ETO - Entender la energía fotovoltaica

Javier TRESPALACIOS
ETO - Entender la energía fotovoltaica - V01.docx
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ETOEnergía para Todos
Capitulo:Entenderlaenergíafotovoltaica
1
Entender la energía fotovoltaica
El sol es una fuente inagotable de energía1
, él nos puede suministrar calor y electricidad; para
aprovechar esta fuente de energía renovable2
y no contaminante, hay tecnologías como los
paneles solares fotovoltaicos (FV).
1. Que es la energía fotovoltaica (FV)
La energía solar fotovoltaica es la que se obtiene por medio de la transformación de la energía del
sol en energía eléctrica, este fenómeno de transformación se conoce como efecto fotovoltaico o
fotoeléctrico.
La palabra fotovoltaica significa foto = luz y voltaica = electricidad que quiere decir convertir la luz
en electricidad.
El elemento principal para la producción de energía eléctrica fotovoltaica es el panel o modulo o
placas solares, el cual está compuesto por varias células o celdas solares fotovoltaicas cuadradas
que tienen un tamaño aproximado de 12cm x 12cm; la mayoría de los paneles constan de 48
células; es importante mencionar que el conjunto de módulos solares forma un arreglo y el
conjunto de arreglos forman un sistema solar fotovoltaico.
Imagen 1: esquema de un sistema fotovoltaico el cual está formado por una célula que unidas a varias
forman un módulo y el conjunto de módulos forma un arreglo y el grupo de arreglos forman un sistema
fotovoltaico (CEMAER, 2010)
1 Energía solar: esta puede ser térmica para producir calor utilizado para la calefacción, calentar agua y otros; la
energía solar fotovoltaica sirve para producir electricidad.
2 Energía renovable: energía que puede obtenerse de fuentes naturales inagotables, ya que contienen una inmensa
cantidad de energía o pueden regenerarse naturalmente; la energía eólica, la energía solar y la energía
geotérmica son ejemplos de energías renovables no contaminantes (energías verdes), debido a que su utilización
supone una mínima huella ambiental.

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Capitulo:2.Lascélulasenlosmódulosfotovoltaicos
2
2. Las células en los módulos fotovoltaicos
La mayoría de las células o celdas fotovoltaicas que se comercializan en el mundo están hechas de
una lámina delgada de un material semiconductor3
cómo el silicio4
que absorben la energía de la
luz solar que cae sobre ellas y las transforma en electricidad.
Los tipos de silicio más utilizados son Policristalino, Monocristalino y Amorfo:
Monocristalino Policristalino Amorfo
Descripción Tiene una estructura
cristalina uniforme,
que les da un color
homogéneo, por lo
general son azules.
Se fabrica en moldes
rectangulares, teniendo una
estructura cristalina no
uniforme; son más
económicas que los
monocristalinos.
No tiene una estructura
cristalina, se puede
depositar cómo una capa
muy fina en muchos tipos
de soportes, hasta flexibles.
Eficiencia 15 – 18% 12 – 15% 5 – 7%
Célula y
composición
panel
fotovoltaico
Tabla 1: tipos de células solares, imágenes google
Los paneles solares fotovoltaicos Mono cristalino y Policristalino se pueden conseguir en una
variedad de dimensión, por lo general el estándar es 165 x 99 cm; algunos ejemplos:
Numero de celdas Dimensiones [mm] Superficie [m2] Peso [Kg] Ejemplo de marca (país)
36 705 x 655 x 35 0,46 6
MicroSun Solar5
MS1210
(India)
60 1’675 x 1’001 x 31 1,7 19
SolarWord6
SW 250 -
260 poly (Alemania)
3 Semiconductor: Es un elemento que funciona como un conductor o como un aislante dependiendo de algunos
factores, como el campo eléctrico o magnético, la radiación, la presión o la temperatura del ambiente en el que se
encuentre.
4 Silicio: las células fotovoltaicas o solares están constituido de materiales semiconductores como el silicio SI, siendo
este uno de los más abundantes en la corteza terrestre después del oxígeno. Es un componente mineral de la arena.
5 MicroSun Solar MS1210: http://microsunsolar.com/wp-content/uploads/2016/05/MS1210.pdf)

