Componentes de una Instalación Fotovoltaica

A continuación se describen las principales características y prescripciones de los módulos fotovoltaicos y sus soportes, de los inversores y de las protecciones de las instalaciones.

1. PANELES FOTOVOLTAICOS

Los módulos fotovoltaicos son los encargados de transformar la radiación solar incidente en energía eléctrica mediante el efecto fotovoltaico. Están constituidos por un determinado número de células fotovoltaicas conectadas en serie o paralelo entre sí y con un terminal de entrada y otro de salida. Las tensiones nominales más usuales de los módulos son 12 V y 24 V en corriente continua.

1.1. CLASIFICACIÓN Y TIPOS DE MÓDULOS

Las células fotovoltaicas son materiales semiconductores en los cuales al incidir los fotones desprenden los electrones que conforman la corriente eléctrica. El material más común para la fabricación de células fotovoltaicas es el silicio (más del 95% del total). Otros materiales utilizados son el teluro de cadmio y el arseniuro de galio.

Como se ha comentado, el material más utilizado para los paneles fotovoltaicos es el silicio. En función del grado de cristalización asociado al proceso de fabricación y depuración del mismo se identifican tres tipos de módulos:

  • Paneles de silicio monocristalino: este silicio presenta una red atómica perfectamente ordenada. Es el que desarrolla un mejor rendimiento, hasta un 18% en la práctica.
  • Paneles de silicio policristalino: en este caso, la dirección de alineación de las estructuras de silicio varían. El rendimiento alcanzado máximo de estas placas es de un 14%. Tienen un proceso de fabricación menos costoso que las células monocristalinas.
  • Paneles de silicio amorfo: en estas células no existe estructura cristalina organizada. Son los paneles más baratos debido a que necesitan un proceso de fabricación menos complicado que los anteriores pero, en contraprestación, sus rendimientos reales apenas alcanzan el 10%. Se clasifican dentro del grupo de paneles de capa delgada.

celdas-monocristalinas

celdas-polycristalinas

celdas-tipo-amorfo

A continuación se muestra un diagrama con la clasificación de los principales
tipos de células fotovoltaicas:

clasificacion-celulas-fotovoltaicas
Clasificación de los diferentes tipos de células fotovoltaicas

La sección HE 5, en su apartado 3.2.3.1, exige: “Todos los módulos deberán satisfacer las especificaciones UNE-EN 61215 para módulos de silicio cristalino, o UNE-EN 61646 para módulos fotovoltaicos capa delgada, así como estar cualificados por algún laboratorio reconocido (por ejemplo, Laboratorio de Energía Solar Fotovoltaica del Departamento de Energías Renovables del CIEMAT, Joint Research Centre Ispra, etc.), lo que se acreditará mediante la presentación del certificado oficial correspondiente”.

1.2. PRESCRIPCIONES GENERALES

  1. El módulo fotovoltaico deberá tener reflejado de forma claramente visible e indeleble el modelo y nombre del fabricante, así como un número de serie.
  2. Los módulos dispondrán de diodos de bloqueo para evitar las posibles averías de las células y sus circuitos por sombreados parciales.
  3. El grado de protección mínimo contra la penetración de partículas y agua será IP65.
  4. La estructura se conectará a tierra.

1.3. PARÁMETROS DE UN MÓDULO FOTOVOLTAICO Y RENDIMIENTO

El rendimiento de un módulo fotovoltaico se obtiene a partir de la denominada curva característica. En esta curva se representa en el eje de ordenadas la corriente y, en el de las abscisas, el voltaje. Se distinguen los siguientes parámetros característicos:

  • Tensión en circuito abierto (Voc): es el voltaje máximo que se alcanza en los terminales del panel cuando está desconectado.
  • Corriente de cortocircuito (iSC): es la corriente que se produce en una situación de cortocircuito.
  • Potencia máxima (Pm): es la máxima potencia que se puede obtener del panel. Es importante que el regulador o el inversor al que esté acoplado el módulo fotovoltaico tenga un seguidor de potencia máxima para optimizar el aprovechamiento de la energía solar incidente.
  • Factor de forma (FF): es un coeficiente correlacionado con la forma de la curva característica.
fotovoltaica-curva-caracteristica
Curva característica de un módulo fotovoltaico. El punto indicado es el de máxima potencia que se correspondería a un voltaje de máxima potencia de unos 37 V y una intensidad de máxima potencia de unos 4,8 A. La corriente de cortocircuito sería 5 A y el voltaje de circuito abierto 45 V

