Energía Solar Fotovoltaica

Indice.
I. INTRODUCCION…………………………………………………………………... 03
II. HISTORIA…………………………………………………………………………... 04
III. POTENCIAL DE LA ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA.…………………… 05
IV. TECNOLOGIAS PARA APROBECHAR LA ENERGIA SOLAR
FOTOVOLTAICA………………………………………..…………………………. 07
4.1. FUNDAMENTOS FISICOS DE LAS CELULA SOLAR……………………. 07
4.2. EL EFECTO FOTOVOLTAICO Y SUS APLICACIONES………………..... 13
4.3. MECANISMOS DE GENERACION Y RECOMBINACION.………….……. 16
V. TIPOS DE CELULAS FOTOVOLTAICAS…………………………………........ 18
VI. SISTEMA FOTOVOLTAICO AUTONOMOS…………………………………… 19

FUENTES DE ENERGIA NO CONVENCIONALES Página 2
UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO
INGENIERÍA QUÍMICA ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA
ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA
I. INTRODUCCION:
La energía solar fotovoltaica se basa en la utilización de células solares fabricadas
con materiales semiconductores cristalinos que generan corriente eléctrica cuando
sobre los mismos incide la radiación solar. Estos están compuestos en su mayoría
a base de silicio.
La corriente eléctrica generada a partir de la energía fotovoltaica se aplica en
distintas formas: Energía eléctrica a zonas aisladas con deficiencia en el
abastecimiento eléctrico convencional, inyección de las redes eléctricas y por otro
lado aplicaciones específicas las cuales abarca desde el suministro de energías a
satélites artificiales hasta alimentación de automóviles, relojes, radios y
calculadoras de bolsillo.

II. HISTORIA:
El efecto fotovoltaico fue descubierto por el francés Alexandre Edmond Bequerel
en 1838 cuando tenía sólo 19 años. Bequerel estaba experimentando con una pila
electrolítica con electrodos de platino cuando comprobó que la corriente subía en
uno de los electrodos cuando este se exponía al sol.
El siguiente paso se dio en 1873 cuando el ingeniero eléctrico inglés Willoughby
Smith descubre el efecto fotovoltaico en sólidos. En este caso sobre el Selenio.
Pocos años más tarde, en 1877, El inglés William Grylls Adams profesor de
Filosofía Natural en la King College de Londres, junto con su alumno Richard
Evans Day, crearon la primera célula fotovoltaica de selenio.
Si bien en todos estos descubrimientos la cantidad de electricidad que se obtenía
era muy reducida y quedaba descartada cualquier aplicación práctica, se
demostraba la posibilidad de transformar la luz solar en electricidad por medio de
elementos sólidos sin partes móviles.
La posibilidad de una aplicación práctica del fenómeno no llegó hasta 1953 cuando
Gerald Pearson de Bell Laboratories, mientras experimentaba con las aplicaciones
en la electrónica del silicio, fabricó casi accidentalmente una célula fotovoltaica
basada en este material que resultaba mucho más eficiente que cualquiera hecha
de selenio. A partir de este descubrimiento, otros dos científicos también de Bell,
Daryl Chaplin y Calvin Fuller perfeccionaron este invento y produjeron células
solares de silicio capaces de proporcionar suficiente energía eléctrica como para
que pudiesen obtener aplicaciones prácticas de ellas. De esta manera empezaba
la carrera de las placas fotovoltaicas como proveedoras de energía.
III. POTENCIAL DE LA ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICO

