El funcionamiento en una instalación fotovoltaica será el siguiente:

Elementos de una ISF

Módulo fotovoltaico.

Regulador de carga.

Batería.

Inversor.

Cuando se dimensiona una ins­ talación, los paneles solares de­ ben tener siempre una tensión de trabajo superior a la fijada por

Energía eléctrica (generación)

Energía química (almacenamiento)

Energía eléctrica (consumo)

las baterías, para que el proceso

de carga de las mismas y el fun- cionamiento del regulador sean correctos.

Las baterías son recargadas desde la electricidad producida por los paneles solares, a                                                                                                                                               

Actividades 10. Elige la capacidad del acumulador que necesita- ríamos en una instalación fotovoltaica cuyo consu- mo es de 400 W durante 30 horas seguidas. La tensión de trabajo del sis- tema es de 24 voltios.

través de un regulador de carga, y pueden entregar su energía a la salida de la insta- lación, donde será consumida.

Tres son las misiones que tienen las baterías en las instalaciones fotovoltaicas:

• Almacenar energía durante un determinado número de días.
  • Proporcionar una potencia instantánea elevada.
  • Fijar la tensión de trabajo de la instalación.

Uno de los parámetros más importantes que tener en cuenta a la hora de elegir un acu- mulador es la capacidad. Se define como la cantidad de electricidad que puede lograr- se en una descarga completa del acumulador partiendo de un estado de carga total del mismo. Se mide en amperios hora (Ah), y se calcula como el producto de la intensidad de descarga del acumulador durante el tiempo en el que está actuando: C = t I.

Además de la capacidad, debemos considerar otros parámetros en los acumuladores que vamos a utilizar en las instalaciones fotovoltaicas:

• Eficiencia de carga: relación entre la energía empleada para recargar la batería y la energía realmente almacenada. Interesa que sea un valor lo más alto posible (próximo al 100 %, lo que indicaría que toda la energía utilizada para la recarga es factible de ser empleada en la salida de la instalación). Si la eficiencia es baja, será necesario aumentar el número de paneles solares para obtener los resultados deseados.

• Autodescarga: proceso mediante el cual el acumulador, sin estar en uso, tiende a descargarse.
  • Profundidad de descarga: cantidad de energía, en tanto por ciento, que se obtiene de la batería durante una determinada descarga, partiendo del acumulador totalmen- te cargado. Está relacionada con la duración o vida útil del acumulador. Si los ciclos de descargas son cortos (en torno al 20 %, por ejemplo), la duración del acumulador será mayor que si se le somete a descargas profundas (por ejemplo, del 80 %).

6.1.   Tipos de baterías

Las baterías se clasifican en función de la tecnología de fabricación y de los electrolitos utilizados. En la Tabla 1.3 podemos comparar los principales tipos de baterías que hay en el mercado, a través de sus características básicas.

Las baterías más utilizadas en las instalaciones solares son las de plomo­ácido, por las características que presentan. Dentro de este tipo de baterías nos podemos encontrar diferentes modelos. Vamos a compararlos y analizar cuál es el más adecuado.

La siguiente tabla nos muestra diferentes modelos de baterías de plomo­ácido que se utilizan en la práctica (dependiendo de la aplicación de la instalación), con las ventajas e inconvenientes que pueden presentar.

En aquellas instalaciones en las que vamos a tener descargas profundas, elegiremos baterías tubulares estacionarias, así como en las instalaciones en las que necesite- mos una capacidad elevada. Es el caso que se da en las instalaciones autónomas de viviendas.

Si la instalación solar es de pequeña dimensión, o de muy difícil mantenimiento, debe- remos elegir baterías de gel, vigilando que no se produzcan ciclos de descargas pro- fundos. Un ejemplo puede ser una instalación solar que alimenta un pequeño repetidor en lo alto de un monte.

Actividades 11. Consultando un catálogo de baterías tubulares es- tacionarias, configura un acumulador para una ten- sión de trabajo de 12 vol- tios, y que tenga una ca- pacidad de 200 Ah.

A la hora de elegir los acumuladores, es importante tener en cuenta el efecto de la tem- peratura sobre los mismos. La capacidad aumenta a medida que sube la temperatura, y al revés, disminuye cuando baja la temperatura del lugar donde se encuentra ubica- do. Si prevemos la posibilidad de que existan temperaturas por debajo de 0 ºC en el lugar de la instalación, deberemos elegir un acumulador de capacidad mayor que la calculada en el dimensionado de la instalación, con el fin de que no haya problemas en su funcionamiento.

La construcción del acumulador se realiza conectando vasos individuales hasta obtener las condiciones de tensión y capacidad requeridas en la instalación que estamos reali- zando, en el caso de la utilización de baterías tubulares estacionarias. En las baterías monoblock, deberemos elegir aquella que sea acorde con la tensión de trabajo de la instalación y la potencia que se va a consumir en la misma.

6.        Elementos de una ISF Módulo fotovoltaico. Regulador de carga. Batería. Inversor.     El inversor

El inversor se encarga de convertir la corriente continua de la instalación en corriente alterna, igual a la utilizada en la red eléctrica: 220 V de valor eficaz y una frecuencia de 50 Hz.