Las curvas características se proporcionan en catálogo comercial para una temperatura ambiente de 25 ºC y una radiación de 1.000 W/m2. En caso de existir condiciones ambientales y de radiación distintas, hay que proceder a la corrección de la curva.

fotovoltaica-curva-caracteristica-correccion
Parámetros principales de un módulo fotovoltaico (modelo a-135P de ATERSA)

 

1.4. CONEXIÓN DE LOS MÓDULOS

Los módulos de una instalación deberían presentar las mismas características y, a ser posible, deberían ser del mismo modelo y fabricante. Los módulos se podrán conexionar en serie o en paralelo.
Si se conectan en serie, las tensiones en cada ramal se suman y la corriente se mantiene constante.
Si se conectan en paralelo, los ramales tienen las mismas tensiones y las corrientes
de los mismos se suman.

conexion-serie-paralelo

2. ESTRUCTURA SOPORTE

El objetivo de la estructura es fijar los módulos fotovoltaicos y otorgarles la inclinación
y orientación adecuada.
Para ello, la estructura debe ser capaz de resistir, con los módulos instalados, las sobrecargas del viento y nieve. También debe estar diseñada para soportar las dilataciones térmicas, sin transmitir cargas a los módulos fijados.
El material más utilizado en la construcción de estructuras suele ser acero galvanizado.
La tornillería debe ser de acero inoxidable.
Se debe procurar que los topes de sujeción de los módulos y la propia estructura no proyecten sombras sobre los mismos.
Cuando los soportes estén integrados en cubierta como elemento arquitectónico, el diseño de la estructura y la estanquidad entre módulos se ajustará a las exigencias del Código Técnico de la Edificación.

3. INVERSORES

Los inversores son los dispositivos que transforman la corriente generada por los paneles solares en corriente alterna con los parámetros de red.
Los inversores deben presentar una potencia de entrada variable para ser capaces de extraer en todo momento la máxima potencia que el generador fotovoltaico puede proporcionar a lo largo de cada día.
Si la potencia nominal de la instalación fotovoltaica a conectar a la red de distribución es superior a 5 kW, la conexión de la instalación fotovoltaica a la red será trifásica. Dicha conexión se podrá realizar mediante uno o más inversores monofásicos de hasta 5 kW o directamente con un inversor trifásico.
Los inversores deberán estar etiquetados con, al menos, la siguiente información:

– Potencia nominal (VA).
– Tensión nominal de entrada (V).
– Tensión (VRMS) y frecuencia (Hz) nominales de salida.
– Fabricante (nombre o logotipo) y número de serie.
– Polaridad y terminales.

inversor-fotovoltaico
Principales parámetros de un inversor monofásico

 

Las características básicas de los inversores serán las siguientes:

  • Seguimiento automático del punto de máxima potencia del generador.
  • No funcionarán en isla o modo aislado.

El autoconsumo del inversor en modo nocturno será inferior al 0,5% de su potencia nominal.

Los inversores tendrán los siguientes grados de protección mínima:

  •  IP 20 para el interior de edificios y lugares inaccesibles.
  • IP 30 para el interior de edificios y lugares accesibles.
  • IP 65 para los instalados a la intemperie.

Los inversores deberán ser operativos en las siguientes condiciones ambientales:

  • Temperatura 0 °C y 40 °C.
  • Humedad relativa 0% y 85%.

4. PROTECCIONES

Las instalaciones dispondrán de las protecciones contra sobrecargas, cortocircuitos, sobretensiones y contactos indirectos, tal como establece el artículo 11 del Real Decreto 1663/2000 (DEROGADA, por Real Decreto 1699/2011)) y el esquema unifilar que aparece en la Resolución de 31 de mayo de 2001.
Cuando la conexión sea trifásica, se instalarán protecciones por fase para la interconexión de máxima y mínima frecuencia (51 y 49 Hz, respectivamente) y de máxima y mínima tensión (1,1 Um y 0,85 Um, respectivamente).

La protección contra contactos indirectos deberá estar asegurada al menos con grado de protección clase I, es decir, con puesta a toma de tierra de todas las partes metálicas accesibles y protección mediante interruptor diferencial. No obstante, muchos elementos de la instalación como los módulos y los inversores disponen de un aislamiento de clase II (con doble envolvente) que hace innecesaria la protección diferencial.

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Cuadro de salida a red de una instalación fotovoltaica con el seccionador y los fusibles de protección.

 

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