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¿Como funcionan Paneles Solares? En los últimos años, la atención se ha centrado en las fuentes de energía renovable. Comprender cómo funcionan es esencial para aprovechar al máximo sus beneficios. Esta tecnología ha avanzado significativamente en los últimos años, volviéndose más accesible y eficiente.
Además, los paneles solares no solo son una solución ecológica, sino también una forma efectiva de reducir costos energéticos a largo plazo. La implementación de paneles solares puede tener un impacto positivo tanto en el medio ambiente como en la economía de los hogares y empresas.
¿Qué son los Paneles Solares?
Los paneles solares son dispositivos que convierten la luz solar en electricidad. Están compuestos por células fotovoltaicas, que son materiales semiconductores. Estos materiales son los responsables de la conversión de la energía solar. En términos más técnicos, las células fotovoltaicas contienen materiales como el silicio que pueden absorber fotones de luz solar y liberar electrones. Este proceso genera una corriente eléctrica que puede ser utilizada para alimentar diversos dispositivos y sistemas. Los paneles solares son una innovación clave en la transición hacia fuentes de energía más sostenibles y renovables.
Existen varios tipos de sistemas fotovoltaicos, cada uno con características y aplicaciones específicas.
Autónomos
Estos sistemas se instalan en zonas marginadas o que se encuentran lejos de alguna red eléctrica. Tienen las mismas características que los sistemas interconectados, salvo que estos utilizan pilas donde se almacena la energía que se obtiene durante el día y puede ser utilizada durante la noche.
El único inconveniente es el costo, ya que el tiempo de vida útil de las pilas es de 3-5 años. Estas se tendrían que cambiar las veces que sea necesario durante el tiempo de vida útil de nuestros paneles. Aparte del costo de limpieza y mantenimiento que el sistema implica.
Interconectados
Estos sistemas a diferencia de los autónomos no utilizan pilas ya que están conectados a la red eléctrica de CFE. El sistema puede mandar la energía excedente a la red, y ser medida gracias a un medidor bidireccional por donde entra o sale energía.
La principal ventaja de la instalación de paneles solares es la pronta recuperación de la inversión. Además de que no se tienen que hacer gastos de mantenimiento. Estos son ideales para uso comercial o residencial.
Componentes Principales de Paneles Solares
Según Natalichio (2020) «Un panel solar es esencialmente un sándwich electrónico. El relleno es una fina capa de células de silicio cristalino, que están aisladas y protegidas de los elementos en ambos lados por láminas de polímeros y vidrio. Todo se mantiene unido en un marco de aluminio. En la parte posterior del panel, una caja de conexiones contiene cableado de cobre que canaliza la electricidad a medida que se genera». Cada parte del panel, puede volver a utilizarse, aunque la desventaja es el costo que genera el proceso de reciclaje [1].
Panel solar
Las células fotovoltaicas son el corazón de los paneles solares. Son las encargadas de transformar la radiación del sol en energía eléctrica. Están hechas de materiales como el silicio, que tiene propiedades semiconductoras.
El silicio, en particular, es un material muy efectivo debido a su abundancia y capacidad para absorber luz. Cada célula fotovoltaica está diseñada para maximizar la absorción de luz y minimizar las pérdidas de energía, asegurando así una conversión eficiente de la energía solar.
Los paneles solares se caracterizan por su funcionalidad en condiciones óptimas de (radiación 1000w/m2 y temperatura 25°C).
Existen los mono-cristalinos y poli-cristalinos.
Estas células pueden venir en varias formas y tamaños, pero todas tienen el mismo propósito fundamental de convertir la luz solar en electricidad.
Inversores
Los inversores convierten la corriente continua (CC) generada por los paneles solares en corriente alterna (CA), que es la forma de electricidad que se utiliza en los hogares. Este proceso es crucial porque la mayoría de los electrodomésticos y sistemas eléctricos están diseñados para funcionar con corriente alterna.
Los inversores también juegan un papel importante en la regulación de la tensión y frecuencia de la electricidad generada, asegurando que sea segura y compatible con la red eléctrica existente. Sin un inversor eficiente, la electricidad generada por los paneles solares no sería utilizable en la mayoría de las aplicaciones prácticas.
