Funcionamiento y componentes de una instalación Fotovoltaica conectada a red

Entender las características de una instalación de Autoconsumo conectada a red
Modelo de propuesta solar

Una instalación fotovoltaica constituye una fuente de suministro eléctrico gracias a los módulos, que captan la energía solar y la convierten en energía eléctrica debido al efecto fotovoltaico que se produce en sus células. Esta energía puede ser utilizada directamente en una instalación aislada, que habitualmente incluye baterías para almacenar el excedente de energía generada. Sin embargo, en una instalación conectada a red se entrega instantáneamente toda la energía generada a dicha red, constituyendo una central de energía cuya potencia puede variar. 

En general, una instalación fotovoltaica para autoconsumo conectada a red tiene el objetivo de emplear la energía producida en cada momento y vender los excedentes, por lo que no existen baterías ni reguladores. 

A continuación, detallamos los componentes que conforman una instalación fotovoltaica conectada a red: 

  1. Módulos fotovoltaicos 

El conjunto de módulos constituye la parte generadora de la instalación. Cada uno de ellos está formado por células fotovoltaicas conectadas eléctricamente entre sí, siendo su superficie más habitual de hasta 2 m2 y teniendo una potencia de unos 300 W. 

Este grupo de células fotovoltaicas están conectadas mediante contactos metálicos soldados y al conjunto se le dota de aislamiento, protección, rigidez y estanqueidad. 

Los tipos de módulos fotovoltaicos disponibles, dependiendo del material semiconductor con el que se fabriquen pueden ser: 

  • Módulos de silicio monocristalino: Su eficiencia es una de las más altas del mercado, del 15% al 18%. Tiene elevada durabilidad y sus propiedades se deterioran poco con el paso del tiempo. 
  • Módulos de silicio policristalino: Su eficacia es algo menor (13%-15%), sin embargo, su coste también es un 10% inferior aproximadamente y su durabilidad es similar a los módulos monocristalinos. Suelen trabajar mejor a elevadas temperaturas. 
  • Módulos de capa fina: Se fabrican añadiendo un material semiconductor sobre otro elemento que sirve de como soporte físico. Resultan más baratos por emplear menos material en su fabricación. Son módulos flexibles, por lo que tienen múltiples aplicaciones. 

Los módulos más utilizados por su buena relación entre rendimiento y coste de fabricación son los monocristalinos y policristalinos. 

  1. Inversores 

El inversor es un equipo cuya función es convertir la corriente continua en alterna que es la forma en que se consume y se entrega la energía. Interiormente un inversor incluye circuitos eléctricos y transistores o tiristores para realizar la conversión de la forma de onda, además de filtros para afinarla. 

Actualmente, la mayoría de los inversores incorporan la importante función de buscar el punto de máxima potencia en el que los módulos deben trabajar. Es decir, los módulos pueden trabajar a una tensión e intensidad que viene definida por su curva característica que a su vez depende de las condiciones de irradiancia y de temperatura y es el inversor el que define cuáles son la tensión y a intensidad a la que deben operar para que se pueda extraer de ellos la máxima potencia. 

En el caso de los inversores conectados a red deben garantizar unas exigentes condiciones para no causar perturbaciones en la propia red, inyectando la corriente alterna a una tensión eficaz de 230 V y a 50 Hz, dentro de unos márgenes muy estrechos en torno a dichos valores. 

  1. Dispositivos de protección 

Los dispositivos de protección proporcionan seguridad tanto a las personas como a los equipos de la instalación, minimizando las consecuencias de posibles contactos directos e indirectos, cortocircuitos, sobreintensidades y sobretensiones. Los principales elementos de protección son: 