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Capitulo:3.Tiposdeinstalacionesfotovoltaicas
3
72 1’981 x 998 x 32 1,96 28
Yingli Solar7
Panda
Bifacial 72CF (China)
96 1’558 x 1046 x 46 1,63 21
SunPower8
X21 335
(USA)
Tabla 2: diferentes tipos de paneles fotovoltaicos, con varias celdas, dimensiones y fabricantes
Viendo la tabla anterior aparecen por ejemplo fabricantes en India, Alemania, China y USA.
3. Tipos de instalaciones fotovoltaicas
Las instalaciones de este tipo tienen dos formas, las cuales se derivan otras; lo anterior es
importante porque cambian los componentes del sistema, estas son:
1. Instalaciones aisladas o autónomas: se utiliza en zonas que no tienen acceso a una red
pública de electricidad, también puede ser utilizada en casas donde desean ser
completamente autónomas de una red pública de electricidad.
2. Instalaciones conectadas a la red: donde lo que se produce pude ser inyectado a la red
eléctrica; se puede dar como ejemplo un campo o huerto solar.
3. Hibridas: estas pueden ser una mezcla de los dos tipos anteriores, en la cual tienen un
sistema fotovoltaico para sus necesidades y está conectada a la red pública para recibir
electricidad cuando el sistema fotovoltaico no cubra todo, también para verter el
excedente de electricidad producido.
4. los principales componentes de una instalación fotovoltaica
Los principales componentes de un sistema fotovoltaico según su utilización son:
Imagen 2: esquema de un sistema fotovoltaico autónomo y otro conectado a la red (López,
s.d.)
6 SolarWord SW 250 - 260 poly: https://us.sunpower.com/sites/sunpower/files/uploads/resources/ds-x21-series-335-
327-residential-ac-modules_1.pdf
7 Yingli Solar7 Panda Bifacial 72CF: http://www.yinglisolar.com/en/products/monocrystalline/panda-bifacial-72cf/
8 SunPower X21 335: https://us.sunpower.com/sites/sunpower/files/uploads/resources/ds-x21-series-335-327-
residential-ac-modules_1.pdf

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Capitulo:5.Recursosolar
4
1. Modulo o Paneles solares fotovoltaico: es el encargado de transformar la energía solar en
energía eléctrica; los paneles fotovoltaicos proveen corriente continua9
CC por lo general
de 12Voltios10
(V).
2. Regulador de corriente: se coloca en los sistemas autónomos y va entre el modulo
fotovoltaico y las baterías; su trabajo es controlar el flujo de energía durante la carga y la
descarga de las baterías.
3. Baterías o acumuladores: se coloca en los sistemas autónomos, son los encargados de
almacenar la energía producida por los paneles fotovoltaicos; ellos producen corriente
continua CC.
4. Inversor: se coloca en los dos tipos de sistemas, son los encargados de convertir la
corriente continua CC y transformarla en corriente alterna11
CA, la cual es la que utilizan los
aparatos eléctricos y lo que transportan las líneas eléctricas.
5. Sistema de conexión a la red: se coloca solo en los sistemas conectados a la red, en este
equipo están los contadores de energía que se vierten a la red.
5. Recurso solar
El principal elemento para la producción de energía fotovoltaica es el sol; el valor importante a
tomar es la radiación, en algunas páginas internacionales se pueden ver los valores de todos los
lugares del mundo como en Global Solar Atlas12
(página del Banco Mundial); también los países
ponen a disposición sus valores de radiación solar13
, como por ejemplo la página del IDEAM14
en
Colombia propone un atlas.
9 Corriente continua CC: también es llamada corriente directa y conocida con la sigla DC; esta corriente fluye de forma
constante en una dirección, como la que fluye en una linterna o en cualquier otro aparato con baterías; en ella se
encuentran características que la tensión y la intensidad de la corriente es la misma; este invento se le atribuye a
Thomas Edison en el siglo XIX, el mismo que invento la bombilla.
10 Voltios: es una magnitud de voltaje o también llamada tensión o diferencia de potencial; se podría definir como la
diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos; en un enchufe de pared de los de 2 agujeros, podríamos decir
teóricamente que en uno de ellos tenemos 230V y en otro 0V, por lo tanto, el voltaje o diferencia de potencial es de
230-0 = 230V. Esto no quiere decir que circule corriente ni fluya energía de algún tipo, simplemente están ahí hasta
que se conecte algo.
11 Corriente alterna CA: también es conocida con la sigla AC; es un tipo de corriente eléctrica, en la que la dirección del
flujo de electrones va y viene a intervalos regulares o en ciclos. La corriente que fluye por las líneas eléctricas y la
electricidad disponible normalmente en las casas procedente de los enchufes de la pared es corriente alterna; es
importante mencionar que este tipo de corriente fue descubierta a finales del siglo XIX por Nikola Tesla, trabajó en el
desarrollo de la corriente alterna buscando sobre todo poder transportar mayores cantidades de energía eléctrica y a
mayor distancia, algo que es muy limitado con la corriente continua.
12 Global Solar Atlas: http://globalsolaratlas.info/
13 Radiación solar: Esta energía liberada del Sol se transmite al exterior mediante la radiación solar.
14 IDEAM (Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales)
atlas solar: http://atlas.ideam.gov.co/visorAtlasRadiacion.html