Existen dos tipos de sistemas para generar la energía eléctrica con paneles solares. Uno es independiente de la red por lo que la energía generada, es acumulada en baterías. Esta será usada hasta el momento que sea requerida ya sea en el hogar o negocio. El otro por medio de la interconexión a la red local de electricidad (CFE). En este caso el sistema fotovoltaico se conecta directamente a la instalación eléctrica de tu casa. Los consumos son registrados a través de un medidor bidireccional que contabiliza los kwh generados y consumidos. Este medidor no tiene ningún costo adicional
Estructuras de montaje
Juegan un papel importante dentro del sistema. No solo es el cumplimiento de soportar o mantener el sistema y durar todos los años del sistema a la intemperie.
Las estructuras de montaje sostienen los paneles solares en su lugar, ya sea en techos, suelos o estructuras específicas. Estas estructuras deben ser robustas y duraderas, capaces de resistir condiciones climáticas adversas y mantener los paneles en la orientación óptima para la máxima exposición solar.
La instalación adecuada de las estructuras de montaje es esencial para la eficiencia del sistema solar, ya que una mala orientación o ángulo puede reducir significativamente la cantidad de energía capturada. Además, estas estructuras permiten la ventilación adecuada de los paneles, evitando el sobrecalentamiento y mejorando su rendimiento a largo plazo.
Para mayor información, visita la sección de «¿Cómo Instalar Estructuras para Paneles Solares?»
Regulador de carga (sistemas aislados)
Este componente administra de forma eficiente la energía que va a entrar en las baterías. Esto para ayudar a prolongar su vida útil y proteger al sistema de fallas como sobrecargas.
Batería (sistemas aislados)
Almacenan la energía eléctrica que fue producida por los paneles solares y que previamente fue regulada para poder ser utilizada en otro momento. Se comercializan según la capacidad y se mide en Ampers-hora.
Cada uno de los anteriores componentes de un sistema de energía solar usa diferentes tecnologías. Los cuales hacen a los sistemas más o menos robustos y brindan otro tipo de propiedades. El uso de cada uno de estos componentes y la tecnología a usar depende mucho de la necesidad que se busca cubrir y las limitantes técnicas.
¿Cómo Funcionan los Paneles Solares?
La luz solar está compuesta por pequeñas partículas llamadas fotones los cuales al interactuar con los átomos de silicio que conforman a las celdas fotovoltaicas permite la liberación de electrones, generando así la electricidad.
La energía generada por las celdas fotovoltaicas debe pasar por un proceso de conversión para poder obtener energía de corriente alterna que es aquella que tenemos todos nosotros en nuestros hogares, de este proceso se encarga un inversor de corriente que se conectará a la instalación eléctrica existente, es decir no requiere realizar ningún tipo de modificación a su instalación actual.
El núcleo esencial consiste en un módulo fotovoltaico que captura la energía solar y la canaliza hacia otros elementos para su conversión en corriente continua o alterna. Es crucial cumplir con estándares de calidad para lograr mayor eficiencia y evitar riesgos de accidentes eléctricos.
Como ya hemos mencionado los sistemas fotovoltaicos requieren de la energía lumínica proveniente del sol, por lo tanto se requiere de lugares soleados, libres de sombras durante el día para su instalación, pudiendo ser lugares adecuados techos y azoteas de casas o edificios.
La mejor época del año
Es muy importante saber que el funcionamiento de los paneles solares dependerá de cada estación del año.
De tal forma tal que en primavera (21 de marzo al 21 de junio) se espera una producción de energía de nivel máximo. Seguido por un nivel medio a bajo en verano (21 de junio al 21 o 23 de septiembre). Debido principalmente a la temporada de nublados y lluvias que se presentan en la mayor parte del territorio nacional, manteniéndose así todavía parte de otoño. La producción comienza a incrementarse nuevamente de mediados a finales de este periodo (21 o 23 de septiembre al 21 de diciembre). Hasta regularse finalmente con una producción de energía de nivel medio a máximo en la estación de invierno (21 de diciembre al 21 de marzo).
Cuál es el efecto solar térmico?
La producción de centrales fotovoltaicas también puede utilizar energía térmica generada por radiación solar. Este fenómeno se denomina efecto solar térmico, es decir, el aprovechamiento del calor solar para convertirlo en una fuente de calor de agua.
Las células solares fotovoltaicas hacen algo asombroso: convierten la luz del sol en electricidad. ¿Cómo? Usan el «efecto fotoeléctrico». Este efecto ocurre cuando ciertos materiales absorben fotones de la luz solar y liberan electrones. ¿Y sabes qué hacen esos electrones liberados? ¡Generan corriente eléctrica!
El material del que esta hecho la mayoría de los paneles es de silicio. Gracias a esto los electrones tienen una gran facilidad de fluir.
