Acerca de la energía solar : Descripción general de los sistemas de energía solar

Descripción general del funcionamiento de un sistema de energía solar

Los sistemas de energía solar tienen colectores que convierten la luz solar en calor en fluido, unidades de energía de respaldo destinadas a recolectar energía cuando está disponible y distribuirla cuando sea necesario, dispositivos para transmitir energía desde el almacenamiento a una carga, y las bombas, controles, etc.

El proceso de extracción de energía directa de la luz solar se denomina proceso fotovoltaico.

Una celda fotovoltaica es un tipo de detector fotovoltaico que convierte el flujo radiante directamente en corriente eléctrica.

Además, la energía se puede producir mediante calor a través de células fotovoltaicas porque se requiere luz solar.

Cuando la luz del sol golpea, el panel genera un voltaje mayor que el de la batería, lo que permite que se cargue.

Muchos paneles tendrán un diodo de bloqueo (un elemento eléctrico que solo permite que la electricidad fluya en una dirección), asegurando que la batería no se descargue a través del panel cuando no haya suficiente luz solar.

Se puede realizar una conexión a la batería para proporcionar una corriente continua de bajo voltaje para su uso.

El silicio es un semiconductor, lo que indica que tiene propiedades tanto de aislante como de metal.

La capa superior contiene fósforo o arsénico que se utiliza para dopar el silicio, mientras que la capa inferior contiene boro o galio.

El fósforo tiene 5 electrones de cenefa, lo que explica la química.

Transfiere cuatro electrones al silicio, que luego forma el enlace liberando su quinto electrón.

Cuando se reemplazan muchos átomos de fósforo en el cristal de silicio, están presentes muchos electrones libres, lo que resulta en silicio de tipo n.

El tipo n de silicio indica que la mayoría de los electrones están presentes.

En el caso del dopaje de silicio con boro, la red de cristal de silicio pierde un electrón.

Como resultado, es silicio de tipo p con una mayoría de huecos y una minoría de electrones.

Cuando las partículas de la luz solar, o fotones, caen directamente sobre un panel solar, se liberan electrones.

El trabajo aún no ha terminado.

Para generar electricidad, se debe crear un desequilibrio.

Cuando el silicio de tipo p y de tipo n están firmemente estructurados juntos, esto es posible.

Los electrones adicionales del silicio de tipo n se mueven en los agujeros presentes en el silicio de tipo p, creando un campo eléctrico en toda la celda.

Además, el silicio es un semiconductor, lo que significa que es un aislante y puede mantener eficazmente el desequilibrio.

Materiales utilizados en la fabricación de paneles solares.

Normalmente, el silicio está dopado con fósforo, arsénico, boro o galio.

Recientemente, los investigadores desarrollaron el nuevo elemento Argonne III, que es mucho más barato, más eficiente y más confiable.

Además, en comparación con el silicio, requiere menos tiempo de fabricación.

Esto hará que los paneles solares sean más asequibles para muchas personas que no han podido instalarlos en sus hogares debido a los altos costos.

Por lo tanto, es una invención muy importante para el desarrollo a largo plazo del medio ambiente de forma rentable.

Hay varios tipos de paneles solares que la gente usa en función de su utilidad.

Al comprar un panel solar, se deben considerar varios factores, incluido el lugar donde se instalará, el uso previsto (residencial o comercial) y el costo.

Los siguientes son algunos ejemplos de paneles solares:

Panel solar de silicio policristalino

Está basado en polisilicio y silicio multicristalino.

El silicio crudo se derrite primero, luego se vierte en un molde cuadrado, se enfría y se corta en obleas perfectamente cuadradas.

Además, se introdujo por primera vez en el mercado en 1981.

Los paneles policristalinos tienen una larga vida útil.

Se ha descubierto que los paneles instalados hace 25 años todavía están en perfecto estado de funcionamiento.

Tienen un rendimiento de 120 a 150 Watt metros cuadrados.

Es posible una excepción del 12% al 15%.

Debido a que los límites de ganancia de cristal pueden atrapar electrones, la eficiencia es significativamente baja.

Los paneles policristalinos tienen un coeficiente térmico reducido, lo que implica que sus índices de alta temperatura son ligeramente más bajos.

Aunque requieren poco espacio para instalar y están ampliamente disponibles, son menos productivos que los paneles solares de silicio monocristalino.