Javier TRESPALACIOS
Capitulo:6.Calculosimpledeunsistemafotovoltaico
5
Imagen 3: valores de radiación solar en el mundo, Global Solar Atlas (World Bank Group, s.d.)
En la imagen anterior podemos ver que para una ciudad como Barranquilla el valor de radiación
solar anual sobre 1m2 es de 2’137 kWh/m2 por año; también podemos obtener información como
el valor de la inclinación óptima15
la cual es de 14°.
Un elemento importante para tener el mejor rendimiento de un sistema fotovoltaico es el ángulo
para recibir el sol, lo mejor es que la inclinación este lo más perpendicular a la radiación emitida
por el sol; por tener una mala alineación se puede perder entre el 10% y 25% de la energía que
podría producir el sistema (Cherix, 2013); el mejor ángulo lo llamamos inclinación óptima.
Otros factores que ayudarían a tener un sistema poco eficiente, sería el mal tiempo, las nubes o
las sombras que producirían los propios paneles sobre los otros paneles o lo arboles cercanos y/o
edificio y/o otros obstáculos.
6. Calculo simple de un sistema fotovoltaico
La estimación de la producción eléctrica anual de un sistema solar fotovoltaico se puede calcular
conociendo los siguientes valores:
• Radiación solar global del lugar: Rsolar
• Superficie disponible: S
• Eficiencia panel solar fotovoltaico, si es mono cristalino o policristalino: fv
• Rendimiento general (estimación de rendimientos de los componentes eléctricos del
sistema como inversor, otros): RP
15 Inclinación óptima para paneles solares: la cual busca conseguir la mejor captación de luz y sacar el máximo
rendimiento de los paneles solares, es importante que se encuentren bien orientados y con el grado de inclinación
más adecuado a la temporada de uso más importante.