  • Diodos de bloqueo. Instalados en la salida de cada cadena de módulos para que no se disipe la potencia generada en caso de defecto, evitando que la corriente circule en sentido contrario al que se pretende
  • Diodos de bypass. Colocados en la caja de conexiones de cada módulo, minimizan problemas ocasionados por sombreados parciales, ya que impiden que las células en sombra actúen como receptores.
  • Fusibles. Cada equipo de la instalación suele incluir sus propios fusibles, con el objetivo de protegerlo frente a sobreintensidades. También se colocan fusibles externos para la protección de los circuitos de corriente continua contra sobrecargas y cortocircuitos.
  • Interruptores magnetotérmicos. Al menos existe uno de ellos colocado a la salida del inversor, aunque en muchos casos viene incluido en el propio equipo. Además, se colocan para proteger los diferentes circuitos de corriente alterna. Al igual que los fusibles, también protegen contra sobrecargas y cortocircuitos.
  • Interruptores diferenciales. Se colocan en las instalaciones de corriente alterna para garantizar la seguridad de las personas contra contactos directos (debidos al contacto con partes activas) e indirectos (debidas a una derivación por un fallo del aislamiento de partes en tensión), y también para proteger a l apropia instalación contra los incendios que podrían provocar estas derivaciones.
  • Varistores. Son dispositivos de protección contra sobretensiones (tensiones más elevadas de los niveles normales que ocurren durante un cierto tiempo), por lo que también se les llama limitadores o descargadores de sobretensiones
  • Puesta a tierra. Dota de seguridad a las personas y a los equipos derivando a tierra la corriente de defecto que se pueda generar debido a fallos de aislamiento, averías, etc. Se conectan a tierra las estructuras de los módulos, carcasas de los cuadros eléctricos, etc. 
  1. Cableado 

El cableado que se utiliza en circuitos de corriente continua suele tener doble aislamiento y su sección es superior a la del cableado convencional de las instalaciones de corriente alterna, debido a que las tensiones empleadas son bajas (12V o 24V por ejemplo), pero transportan potencias considerables, por lo que la intensidad que circula por ellos es elevada si se compara con la que circula por los cables de 230 V de corriente alterna. 

En cuanto al cableado de corriente alterna, es el habitual que puede encontrarse en cualquier tipo de instalación eléctrica. Cuanto mayor sea la potencia de los consumos a alimentar, mayor deberá ser su sección. 

  1. Equipos propios de una instalación fotovoltaica conectada a red 

Como las instalaciones conectadas a la red entregan directamente la energía generada a la compañía eléctrica, no incluyen batería ni reguladores. Sin embargo, incorporan equipos que no suelen encontrarse en instalaciones fotovoltaicas aisladas: 

  • Contadores de energía. Necesarios para llevar un registro tanto de la energía producida por la instalación (energía vendida) como de la energía consumida. Esto puede hacerse a través de un contador electrónico bidireccional o bien empleando dos contadores unidireccionales.
  • Centros de transformación. Necesarios si la potencia de la instalación supera los 100 kW, y recogen la energía alterna que proporcionan los inversores y la elevan a media o alta tensión para poder inyectarla a la red eléctrica a la que se conecta la instalación.
  • Sistema de control y monitorización. Permiten registrar y visualizar los principales parámetros de funcionamiento de la instalación tales como las magnitudes eléctricas, tanto en el lado de corriente continua como en el de alterna, además de la temperatura ambiente y la radiación solar que incide sobre los módulos.
  • Línea eléctrica de evacuación. La línea eléctrica a través de la cual se evacúa la energía generada por la instalación puede ser de baja, media o alta tensión. Esta línea normalmente es aérea aunque podemos encontrar tramos subterráneos, y suele conectarse a una línea existente a la cual se entrega la energía generada. 
  1. Estructuras y soportes 

Las estructuras y soportes son dispositivos que permiten colocar las placas solares en las cubiertas (tejados) para asegurar la instalación y poder sacar su máximo rendimiento obteniendo la inclinación adecuada para cada latitud. Normalmente son instalaciones fijas y están fabricadas con materiales muy resistentes para soportar el desgaste de las condiciones climatológicas adversas (lluvias, nieve, fuerte vientos, etc.).

En almerichestudio contamos con experiencia tanto en el diseño como en la ejecución de proyectos de energía solar fotovoltaica. Contacta con nosotros y te asesoraremos gratuitamente.

Bibliografía: Configuración de instalaciones solares fotovoltaicas. Julián Cantos Serrano.2016.

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