Panel solar de silicio monocristalino

El panel solar de silicio monocristalino está cortado de aleaciones, lo que le da al panel un diseño uniforme.

Estos cristales de tamaño astronómico son difíciles de producir porque son raros y el proceso de recristalización es increíblemente costoso.

Tiene una gran relación potencia-tamaño, con una eficiencia de 135-170 Watts por metro cuadrado.

Además, algunas de las unidades ahora tienen una conversión de eficiencia del 18%.

La principal desventaja es que es sensible a la sombra y al polvo.

Incluso si solo una celda de panel solar está a la sombra, su rendimiento se reducirá al 20%.

Panel solar amorfo o de película delgada

A través de la deposición de vapor, se rocía silicio sobre el sustrato.

El agua de silicio tiene una capa de 1 micrón de espesor, lo que indica que requiere menos energía para generarse y es menos eficiente que el agua mono o policristalina.

Funciona de manera excelente en ambientes más calurosos en comparación con los otros dos paneles, pero ocupa más espacio.

Debido a que utiliza menos silicio y no tiene marco de aluminio, la eficiencia general se reduce automáticamente.

El efecto Staebler-Wronski reduce la eficiencia del módulo, y la razón básica es que la exposición prolongada a la luz solar provoca una deformidad en la densidad del silicio amorfo.

¿Cuál es el propósito de un inversor de sistema de energía solar?

El inversor es el componente más laborioso de su sistema solar.

Su función principal es convertir la corriente continua (CC) que fluye de sus paneles solares en la corriente alterna (CA) utilizada por su hogar.

Aparte de esta función principal, los inversores solares realizan tres tareas adicionales: seguimiento de voltaje, comunicación de red y apagado de emergencia.

Los inversores de paneles solares están a cargo de monitorear continuamente el voltaje de su sistema solar para determinar la potencia óptima a la que pueden operar sus paneles solares, asegurando que los paneles generen la energía más limpia y en todo momento.

Los inversores fuera de la red generalmente utilizan tecnología de onda sinusoidal modificada menos costosa.

Por el contrario, los inversores solares domésticos conectados a la red generan una onda sinusoidal pura de electricidad de CA, lo que garantiza que sus electrodomésticos sensibles funcionen sin problemas y de manera eficiente.

Los inversores solares deben comunicarse con la red eléctrica.

Los inversores se aseguran de que la energía de sus paneles solares no llegue a las líneas de transmisión fuera de su hogar en caso de un corte de energía a corto plazo.

Esto garantiza que los expertos que realizan reparaciones de cableado no se vean afectados.

Cuando su hogar no requiere energía o sus baterías están llenas, sus inversores alimentan cargas de energía a la red (si las tiene conectadas a su sistema solar).

También es necesario que los inversores se apaguen si detectan un arco eléctrico peligroso, provocado por el envejecimiento del sistema y la degradación del material dentro del cableado y los paneles solares de su hogar.

Algunos inversores superan a otros en lo que respecta al apagado de seguridad.

Opciones de inversor para su sistema de energía solar

Una de las decisiones más importantes que debe tomar al instalar un sistema de paneles solares para su hogar es el tipo de inversor que debe usar.

Los inversores son fundamentales para el rendimiento continuo de su sistema de energía solar debido a la compleja electrónica de potencia y el software que contiene.

Hay 4 tipos principales de inversores solares para elegir:

Inversores de cadena

Un inversor de cadena está diseñado para trabajar con paneles que están esencialmente unidos en grupos.

Toda la electricidad de CC generada por los paneles se envía por la línea de una vez al inversor para su conversión a CA.

Los inversores de cadena pueden manejar varios conjuntos de cadenas y es posible que necesite más de uno, según el tamaño de su instalación solar.

Suponga que uno de los paneles está a la sombra de árboles a una determinada hora del día.

En ese caso, la eficiencia de todo el conjunto se deteriora ya que la producción depende del rendimiento del panel solar de peor rendimiento.

Los inversores de cadena suelen durar de 10 a 15 años.

Algunos incluso pueden durar hasta 20 años si se instalan en un lugar fresco y bien ventilado, lejos de la luz solar directa.

Microinversores

Cuando algunos paneles se vieron afectados por la sombra, los daños o demasiadas heces de aves, algunos ingenieros inteligentes idearon el concepto de microinversores solares para resolver los problemas de rendimiento del sistema.