Las perspectivas de crecimiento en el medio-largo plazo de la tecnología
fotovoltaica son buenas: bajo unas buenas condiciones políticas, puede continuar
progresando en competitividad en los principales mercados eléctricos y convertirse
en una de las principales fuentes de energía.
A pesar de la crisis económica y del periodo de consolidación que estaba viviendo,
la energía solar fotovoltaica continuó creciendo a una velocidad mayor de la
esperada durante el año 2011. Hasta ahora Europa ha liderado el mercado
fotovoltaico, con un 75% de la nueva capacidad conectada en 2011 (durante 2011
se conectaron a la red 29,7GW, de los cuales 21,9 GW se instalaron en Europa) y
alrededor del 75% de la capacidad global instalada. Pero los mercados no
europeos empiezan a mostrar signos de que esta tendencia va a cambiar ya que
en ellos está el mayor potencial de crecimiento: fuera de Europa el sector
fotovoltaico se expande rápidamente, con más de un 100% de crecimiento
durante 2011.
El mayor mercado fotovoltaico no Europeo se situó en China, donde en 2011 se
instalaron 2,2 GW, seguido por Estados Unidos donde se instalaron 1,9 GW. En la
próxima década deberán abrirse nuevos mercados en el mundo y desarrollar el
sector fotovoltaico tal como Europa ha hecho hasta ahora. China, Estados Unidos,
Japón y La India han desarrollado sólo una pequeña parte de su potencial
fotovoltaico. El mayor crecimiento de la fotovoltaica se espera en países como
China y La India, seguidos por el Sureste Asiático, América Latina, Oriente Medio
y los países del norte de África.
Impulsados por el conocimiento del potencial de la energía solar fotovoltaica,
países de la región del llamado “Cinturón solar” como África, Oriente Medio,
Sureste Asiático, y Sur América están empezando a desarrollar esta tecnología.
Se prevé que para 2030 la energía solar fotovoltaica sea la fuente de energía
mayoritaria en los estos países, donde puede competir con el diesel en la

generación de potencia pico sin apoyo financiero. El potencial fotovoltaico en
estos países puede variar entre 60 y 250 GW en 2020 y entre 260 y 1.100 GW en
2030. Además, con la disminución de precios que está viviendo la industria, en la
próxima década la energía fotovoltaica será competitiva cada vez en más países.
Con las políticas adecuadas, el potencial de crecimiento en Europa para los
próximos años está alrededor de los 20-25 GW y fuera de Europa el mercado
podría alcanzar entre 38 y 77 GW en 2016.
La siguiente imagen muestra las previsiones de del mercado fotovoltaico en
Europa hasta 2016 bajo dos escenarios: uno pesimista y el otro asumiendo la
introducción de mecanismos de apoyo y políticas adecuadas para favorecer al
sector:
En Europa se han dibujado tres posibles escenarios para la energía solar
fotovoltaica:
 Escenario base: el 4% de la demanda eléctrica en Europa será cubierta por
energía solar fotovoltaica en 2020.

 Escenario avanzado: la fotovoltaica cubrirá el 6% de la demanda de
electricidad, basándose en el máximo crecimiento posible sin cambios
significativos en la infraestructura eléctrica.
 Escenario del paradigma de cambio: asume que todas las barreras se han
suprimido y que se han cumplido las condiciones de contorno. En esta
situación, se prevé que la fotovoltaica proporcione el 12% de la demanda de
electricidad en 2020.
IV. TECNOLOGIAS PARA APROVECHAR LA ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA.
4.1. FUNDAMENTOS FISICOS DE LA CELULA SOLAR.
a) EL ÁTOMO:
En esencia la constitución del átomo, refiriéndonos a su aspecto eléctrico,
consta de un determinado número de protones con carga positiva en el
núcleo y una cantidad igual de electrones, con carga negativa, girando en
diferentes órbitas del espacio, denominada envoluta.
El número máximo de electrones que se pueden alojar en cada órbita es
de 2n2, siendo "n" el número de órbitas. Los electrones giran en órbitas
casi elípticas, en cada una de las cuales y según su proximidad al núcleo,
solo pueden existir un número máximo de electrones.
Atendiendo a la carga eléctrica como inicialmente mencionábamos, los
átomos, se pueden clasificar en positivos, negativos y neutros.
Los átomos de elementos simples, cuando están completas sus órbitas
son neutros, hay igual cantidad de electrones que de protones; pero dado
que los electrones de la última órbita son los más alejados del núcleo y por
tanto, perciben menos su fuerza de atracción, pueden salirse de dicha
órbita denominada de valencia, dejando al átomo cargado positivamente