Javier TRESPALACIOS
Capitulo:6.Calculosimpledeunsistemafotovoltaico
6
La ecuación es la siguiente (Cherix, 2013):
Efv = Rsolar * S * fv * RP [1]
Este tipo de valores se utilizan para un anteproyecto, para conocer la viabilidad, hacer las
cotizaciones iniciales o la rentabilidad del proyecto.
• Ejemplo de cálculo: estimaremos la producción anual de un proyecto a realizar en la ciudad
de Orbe en Suiza, sobre un techo plano (horizontal) de 46,4m2 y diremos que utilizaremos
el 80%, esto quiere decir que nos queda un disponible del techo 37,1m2; por información
la inclinación optima es de 35° según Global Solar Atlas16
.
En la página de Swissolar podemos ver que en el lugar del proyecto se presenta una
radiación de 1’200 kWh/m2 por año.
Imagen 4: valores superficie techo y radiación solar en Suiza (Canton de Vaud, s.d.) (Swissolar, 2015)
También se utilizarán paneles fotovoltaicos policristalino, que tienen un rendimiento de
15%; para el rendimiento global de los equipos el valor es de 90%.
Procedemos a calcular la energía eléctrica que produciremos por año, utilizando la
ecuación [1]:
ECasa_Orbe = 1’200 * 37,1 * 15% * 90% = 6’010 kWh por año
Si continuamos más lejos en el proyecto, tenemos la información de que la casa en Orbe
tiene un consumo anual de 4’000 kWh, podríamos decir que tenemos un buen potencial,
ya que podríamos cubriría todas nuestras necesidades eléctricas anuales, y tendríamos
2’010 kWh anuales disponibles para vender, nuestro proyecto vendería el 33% de lo
producido.
16 Global Solar Atlas en Orbe:
http://globalsolaratlas.info/?c=46.681479,7.498169,8&s=46.781255,6.60141&m=sg:opta&e=1

Javier TRESPALACIOS
Capitulo:Resumen
7
Se puede conocer la superficie necesaria para estimar una autonomía también el número
de paneles fotovoltaicos, utilizando algunos de los que están en la tabla 2, por ejemplo el
SolarWord SW 250 - 260 poly de fabricación alemana, el cual tiene una superficie de
1,7m2; utilizamos la ecuación [1], para estimar la superficie necesaria:
S100%_FV = 4’000 / (1’200 * 15% * 90%) = 24,7m2
El valor obtenido lo dividimos por la superficie 1,7m2 del panel (ver tabla 2) y nos da que
necesitamos 15 paneles fotovoltaicos para tener una autonomía eléctrica.
Resumen
El sol es una fuente inagotable de energía gratis y abúndate que debemos aprovechar con
tecnologías como los paneles fotovoltaicos.
Referencias Bibliográficas
Canton de Vaud. (s.f.). Geo datos. Recuperado el 2014, de Guichet cartographique cantonal:
http://www.geo.vd.ch/theme/localisation_thm
CEMAER. (Diciembre de 2010). La Diferencia Entre Célula, Módulo, Arreglo Y Sistema Solar.
Recuperado el Enero de 2015, de Energías Renovables:
http://www.gstriatum.com/energiasolar/blog/2010/12/30/la-diferencia-entre-celula-
modulo-arreglo-y-sistema-solar/
Cherix, G. (2013). De l’écologie urbaine à la ville durable, enjeux énergétiques. Curso. Lausanne,
Suiza: Universidad de Lausanne.
López, J. C. (s.f.). Aplicación a casa Estándar. Obtenido de Universidad de Castilla-La Mancha
Escuela de Ingenieros Industriales:
http://edii.uclm.es/~arodenas/Solar/Aplicaci%A2n%20a%20casa%20est%A0ndar.htm
Swissolar. (2015). Graphiques. Obtenido de Swissolar: https://www.swissolar.ch/fr/lenergie-
solaire/faits-et-chiffres/graphiques/
Villar, P. D. (2010). Energía solar fotovoltaica. Ediciones Roble S.L.
World Bank Group. (s.f.). GTI (Global Tilted Irradiation). Recuperado el Enero de 2015, de Global
Solar Atlas: http://globalsolaratlas.info
***
¿Que es ETO?
ETO es Energía para TOdos, es un proyecto que busca que cualquier persona sin formación técnica
pueda conocer fácilmente la energía y hacer estimaciones energéticas; esto ayudara a la
innovación, y a la generación de propuestas que sirvan para un desarrollo económico en una
región.

Javier TRESPALACIOS
Capitulo:¿QueesETO?
8
JT@: jtrespalacios@bluewin.ch y javier.trespalacios@ecotechsy.ch
Derechos reservados de Javier Trespalacios17
y Ecotechsy (http://ecotechsy.ch/)
Versión18
17 Javier Trespalacios; Ingeniero Mecánico, Master en Energía Renovables; visitar https://j3palacios.wordpress.com/
18 ETO: Versión V01: 12.03.2015

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