Los microinversores hacen el trabajo de convertir CC a CA en la parte posterior de cada panel.

Incluso en condiciones de sombreado variable, los niveles máximos de electricidad de corriente alterna (CA) fluyen desde sus paneles solares a su hogar y la red eléctrica Las investigaciones revelan que el uso de microinversores en lugar de inversores de cadena da como resultado un aumento del 27% en la eficiencia en instalaciones solares parcialmente sombreadas.

Tener un componente en cada panel también permite la supervisión de un panel individual, lo que le alerta sobre cualquier problema de rendimiento inesperado.

Optimizadores de energía

Los optimizadores de energía, similares a los microinversores, están conectados a la parte posterior de cada panel solar y permiten el seguimiento individual del panel.

Sin embargo, no convierten la electricidad de CC en CA.

Por el contrario, controlan el voltaje y el estado de la corriente CC que atraviesa las cadenas de sus paneles solares para garantizar que se envíe la máxima cantidad de energía a su inversor.

La electricidad de CC optimizada y acondicionada se envía a un inversor más pequeño modificado, que convierte la potencia de CC en corriente alterna (CA).

Las configuraciones del optimizador de energía son menos costosas que los microinversores, más confiables y permiten una expansión simple del sistema.

Debido a que las baterías y los paneles solares conversan en el mismo idioma de CC, los optimizadores de energía son ideales para los sistemas de respaldo de batería.

La energía de sus paneles solares puede cargar directamente sus baterías, evitando las pérdidas del sistema causadas por la conversión de CC a CA y de regreso a CC.

Inversores híbridos

Con el creciente énfasis en la confiabilidad y la independencia energética, es importante tener en cuenta que los inversores híbridos también complementan los sistemas domésticos de respaldo de batería.

Los inversores híbridos pueden convertir la electricidad de CC de sus paneles solares en CA para su hogar, así como la electricidad de CA de la red a CC para cargar su banco de baterías.

También incluyen un controlador de carga, que detecta de manera inteligente cuándo dirigir la electricidad a sus baterías, circuitos domésticos o la red, o cuándo sacar electricidad de la red para cargar su batería.

Algunos inversores híbridos tienen varios modos que se pueden instalar para alimentar circuitos domésticos críticos cuando la red no funciona.

Instrumentación y medidores del sistema de energía solar

Los paneles solares prediseñados con todos los componentes que necesitará, hasta las tuercas y tornillos, están disponibles para su compra.

Teniendo en cuenta una descripción de su ubicación y necesidades, cualquier buen proveedor puede dimensionar y especificar sistemas para usted.

No obstante, el conocimiento de las partes del sistema, los diversos tipos disponibles y los criterios de selección son esenciales.

Los protectores contra sobretensiones evitan que su sistema sufra picos de voltaje que pueden ocurrir si un rayo cae sobre los paneles solares o las redes eléctricas cercanas.

Una sobretensión es un aumento sustancial de voltaje por encima del voltaje de diseño.

Los paneles solares utilizan principalmente dos tipos de medidores:

Medidor de kilovatios-hora para servicios públicos

Un medidor de kilovatios-hora de servicios públicos mide la cantidad de electricidad suministrada o recibida de la red.

Las empresas de servicios públicos normalmente utilizan medidores bidireccionales con una pantalla digital en los hogares con sistemas eléctricos solares para realizar un seguimiento separado de la electricidad en ambas direcciones.

Algunas compañías eléctricas le permitirán usar un medidor estándar que puede girar hacia atrás.

En este caso, el medidor de servicios públicos gira hacia adelante cuando extrae energía de la red y hacia atrás cuando su sistema alimenta o "empuja" energía a la red.

Medidor del sistema

El medidor del sistema monitorea y muestra la condición y efectividad del sistema.

La generación de energía por módulos, la energía utilizada y la carga de la batería son ejemplos de puntos monitoreados.

Es posible ejecutar un sistema sin un medidor de sistema, pero se recomienda encarecidamente usar medidores.

Debido a que los controladores de carga modernos incluyen funciones de monitoreo del sistema, es posible que no se requiera un medidor de sistema separado.