por contener más protones que electrones, si por el contrario en el último
orbital del átomo hubiese alojado un electrón libre exterior al átomo habría
adquirido carga negativa, a estas dos situaciones se les denomina iones.
b) ATOMOS ESTABLES E INESTABLES:
Se llama átomo estable al que tiene completa de electrones su última
órbita o al menos dispone en ella de ocho electrones. Los átomos
inestables, que son los que no tienen llena su órbita de valencia ni tampoco
ocho electrones en ella, tienen una gran propensión a convertirse en
estables, bien desprendiéndose de los electrones de valencia o bien
absorbiendo del exterior electrones libres hasta completar la última órbita;
en cada caso realizaran lo que menos energía suponga.
c) CUERPOS CONDUCTORES Y AISLANTES:
Los cuerpos conductores son aquellos cuyos átomos permiten fácilmente
el paso de electrones a su través. Un buen ejemplo de conductor es el
Cobre (Cu) que dispone de un electrón inestable en su cuarta órbita con
una gran tendencia a desprenderse.
d) CUERPOS SEMICONDUCTORES INTRINSECOS:
Mientras que los cuerpos buenos conductores ofrecen escasa resistencia
al paso de electrones, los aislantes la ofrecen elevadísima, y entre ambos
extremos, se encuentran los semiconductores que presentan una
resistencia intermedia.
Un ejemplo de elemento semiconductor es el Silicio (Si), la característica
fundamental de los cuerpos semiconductores es la de poseer cuatro

electrones en su órbita de valencia. Con esta estructura el átomo es
inestable, pero para hacerse estable se le presenta un dilema: y es que le
cuesta lo mismo desprenderse de cuatro electrones y quedarse sin una
órbita, que absorber otros cuatro electrones para hacerse estable al pasar
a tener ocho electrones. En estas especiales circunstancias, ciertos
elementos como el Silicio y el Germanio (Ge) agrupan sus átomos de
manera muy particular, formando una estructura reticular en la que cada
átomo queda rodeado por otros cuatro iguales, propiciando la formación
de los llamados enlaces covalentes. En estas circunstancias, la estructura
de los cuerpos semiconductores, al estabilizarse, debería trabajar como
buen aislante, pero no es así a causa de la temperatura. Canto mayor es
la temperatura aumenta la agitación de los electrones y por consiguiente
enlaces covalentes rotos, dando lugar a electrones libres y huecos (falta
de electrón).
e) SEMICONDUCTORES EXTRÍNSECOS:
Comoquiera que las corrientes que se producen en el seno de un
semiconductor intrínseco a la temperara ambiente son insignificantes,
dado el bajo valor de portadores libres, para aumentarlos se les añaden
otro cuerpos, que se denominan impurezas. De esta forma es como se
obtienen los semiconductores extrínsecos tan importantes en la energía
solar fotovoltaica.
f) SEMICONDUCTORES EXTRÍNSECOS TIPO N:
En la figura se presenta la estructura cristalina del Silicio (Si) dopado con
Antimonio (Sb) al introducirse un átomo de impurezas de este elemento,
hecho por el que recibe el nombre de semiconductor extrínseco.
Como se aprecia el átomo de Sb no solo cumple con los cuatro enlaces
covalentes, sino que aún le sobra un electrón, que tiende a salirse de su

órbita para que quede estable el átomo de Sb. Por cada átomo de
impurezas añadido aparece un electrón libre en la estructura. Aunque se
añadan impurezas en relación de uno a un millón, en la estructura del
silicio además de los 1010 electrones y 1010 huecos libres que existen por
cm3, a la temperatura ambiente, hay ahora que sumar una cantidad de
electrones libres equivalente a la de átomos de impurezas. En estas
condiciones el Si con impurezas de Sb alcanza 1016 electrones libres y
1010 huecos libres por cm3, siendo en consecuencia el numero de
portadores eléctricos negativos mucho mayor que el de los positivos, por
lo que los primeros reciben la denominación de portadores mayoritarios y
los segundos la de portadores minoritarios y, por el mismo motivo, se le
asigna a este tipo de semiconductores extrínsecos la clasificación de
SEMICONDUCTOR EXTRÍNSECO TIPO N.
g) SEMICONDUTORES EXTRÍNSECOS TIPO P:
En la figura se presenta la estructura cristalina del Silicio (Si) dopado con
Aluminio (Al). Por cada átomo de impurezas trivalente que se añade al
semiconductor intrínseco aparece en la estructura un hueco, o lo que es
lo mismo, la falta de un electrón.
Añadiendo un átomo de impurezas trivalente por cada millón de átomos
de semiconductor existen: 1016 huecos libres y 1010 electrones libres por
cm3, a la temperatura ambiente. Como en este semiconductor hay mayor
numero de cargas positivas o huecos, se les denomina a estos, portadores
mayoritarios; mientras que los electrones libres, únicamente propiciados
por los efectos de la agitación térmica son los portadores minoritarios. Por
esta misma razón el semiconductor extrínseco así formado recibe el
nombre de SEMICONDUCTOR EXTRíNSECO TIPO P, siendo neutro el
conjunto de la estructura, al igual que sucedía con el TIPO N.

