ELEMENTOS DE UNA INSTALACIÓN FOTOVOLTAICA CONECTADA A RED

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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: [Para ver los elementos que caracterizan una instalación fotovoltaica aislada pulse aquí]

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 unos 2 m² y teniendo una potencia de cerca de los 500 W en dicha superficie, 

según el fabricante. Subiendo algo más de los 2 m² de superficie encontramos en la actualidad 

paneles que se acercan a los 600 W (es decir,  producen más pero también ocupan una mayor 

superficie).

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 19% al  22%. Tiene elevada durabilidad y sus propiedades se deterioran poco con el paso del tiempo. 

• Módulos de silicio policristalino: Su eficacia es algo menor (16%-19), 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. 

           2. Inversores.

El inversor es un equipo cuya función es convertir la corriente continua que producen los 

paneles fotovoltaicos 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.

Como novedad en el mercado está la llegada de los inversores híbridos.  Gracias a ellos 

podremos iniciarnos en una instalación de autoconsumo directo sin acumulación, mucho más 

económica en un principio para en un futuro poder ampliarla con la inclusión de una batería 

para reducir nuestra dependencia de la red eléctrica. Ahora además, podremos elegir baterías 

entre más opciones, las actuales de LG de 7 y 10kWh y también las modulares de Huawei para 

poder alcanzar hasta los 30kWh de capacidad por poner algunos ejemplos para el mercado 

doméstico.

           Inversores híbridos (On-Grid).

Se caracterizan por gestionar las diferentes fuentes de energía, permitiendo alimentar los 

consumos eléctricos desde la energía procedente de las placas solares, desde la energía 

almacenada en las baterías y/o desde la red eléctrica de apoyo.

Gestionan la procedencia de la energía para optimizar el máximo aprovechamiento de la energía solar y el ahorro de la energía consumida de la red, así como la carga y descarga de la batería, sin necesidad de añadir un regulador de carga adicional.

La característica principal y diferencia con los modelos Off–Grid, es que trabajan conectados a la red eléctrica existente (Modo On-Grid), aportando energía solar en el mismo momento que la 

red eléctrica cuando la carga es superior a la energía generada en la instalación solar. 

Además, en el caso de fallo de red eléctrica, estos inversores pueden trabajar en Isla, aportando 

la energía procedente de la instalación solar directamente al consumo. 

           Inversores – Cargadores (Off Grid). 

Al igual que los inversores híbridos, gestionan el conjunto de fuentes de energía, pero la forma 

como lo hacen, y sus limitaciones son considerables, así como el aprovechamiento de la energía 

solar. 

En este caso el inversor no permite la posibilidad de conectarse a la red eléctrica existente, a la 

vez que se genera energía solar. De esta manera no pueden aportar energía simultáneamente de la instalación solar y la red eléctrica.

CONSEJO ROYALION: Dado que el inversor es unos de los componentes más importantes y el 

de mayor coste de su instalación fotovoltaica, siendo el elemento "corazón" de la misma, al 

diseñar su futura instalación tenga en cuenta colocar un inversor más potente del que 

originalmente necesite (un modelo seguidamente superior como mínimo) ya que seguramente 

realizará aumentos a su instalación original como un aumento de paneles para abastecer carga 

de vehículos eléctricos, o para otras necesidades hasta el 100% de su autoconsumo presente y  futuro.

           3. 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 o controlando el máximo flujo de energía que generan las mismas para maximizar la eficiencia del panel evitando puntos demasiado calientes.

• 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.

           4. Reguladores de Carga (en instalaciones con almacenamiento).

El regulador de carga solar es el elemento encargado de controlar el flujo de corriente 

generado por los paneles fotovoltaicos en el proceso de carga-descarga con la batería, y cuidar del estado de las mismas, evitando su deterioro y su sobrecarga. Es capaz de evitar la 

sobrecarga del acumulador a la vez que limita la tensión a unos valores adecuados para el 

mantenimiento.

La instalación de un regulador es imprescindible en cualquier sistema fotovoltaico con 

 acumulación en baterías. Su importancia radica en que estamos trabajando con energía solar, 

que es una fuente variable y estacional.

Normalmente el control del estado de las baterías se realiza mediante la medición de la tensión. 

De manera que el regulador de carga sabe cuándo debe empezar a limitar la tensión y corriente que le proporciona los paneles solares. Si detecta que la batería está siendo sobrecargada, esconecta el generador fotovoltaico y cuando detecta que la batería está siendo 

sobredescargada, desconecta los consumos.

Por tanto las funciones de un regulador son:

           4.1.- Controla la tensión de la batería.

En los reguladores con regulación de sobrecarga y sobredescarga se utilizan cuatro valores de 

tensión:

• Tensión de corte por sobrecarga, siendo esta la máxima tensión que el regulador permite que alcance la batería. Cuando detecte esta tensión en la batería desconecta el generador o comienza a limitar la corriente que suministra a la batería.

• Tensión de rearme de carga, es la tensión a la que reconecta el generador (los paneles solares) para volver a cargar la batería.

• Tensión de corte por sobredescarga, siendo esta la mínima tensión antes de desconectar el consumo.

• Tensión de rearme de descarga, es la tensión a la que reconecta el consumo a la batería.

           Estos valores de tensiones se calculan empíricamente y son diferentes para cada tipo de                   

           batería. Los reguladores vienen preparados de manera que con programarles el tipo de 

           batería que se va a utilizar, se le ajustan los valores de carga adecuados.

           4.2.- Regula el proceso de carga.

           4.3.- Controla la conexión y desconexión de consumos a la conectados a la salida de 

                  la carga.

           4.4.- Otras funciones que pueden desempeñar:

• Cargas de ecualización, algunos tipos baterías necesitan unas cargas periódicas de ecualización* para mantener las baterías en óptimo estado.

           Dentro de los reguladores hay dos tipos: Reguladores PWM y Reguladores MPPT.

           La diferencia entre ellos estriba en el mayor rendimiento que consiguen obtener los 

           reguladores con tecnología MPPT frente a los PWM en la producción de los paneles 

           solares, haciendo crecer la eficiencia en la producción generada por los paneles            

           solares entre un 20-30% (este valor puede fluctuar debido a la influencia de las 

           circunstancias ambientales y la pérdida de energía).

           Reguladores PWM.

           No aprovecha al máximo la energía generada por los paneles. Utiliza el voltaje que en ese 

           momento tenga la batería, independientemente del voltaje generado por los paneles, 

           desperdiciando las situaciones en que éste sea más alto.

           Reguladores MPPT.

           Consiguen un rendimiento máximo del panel aprovechando en todo momento la potencia 

           máxima disponible. Esto se debe a que el regulador con algoritmo de control  MPPT 

           aprovechan toda la intensidad generada por el panel, independientemente del voltaje.

CONCLUSIÓN SOBRE QUE REGULADOR DE CARGA SOLAR ELEGIR.

El regulador MPPT es más caro que un regulador de carga PWM, pero consigue una máxima 

producción de las placas solares, por tanto será una cuestión monetaria, ¿en cuánto tiempo amortizaremos esa diferencia de precio?. Cuanto mayor es la  instalación, antes de amortiza.

Además actualmente podemos encontrar reguladores MPPT (maximizadores) por un precio 

muy competitivo.

*Ecualización: incrementa el voltaje de la batería, a un nivel mayor que el voltaje estándar, lo que gasifica los electrolitos de la batería.

           5. 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.

           6. 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.

           7. 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.)

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