Desconexiones del sistema de energía solar

Las desconexiones de seguridad, tanto automáticas como manuales, protegen el cableado y los módulos de picos de voltaje y otras fallas del sistema.

También garantizan que el sistema se pueda apagar de forma segura y que las piezas se puedan quitar para su reparación y mantenimiento.

Para los sistemas conectados a la red, las desconexiones de seguridad garantizan que el equipo de generación esté aislado de la red, lo cual es fundamental para la seguridad del personal de la empresa de servicios públicos.

en general, cada fuente de alimentación o dispositivo de almacenamiento de energía del sistema requiere una desconexión.

No siempre es necesario tener una desconexión diferente para cada una de las funciones del sistema.

Por ejemplo, si un inversor se coloca en el exterior, una desconexión de CC puede funcionar como desconexión de CC de la matriz y desconexión de CC del inversor.

Durante el mantenimiento de cualquier componente, considere si descuidar una desconexión por separado contribuirá a una condición peligrosa.

Tenga en cuenta también la posición de la desconexión.

Una desconexión colocada en una posición inconveniente puede provocar una propensión a dejar la energía encendida durante el mantenimiento, lo que representa un riesgo para la seguridad.

La desconexión de CC del componente ayuda a detener de forma segura el flujo de corriente eléctrica desde el panel solar mientras se realiza el mantenimiento o la detección de fallas.

Para protegerse contra picos de voltaje, la desconexión de CC del arreglo también puede incluir fusibles o disyuntores integrados.

La desconexión de CC del inversor, junto con la desconexión de CA del inversor, se utiliza para desconectar de forma segura el inversor de todo el sistema.

En la mayoría de los casos, la desconexión de CC del inversor también funciona como desconexión de CC del conjunto.

La desconexión de CA del inversor separa los paneles solares del cableado de la casa y de la red.

La desconexión de CA normalmente se instala dentro del panel eléctrico principal de la casa.

Suponga que el inversor no está cerca de compañías eléctricas.

En ese caso, generalmente requiere una desconexión de CA exterior que sea segura, tenga cuchillas visibles y se instale junto a la red pública para facilitar el acceso.

Una desconexión de CA ubicada dentro del panel eléctrico o como parte del inversor no cumpliría con estas especificaciones.

La eliminación del medidor en sí es una opción que es tan aplicable a algunas empresas de servicios públicos como una desconexión de CA accesible, pero ese no es el estándar.

Visite la empresa de servicios públicos para conocer sus especificaciones de conexión a la red antes de comprar el equipo.

El panel eléctrico, una desconexión de CA adicional debe instalarse cerca del inversor.

Módulos del sistema de energía solar

El módulo solar es el núcleo de un sistema de energía solar.

El productor conecta muchas células solares para crear un módulo solar.

Cuando los módulos solares se instalan en un local, se conectan en serie para formar cadenas.

Conectando cadenas de módulos en paralelo forman una matriz.

Los sistemas fotovoltaicos residenciales que están conectados a la red utilizan módulos con potencias nominales de entre 100 y 300 vatios.

La potencia nominal es la energía óptima que puede generar un panel con 1000 vatios de rayos solares por metro cuadrado en aire en calma a una temperatura de celda de 25 ° C.

Las realidades prácticas rara vez complementan las eficacias comercializadas, por lo que la producción de energía real suele ser menor.

Los sistemas complejos que no utilizan baterías suelen estar cableados para generar entre 235 V y 600 V.

También se están utilizando voltajes de matriz más altos en sistemas basados en baterías, aunque la mayoría de los controladores de carga todavía requieren voltajes más bajos de 12V, 24V o 48V para complementar el voltaje de la cadena de baterías.

Debido a que los precios y las capacidades de los módulos cambian constantemente a medida que mejoran la tecnología y las técnicas de producción, es difícil hacer recomendaciones que sean ciertas en el futuro, como qué tipo de módulo es el menos costoso o la mejor opción en general.

Las comparaciones deben basarse en los detalles actuales proporcionados por los productores y en las pautas estrictas de su uso.

Los módulos de alto rendimiento tendrán una mayor proporción de vatios por área.

Cuanto mayor sea la eficiencia, menor será el área (es decir, menos módulos) necesaria para lograr la misma salida de energía de un panel.

Los módulos más eficientes reducirán los costos de instalación, pero esto debe equilibrarse con el mayor costo de los módulos.