h) UNION DEL SEMICONDUCTOR P CON EL N:
Al colocar parte del semiconductor TIPO P junto a otra parte del
semiconductor TIPO N, debido a la ley de difusión los electrones de la
zona N, donde hay alta concentración de estos, tienden a dirigirse a la
zona P, que a penas los tiene, sucediendo lo contrario con los huecos, que
tratan de dirigirse de la zona P, donde hay alta concentración de huecos,
a la zona N. Eso ocasiona su encuentro y neutralización en la zona de
unión. Al encontrarse un electrón con un hueco desaparece el electrón
libre, que pasa ocupar el lugar del hueco, y por lo tanto también
desaparece este último, formándose en dicha zona de la unión una
estructura estable y neutra.
Como quiera que la zona N era en principio neutra y al colocarla junto a la
zona P pierde electrones libres, hace que cada vez vaya siendo más
positiva, mientras que la zona P, al perder huecos, se hace cada vez más
negativa. Así aparece una diferencia de potencial entre las zonas N y P,
separadas por la zona de unión que es neutra. La tensión que aparece
entre las zonas, llamada barrera de potencial, se opone a la ley de difusión,
puesto que el potencial positivo que se va creando en la zona N repele a
los huecos que se acercan de P, y el potencial negativo de la zona P repele
a los electrones de la zona N. Cuando ambas zonas han perdido cierta
cantidad de portadores mayoritarios que se han recombinado, la barrera
de potencial creada impide la continuación de la difusión y por tanto la
igualación de las concentraciones de ambas zonas. La barrera de
potencial es del orden de 0.2V cuando el semiconductor es de Ge y de
unos 0.5V cuando es de Si.
Las aplicaciones de la energía solar fotovoltaica están basadas en el
aprovechamiento del efecto fotovoltaico que tiene mucho que ver con lo
explicado anteriormente. De forma muy resumida y desde el punto de vista

eléctrico, el “efecto fotovoltaico” se produce al incidir la radiación solar
(fotones) sobre los materiales que definimos al principio como
semiconductores extrínsecos. La energía que reciben estos provenientes
de los fotones, provoca un movimiento caótico de electrones en el interior
del material.
Al unir dos regiones de un semiconductor al que artificialmente se había
dotado de concentraciones diferentes de electrones, mediante los
elementos que denominábamos dopantes, se provocaba un campo
electrostático constante que reconducía el movimiento de electrones.
Recordemos que este material formado por la unión de dos zonas de
concentraciones diferentes de electrones la denominábamos unión PN,
pues la célula solar en definitiva es esto; una unión PN en la que la parte
iluminada será la tipo N y la no iluminada será la tipo P.
De esta forma, cuando sobre la célula solar incide la radiación, aparece en
ella una tensión análoga a la que se produce entre las bornas de una pila.
Mediante la colocación de contactos metálicos en cada una de las caras
puede “extraerse” la energía eléctrica, que se utilizará para alimentar una
carga.
Para que se produzca el efecto fotovoltaico debe cumplirse que:
Por otro lado y dando una explicación desde un punto de vista cuántico,
su funcionamiento se basa en la capacidad de transmitir la energía de los
fotones de la radiación solar a los electrones de valencia de los materiales
semiconductores, de manera que estos electrones rompen su enlace que