Es un elemento imprescindible en las instalaciones conectadas a red, y estará presente en la mayoría de instalaciones autónomas, sobre todo en aquellas destinadas a la elec­ trificación de viviendas.

Un esquema de este tipo de instalaciones es el representado en la Fig. 1.21.

Como vemos, la principal diferencia entre las dos instalaciones es que en las autónomas se cuenta con los acumuladores para almacenar la energía y los reguladores de carga de los mismos, mientras que en las instalaciones conectadas a la red, la energía no se alma­ cena, sino que se pone a disposición de los usuarios a través de la red eléctrica según se produce. En este tipo de instalaciones existirán equipos de medida, tanto de la energía que se vende a la red eléctrica como del propio consumo de la instalación productora.

Las características deseables para un inversor DC­AC las podemos resumir de la siguien­ te manera:
• Alta eficiencia: debe funcionar bien para un amplio rango de potencias.
• Bajo consumo en vacío, es decir, cuando no hay cargas conectadas.
• Alta fiabilidad: resistencia a los picos de arranque.
• Protección contra cortocircuitos.
• Seguridad.
• Buena regulación de la tensión y frecuencia de salida, que como ya hemos comenta­ do debe ser compatible con la red eléctrica.
Algunos inversores funcionan también como reguladores de carga de las baterías. En este caso no sería necesario incluir el regulador en la instalación. Un ejemplo de una conexión de este tipo lo vemos en la Fig. 1.23.

Podemos observar el cableado, y los colores estándares utilizados en las conexiones. Así, en la parte de continua, para el polo positivo utilizaremos cable de color rojo, y para el negativo, cable de color negro. En la parte de alterna, tendremos tres conduc­ tores:

• El de color amarillo­verde para la conexión a tierra.
  • El de color azul para el neutro de la instalación.
  • El de color marrón para la fase.

En el Caso Práctico 9, sobre la tabla de datos de un modelo comercial, vamos a anali­ zar qué parámetros debemos tener en cuenta a la hora de seleccionar un inversor para nuestra instalación.

Como hemos visto en el ejemplo, el fabricante nos da la descripción del tipo de onda que genera el equipo. Lo normal es utilizar inversores que den a la salida una onda senoidal, como en este caso, aunque los hay también de onda cuadrada. Estos últimos no pueden ser utilizados en las instalaciones conectadas a red.

El fabricante del inversor nos da también información sobre la posible variación que puede tener la frecuencia de salida (en el caso del ejemplo, nos indica que es de

± 0,01 % sobre el valor nominal).

En los inversores de instalaciones autónomas este factor puede no ser demasiado impor­ tante, pero en los inversores de instalaciones conectadas a la red es un parámetro que debe tenerse muy en cuenta; existe una normativa al respecto que fija cuál es el valor máximo permitido de esta posible variación, en especial los valores indicados en el pliego de condiciones técnicas para instalaciones conectadas a red, del IDAE.

Importante; La variación de frecuencia en el inversor de la instalación puede producir armónicos (ondas cuya frecuencia es múltiplo de 50 Hz). Estos armónicos, dependiendo del valor que tengan, pueden afectar gravemente a la señal, distorsio­ nándola y cambiando sus valores. Por eso los márgenes de variación en este tipo de equipos tienen que ser muy pequeños.

Actividades Define los siguientes tér- minos:Potencia nominal de un inversor.Rendimiento del inver- sor.Busca diferencias que pue- de haber entre un inversor para una instalación autó- noma y para una instala- ción conectada a red.

8.1. Inversores en instalaciones conectadas a red

Como comentábamos antes, este equipo electrónico es el elemento central de una insta- lación fotovoltaica conectada a la red eléctrica. Además de realizar la conversión de continua a alterna, el inversor debe sincronizar la onda eléctrica generada con la de la corriente eléctrica de la red, para que su compatibilidad sea total. El inversor dispone de funciones de protección, para garantizar tanto la calidad de la electricidad vertida a la red como la seguridad de la propia instalación y de las personas.

Los parámetros que determinan las características y prestaciones de un inversor son los siguientes:

• Potencia: determinará la potencia máxima que podrá suministrar a la red eléctrica en condiciones óptimas. La gama de potencias en el mercado es enorme; sin embargo, para los sistemas domésticos existen desde 50 W (miniinversor situado en cada pla- ca) o 400 W (para pequeños campos fotovoltaicos) hasta potencias de varios kilova- tios. Muchos modelos están pensados para poderlos conectar en paralelo, a fin de permitir el crecimiento de la potencia total de la instalación.
  • Fases: normalmente, los inversores cuya potencia es inferior a 5 kW son monofásicos. Los mayores de 15 kW suelen ser trifásicos. Muchos modelos monofásicos pueden acoplarse entre sí para generar corriente trifásica.Rendimiento energético: debería ser alto en toda la gama de potencias a las que se trabajará. Los modelos actualmente en el mercado tienen un rendimiento medio situa- do en torno al 90 %. El rendimiento del inversor es mayor cuanto más próximos esta- mos a su potencia nominal y, con el fin de optimizar el balance energético, es primor- dial hacer coincidir la potencia pico del campo fotovoltaico y la potencia nominal del inversor. Si queremos tener un funcionamiento óptimo de la instalación, la potencia de pico del campo fotovoltaico nunca debe ser menor que la potencia nominal del inversor.
  • Protecciones: el inversor debería incorporar algunas protecciones generales, que, como mínimo, serían las siguientes:
• Interruptor automático: dispositivo de corte automático, sobre el cual actuarán los relés de mínima y máxima tensión que controlarán la fase de la red de distribución sobre la que está conectado el inversor. El rearme del sistema de conmutación y, por tanto, de la conexión con la red de baja tensión de la instalación fotovoltaica, será también automático una vez restablecido el servicio normal en la red.
• Funcionamiento «en isla»: el inversor debe contar con un dispositivo para evitar la posibilidad de funcionamiento cuando ha fallado el suministro eléctrico o su ten- sión ha descendido por debajo de un determinado umbral.
• Limitador de la tensión máxima y mínima.
• Limitador de la frecuencia máxima y mínima. El margen indicado sería del 2 %.
• Protección contra contactos directos.
• Protección contra sobrecarga.
• Protección contra cortocircuito.
• Bajos niveles de emisión e inmunidad de armónicos.

Es deseable que el estado de funcionamiento del inversor quede reflejado en indicado- res luminosos o en una pantalla (funcionamiento anómalo o averías, detención de pro- ducción por avería en la red, etc.). También sería conveniente que el inversor ofreciera la posibilidad de ser monitorizado desde un ordenador. Si en la instalación se incluyen determinados sensores, puede aportar datos de radiación, generación solar, energía transformada a corriente alterna, eficiencia, etc.

Comprueba tu aprendizaje

Clasificar las instalaciones fotovoltaicas

1. El aumento de instalaciones fotovoltaicas en los últi­ mos años ha sido muy considerable. Con lo visto a lo largo de la unidad, justifica el porqué de este creci­ miento en este tipo de instalaciones.
2. A partir de la clasificación vista en el Apartado 2 de la unidad, sobre las instalaciones solares, busca dos ejemplos reales de cada uno de los tipos de aplicacio­ nes comentados.
3. Explica qué es un edificio fotovoltaico, y sus principa­ les características.
4. Realiza un esquema de los elementos que componen una instalación solar fotovoltaica autónoma, y descri­ be brevemente cuál es la misión de cada uno de ellos.

Identificar los parámetros de los paneles solares

• ¿Qué es el efecto fotovoltaico?
• ¿Qué materiales se utilizan en la construcción de las células solares? ¿Qué características tienen, desde el punto de vista eléctrico?
• Se desea construir un panel solar para una instalación de 12 V de tensión nominal, y una potencia de 180 W a partir de células solares, cuyas característi­ cas son las siguientes:

VOC = 0,6 V ISC = 3 A

Dimensiones: 12 312 cm Se pide:

1. Calcular el número de células necesarias para componer el panel solar.
   1. Explicar cómo han de ser conectadas.
   1. ¿Qué dimensiones tendría el panel?
2. La tensión en circuito abierto de un panel solar, facili­ tada por el fabricante, es de 19 V.

Esta medida se ha realizado en condiciones estánda­ res de funcionamiento (con una temperatura ambiente de 25 ºC).

Según los datos facilitados por el fabricante del panel, en su hoja de características, Voc tiene un coeficiente de temperatura de –126 mV/ºC. ¿Cuál será la ten­

sión en circuito abierto del panel si se va a utilizar en una instalación en la que la temperatura de trabajo es de 40 ºC? Justifica la respuesta.

• Para aumentar la capacidad de un generador fotovol­ taico se procede a realizar asociaciones de paneles solares con el fin de obtener los valores requeridos en la instalación. Explica cómo han de conectarse en los siguientes casos:
  • Si se desea aumentar la tensión de salida del ge­ nerador fotovoltaico.
  • Si se desea aumentar la potencia de salida del generador.

Describir el funcionamiento de las baterías

1. La hoja de características de un electrodoméstico de corriente continua nos proporciona los siguientes datos:

Tensión nominal: 12 V Consumo: 480 W

El aparato va a ser conectado a una batería cuya capa­ cidad es de 400 Ah. ¿Cuántas horas podrá estar co­ nectado antes de que la batería pierda toda su carga?

1. Elige una configuración para una batería de un siste­ ma solar, cuya capacidad debe ser de 362 Ah, con una tensión de trabajo de 12 voltios, a partir de los modelos dados a continuación.

Fig. 1.24. Baterías de GEL. Vasos de 2 V.

Describir el funcionamiento del regulador

1. Explica cuál es la misión del regulador en una instala­ ción fotovoltaica autónoma.

Describir el funcionamiento del inversor

1. Enumera las principales características de los inverso­ res, tanto en las instalaciones autónomas como en las instalaciones conectadas a red. De todas ellas, ¿cuá­ les serían las más importantes a considerar en los in­ versores de las instalaciones conectadas a red?