Por otro lado, los colectores solares térmicos usan paneles o espejos para absorber y concentrar el calor solar, transferirlo a un fluido y conducirlo por tuberías para su aprovechamiento en edificios e instalaciones, o también para la producción de electricidad (solar termoeléctrica) [3].
Aprovechando la energía excedente
Como sabemos, las condiciones climatológicas cambian durante todo el año. Así mismo, varía la producción energética de nuestro sistema. Por lo tanto, habrá meses en que el usuario genere más energía de la que está consumiendo.
Toda esa energía excedente será registrada y compensada al usuario en los meses en que su generación sea menor a su consumo. El usuario dispone de un total de 12 meses para hacer uso de la energía excedente. Por eso es necesario realizar un correcto dimensionamiento y no generar mayor energía de la que se requiere durante todo el año. Un sistema sobredimensionado supondría una mayor inversión [4].
Comercio VS Casa Habitación
A continuación veremos gráficos del comportamiento de la energía en 2 casos diferentes. Estos ejemplos servirán para un mejor entendimiento del funcionamiento de un sistema fotovoltaico interconectado a la red. En esta gráfica se hace la comparación del consumo bimestral durante el transcurso del año estando en operación el sistema fotovoltaico. Este consumo se compara contra los niveles de generación estimada de la energía del propio sistema fotovoltaico. Generación que se pueden llegar a producir durante el transcurso de dicho año .
Tienda de abarrotes
En este gráfico se observa principalmente el funcionamiento de los paneles solares del mes de Marzo al mes de Junio. Esta es la temporada del año en la que se espera del sistema fotovoltaico una producción de energía de nivel máximo.
Para el caso de una tienda de abarrotes resulta ser comúnmente la temporada en la que se incrementa el consumo de energía. Esto debido a los enfriadores ó congeladores. Estos demandan mayor carga eléctrica para regular su enfriamiento por el calor que se presenta en el ambiente. Siendo ésta misma temporada del año la que mejor refleja el funcionamiento de los paneles solares. Ya que aportan producción de energía de nivel máximo para disminuir en gran medida el alto consumo de energía. Y es que ésta temporada del año representa el mayor consumo eléctrico para una tienda de abarrotes.
Casa habitación
Para una casa habitación en la temporada del mes de Marzo al mes de Junio se puede presentar un incremento en el consumo de energía. Esto por determinados aparatos que se encienden como los ventiladores o aires acondicionados. Sin embargo es también en esta temporada del año en la que mejor se puede reflejar el funcionamiento de los paneles solares. Esto al aportar su producción de energía de nivel máximo, y disminuir al mínimo ó casi al mínimo el consumo de energía que se presenta en ésta temporada del año en una casa habitación.
Así mismo en este gráfico se observa que del mes de Enero al mes de Marzo es la temporada del año en la que se espera del sistema fotovoltaico una producción de energía de nivel medio a máximo. Para una casa habitación en la que se presenta un alto consumo de energía desde mediados del mes de Diciembre y parte de Enero. Esto por determinados aparatos que duran encendidos la mayor parte del día. Algunos ejemplos son televisores, reproductores de música y video, series de luces navideñas y otros arreglos. El sistema fotovoltaico al aportar su producción de energía de nivel medio a máximo logra tan solo reducir el consumo de ésta temporada del año.
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FAQ
¿Cómo funcionan los paneles solares?
Los paneles solares funcionan mediante la conversión de la luz solar en electricidad a través del efecto fotoeléctrico. Un módulo fotovoltaico captura la energía solar y la canaliza para su conversión en corriente eléctrica, utilizando principalmente silicio como material para facilitar el flujo de electrones
¿Cuál es el efecto solar térmico?
El efecto solar térmico es la generación de energía térmica mediante la radiación solar. En el caso de las centrales fotovoltaicas, se aprovecha el calor solar para convertirlo en una fuente de calor de agua
¿Cuáles son los beneficios de la energía solar?
La energía solar ofrece beneficios como desarrollo sostenible, investigación, generación de empleo y es una fuente no contaminante. En México, destaca como líder natural en la captación de energía solar, con ventajas para casas y empresas que instalan paneles solares
Fuentes
-
- Natalichio, R. (16 de 08 de 2020). EcoPortal.net. Obtenido de Los paneles solares están empezando a convertirse en un problema de basura tóxica.
- Green Passive Solar Magazine (Recuperado Marzo 2018)
- Gabinete de Estudios de CONSOLAR. (2009). La energía solar. Aplicaciones prácticas. (5.a ed., Vol. 3). PROGRENSA.
- CFE
- Central solar. Aprovechamiento de la energía solar. Endesa fundación.