anteriormente los tenía ligado a un átomo. Por cada enlace que se rompe
queda un electrón y un hueco (falta de electrón en un enlace roto) para
circular dentro del semiconductor. El movimiento de los electrones y
huecos en sentidos opuestos (conseguido por la existencia de un campo
eléctrico como veremos posteriormente) genera una corriente eléctrica en
el semiconductor la cual puede circular por un circuito externo y liberar la
energía cedida por los fotones para crear los pares electrón-hueco. El
campo eléctrico necesario al que hacíamos referencia anteriormente, se
consigue con la unión de dos semiconductores de diferente dopado, como
vimos al principio de esta sección: Un semiconductor tipo P (exceso de
huecos) y otro tipo N (exceso de electrones). Que al unirlos crea el campo
eléctrico E.
4.2. EL EFECTO FOTOVOLTAICO Y SUS APLICACIONES.
El efecto fotovoltaico (FV) es la base del proceso mediante el cual una célula
FV convierte la luz solar en electricidad. La luz solar está compuesta por
fotones, o partículas energéticas. Estos fotones son de diferentes energías,
correspondientes a las diferentes longitudes de onda del espectro solar.
Cuando los fotones inciden sobre una célula FV, pueden ser reflejados o
absorbidos, o pueden pasar a su través. Únicamente los fotones absorbidos
generan electricidad. Cuando un fotón es absorbido, la energía del fotón se
transfiere a un electrón de un átomo de la célula. Con esta nueva energía, el
electrón es capaz de escapar de su posición normal asociada con un átomo
para formar parte de una corriente en un circuito eléctrico.
Las partes más importantes de la célula solar son las capas de
semiconductores, ya que es donde se crea la corriente de electrones. Estos
semiconductores son especialmente tratados para formar dos capas
diferentemente dopadas (tipo p y tipo n) para formar un campo eléctrico,
positivo en una parte y negativo en la otra. Cuando la luz solar incide en la
célula se liberan electrones que pueden ser atrapados por el campo eléctrico,

formando una corriente eléctrica. Es por ello que estas células se fabrican a
partir de este tipo de materiales, es decir, materiales que actúan como
aislantes a bajas temperaturas y como conductores cuando se aumenta la
energía. Desdichadamente no hay un tipo de material ideal para todos los tipos
de células y aplicaciones. Además de los semiconductores las células solares
están formadas por una malla metálica superior u otro tipo de contracto para
recolectar los electrones del semiconductor y transferirlos a la carga externa y
un contacto posterior para completar el circuito eléctrico. También en la parte
superior de la célula hay un vidrio u otro tipo de material encapsulante
transparente para sellarla y protegerla de las condiciones ambientales, y una
capa antireflexiva para aumentar el número de fotones absorbidos.
Las células FV convierten pues, la energía de la luz en energía eléctrica.
El rendimiento de conversión, esto es, la proporción de luz solar que la célula
convierte en energía eléctrica, es fundamental en los dispositivos fotovoltaicos,
ya que el aumento del rendimiento hace de la energía solar FV una energía
más competitiva con otras fuentes (por ejemplo la energía de origen fósil).
Estas células, conectadas unas con otras, encapsuladas y montadas sobre
una estructura soporte o marco, conforman un módulo fotovoltaico. Los
módulos están diseñados para suministrar electricidad a un determinado
voltaje (normalmente 12 ó 24 V). La corriente producida depende del nivel de
insolación. La estructura del módulo protege a las células del medioambiente
y son muy durables y fiables. Aunque un módulo puede ser suficiente para
muchas aplicaciones, dos o más módulos pueden ser conectados para formar
un generador FV. Los generadores o módulos fotovoltaicos producen corriente
continua (DC) y pueden ser conectados en serie y/o paralelo para producir
cualquier combinación de corriente y tensión. Un módulo o generador FV por
sí mismo no bombea agua o ilumina una casa durante la noche. Para ello es
necesario un sistema fotovoltaico completo que consiste en un generador FV
junto a otros componentes, conjuntamente conocidos como "resto del sistema"
o BOS (del inglés balance of system). Estos componentes varían y dependen

del tipo de aplicación o servicio que se quiere proporcionar. Los sistemas
fotovoltaicos se pueden clasificar como autónomos o conectados a la red
eléctrica, o según el tipo de aplicación como:
 Electrificación rural (lugares de difícil emplazamiento y acceso, viviendas de
uso temporal, refugios de montaña).
 Electrificación urbana (alumbrado de vías urbanas y de edificiospúblicos como
museos o colegios).
 Electrificación doméstica (todo uso eléctrico en viviendas unifamiliares,
comunidades y cooperativas).
 Telecomunicaciones terrestres (telefonía terrestre y móvil, comunicación para
navegación aérea y marítima, repetidores y reemisores de radio y televisión,
radioteléfonos).
 Telecomunicaciones espaciales (los paneles solares de los satélites les dan
una autonomía indefinida).
 Seguridad y señalización (dispositivos de alarma, señalización, faros, pasos
de trenes, aeropuertos, autopistas).

