Elementos de un sistema fotovoltaico
La generación solar y la carga de un sistema varían de día en día, debido en el primer caso a cambios climáticos, a la estación del año, hora del día, etc. y, en el segundo caso, por la variación del consumo, cargas puntas irregulares, etc.
Producción y consumo, tienen bastante aleatoriedad y de ahí la conveniencia de recurrir a su análisis, modelado y simulación para poder predeterminar el comportamiento del sistema con la mayor exactitud posible.
En un sistema fotovoltaico, es necesario añadir una etapa de acondicionamiento y almacenamiento antes de poder ser usado, con el fin de ajustar la tensión de salida y la potencia a los valores adecuados a cada caso.
En aquellos sistemas autónomos en los que se necesite corriente alterna, será necesario introducir un inversor que convierta la corriente continua a corriente alterna con un voltaje, forma de onda y frecuencia determinada.
El sistema de almacenamiento (acumulador o batería) tiene la misión de proporcionar potencia a las cargas continuamente y se carga por la energía producida por el generador fotovoltaico en los períodos en los que hay radiación. Cuando está totalmente cargado se debe interrumpir este proceso. Tanto el panel solar como la batería constituyen dos elementos fundamentales en un sistema solar fotovoltaico, por eso, el correcto dimensionado de ambos permitirá lograr la fiabilidad deseada.
Las variaciones del estado de carga de la batería se deben controlar evitando que alcancen estados no deseados (sobrecarga y descarga), ya que pueden provocar un deterioro de la batería en la mayoría de las veces irreversible. Para ello se deben introducir dispositivos electrónicos como un regulador de carga, un convertidor DC-AC para aquellas aplicaciones que necesiten corriente alterna o un seguidor del punto de máxima potencia que obligue al panel solar a trabajar siempre en dicho punto de potencia máxima.
Subsistema de captación energética
La conversión de la energía solar en energía eléctrica de forma directa se produce como consecuencia del denominado efecto fotoeléctrico o fotovoltaico (fotovoltaico significa convertir luz en voltios).
Si se ilumina una célula solar que se encuentra conectada a una carga externa, se producirá una diferencia de potencial en dicha carga y una circulación de corriente que sale al circuito exterior por el positivo y entra por el negativo a la célula de nuevo. En estas condiciones de funcionamiento, la célula solar se comporta como un generador de energía.
Subsistema de acumulación
En los sistemas fotovoltaicos la batería se denomina acumulador. El acumulador se diferencia de una batería normal en que es recargable. El uso de la batería en un sistema solar fotovoltaico conlleva una serie de ventajas como:
- Capacidad para proveer energía en los períodos en que no hay luz solar.
- Voltaje estable para el sistema.
- Capacidad para almacenar la energía producida en los paneles solares y que excede la demanda instantánea, reduciendo así las pérdidas energéticas.
- Satisfacer los picos instantáneos de la potencia demandada por la carga.
También conlleva una serie de desventajas:
- Aumenta considerablemente el coste de la instalación y la actividad de mantenimiento del sistema.
- Añade complejidad.
- Reduce la fiabilidad del sistema.
En las instalaciones fotovoltaicas lo habitual es utilizar un conjunto de baterías para almacenar la energía eléctrica generada durante las horas de radiación, para su utilización posterior en los momentos de baja o nula insolación. Es importante señalar que la fiabilidad de la instalación global de electrificación y depende en gran medida de la del sistema de acumulación, siendo por ello un elemento al que hay que dar la gran importancia que le corresponde.
Subsistema de regulación
Para un funcionamiento satisfactorio de la instalación, en la unión de los paneles solares con la batería ha de instalarse un sistema de regulación de carga. El regulador tiene como misión fundamental impedir que la batería continúe recibiendo energía del colector solar una vez que ha alcanzado su carga máxima. Si una vez alcanzada esta, se intenta seguir introduciendo energía, se inician en la batería procesos de gasificación o de calentamiento que pueden llegar a ser peligrosos y, en cualquier caso, acortan la vida de la batería.
Otra función del regulador es la prevención de la sobrecarga, con el fin de evitar que se agote en exceso la carga de la batería, siendo este un fenómeno, que puede provocar una sensible disminución en la capacidad de carga de la misma.
Subsistema de adaptación de corriente
Nos referimos a los convertidores e inversores, elementos cuya finalidad es adaptar las características de la corriente generada a la demandada total o parcialmente por las aplicaciones.
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