4.3. MECANISMOS DE GENERACION Y RECOMBINACION
Al describir el concepto de electrón y hueco en los apartados anteriores
ligamos su existencia al hecho por el cual un electrón gana energía suficiente
para liberarse del átomo al que estaba ligado. Precisando un poco más se dice
que un electrón gana energía suficiente para promocionarse de la banda de
valencia a la banda de conducción, y de forma más breve aún, se ha generado
un par electrón-hueco (par eh). El proceso inverso también existe y un electrón
libre puede ser capturado por un hueco (enlace vacío) de la red. Se dice
entonces que se ha producido una recombinación de un par eh. Estos
procesos ocurren continuamente de forma dinámica en un semiconductor.
Pero si un semiconductor se encuentra en equilibrio (aislado del exterior) el
número de procesos de generación por unidad de tiempo tiene que ser igual

al número de procesos de recombinación. O sea, que la población de de
electrones y huecos permanece constante.
Existen varios procesos de recombinación/generación (procesos en los que un
electrón puede ganar o perder energía para intercambiarse entre la banda de
valencia y conducción). Nosotros vamos a analizar el proceso de generación
llamado radiactivo en el cual, el electrón gana su energía gracias a un fotón.
En una célula solar es necesario absorber fotones, por lo cual ahora
entendemos por qué la conductividad de un semiconductor aumenta cuando
se ilumina con fotones de energía mayor que la energía del gap, ya que sólo
fotones con esa energía son capaces de aumentar la población de partículas
capaces de conducir. Otros aspectos sobre los procesos de recombinación
radiactiva son:
 Si admitimos que un semiconductor puede generar pares eh a partir de un
fotón debemos admitir también que puede perder (recombinar) pares eh
mediante la emisión de un fotón. En consecuencia, si admitimos que la
célula genera pares eh, también debemos admitir que recombina pares eh,
es decir, que tiene un mínimo volumen de pérdidas. Esta dualidad es la
teoría que está detrás de los cálculos de los límites de la eficiencia de
conversión fotovoltaica.
 A nivel de célula solar existen varios fenómenos (de emisión estimulada y
de reciclaje de fotones) que son los responsables de que la tensión máxima
teórica que podemos obtener de una célula solar fotovoltaica coincida con
el valor del gap del semiconductor expresado en eV.
V. TIPOS DE CELULAS FOTOVOLTAICAS.
 Células policristalinas: Las células policristalinas se producen al verter silicio
líquido a una temperatura elevada en moldes o recipientes de forma
cuadrangular. El silício se enfría hasta formar bloques sólidos, que aparecen

como trozos de silicio monocristalino. La masa que se obtiene se corta en
barras rectangulares que se trocean en finas placas, para formar una “colcha
de retales” de moléculas de silicio monocristalino. Ya que esta tecnología es
la mejor de las que se conocen y es relativamente asequible, las células
policristalinas siguen siendo las más utilizadas.
 Células monocristalinas: Las células monocristalinas se crean mediante un
proceso similar al ya mencionado, pero los lingotes se fabrican de acuerdo con
el complicadísimo proceso Czochralski. Los lingotes tienen estrictamente la
misma orientación deseada para el cristal a lo largo de toda su longitud. La
forma de la sección transversal de un lingote es circular. Dado que usar las
células de forma circular, unas al lado de las otras, supone malgastar la
superficie, se dibuja una especie de rectángulo en la sección transversal del
lingote. Las esquinas se dejan con forma redonda por ser demasiado caro
retirar el material obsoleto después de trazar el cuadrado del interior de una
sección transversal circular.
 Células con tecnología de película fina: Las células con tecnología de
película fina se imprimen en el vidrio en muchas capas delgadas, para así
formar los módulos deseados. Fabricarlos requiere menos material que
producir las células cristalinas porque no es necesario cortar. Además, basta
con laminar uno de los lados porque están “pegados” a un cristal por el otro
lado durante el proceso de producción.

Tipos de células fotovoltaicas y eficiencia de cada una de ellas
VI. SISTEMA FOTOVOLTAICO AUTONOMOS.
En primer lugar, antes de adentrarnos en el desarrollo del cálculo de
instalaciones fotovoltaicas autónomas estándar, definiremos, a grandes rasgos,
los equipos que componen dicho tipo de sistema.
Actualmente en España, a falta de una regulación para el autoconsumo que será
realidad en los próximos meses, únicamente resulta rentable la construcción de
una instalación fotovoltaica autónoma en viviendas aisladas que necesiten más

de 700m de tendido eléctrico para abastecerse. Aunque esta cifra está
descendiendo rápidamente gracias al abaratamiento de los componentes, sobre
todo de los módulos fotovoltaicos, y pronto (se estima entre 2014-2015) será más
rentable el autoconsumo fotovoltaico que la conexión a la red eléctrica, “Grid
Parity”.
Los sistemas fotovoltaicos autónomos más habituales (Fig. 1) son de poca
potencia, habitualmente de entre 3 y 10 Kwp pero también nos encontramos
casos muy rentables como son el bombeo de agua, alimentación de equipos de
medida, de telecomunicaciones, iluminación y señalización en lugares aislados
etc.
 Módulos Fotovoltaicos: Serán los encargados de la generación
eléctrica. Pueden ser de varios tipos, entre ellos, los más utilizados para
este tipo de instalación son los paneles con tecnología monocristalina y
policristalina. Los paneles solares monocristalinos y policristalinos, con
uniones en serie de sus células, rondan los 12-18 voltios para uniones de
36 células y los 24-34 voltios para uniones de 72 células. Es importante

fijarnos siempre en la curva I-V que proporciona cada fabricante en sus
hojas técnicas y en la influencia de la temperatura en la corriente y tensión
del módulo .El aumento de temperatura hace aumentar ligeramente la
corriente y en mayor medida, disminuir la tensión de salida del módulo.
 Regulador: Se encarga de controlar la carga de las baterías, así como la
descarga y evitar cargas o descargas excesivas. De un modo sencillo, un
regulador se puede entender como un interruptor, cerrado y conectado en
serie entre paneles y batería para el proceso de carga y abierto cuando la
batería está totalmente cargada. Las intensidades máximas de entrada y
salida del regulador adecuado para cada aplicación dependerán de la
corriente de máxima que pueda producir el sistema de generación
fotovoltaico para la entrada y la corriente máxima de las cargas para la
salida. Para tener en cuenta los posibles picos de irradiancia o los cambios
de temperatura, es recomendable que, a la hora de escoger el regulador,
sea aquel con un 15-25% superior a la corriente de cortocircuito que le
puede llegar del sistema de generación fotovoltaico (Ientrada) o bien, de
la que puede consumir la carga del sistema (Isalida). La elección del
regulador será aquel que soporte la mayor de las dos corrientes
calculadas.
 Baterías: Se encargan de acumular la energía eléctrica generada por el
sistema de generación fotovoltaico para poder disponer de ella en las
horas del día que no luzca el sol. Las más recomendadas para este tipo
de instalaciones son las estacionarias de plomo ácido, con vasos de 2V
cada uno, que se dispondrán en serie y/o paralelo para completar los 12,
24 o 48 Vcc que sea adecuado en cada caso. Este tipo de baterías pueden
permanecer largos periodos de tiempo cargadas y soportar descargas
profundas esporádicamente. Para definir el tamaño necesario de las
baterías es necesario tener en cuenta un par de parámetros:

Profundidad de descarga máxima, qué es el nivel máximo de descarga
que se le permite a la batería antes de la desconexión del regulador, para
proteger la duración de la misma. Las profundidades de descarga
máximas que se suelen considerar para un ciclo diario (profundidad de
descarga máxima diaria) están en torno al 15-20%. Para el caso del ciclo
estacional, qué es el número máximo de días que podrá una batería estar
descargándose sin recibir los módulos radiación solar suficiente, están en
torno a 4-10 días y un profundidad de descarga del 70%
aproximadamente.
En instalaciones fotovoltaicas autónomas no se buscan descargas
agresivas, sino más bien progresivas, por esta razón las baterías a utilizar
suelen ser con descarga de 100 horas (C100), pues cuanto más intensa
es la descarga de una batería menos energía es capaz de suministrarnos.
Además, se suelen especificar con tiempos de descarga de 100 horas por
que al hablar de tiempos de autonomía de 5 o más días la descarga se
produciría en, por ejemplo, 24 x 5 = 120h, y por defecto, se escogen
entonces las 100 horas.
 Inversor u Ondulador: Si las cargas que debemos alimentar son a
230Vac, necesitaremos un equipo que transforme la corriente continua
procedente del regulador en corriente alterna para alimentar las cargas.
Esta es la función del inversor. A la hora de dimensionar el inversor, se
tendrá en cuenta la potencia que demanda la suma de todas las cargas
AC en un instante, de este modo se elegirá un inversor cuya potencia sea
un 20% superior a la demandada por las cargas, suponiendo su
funcionamiento al mismo tiempo.

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