En los últimos años se ha disparado el número de placas solares en los tejados destinadas al autoconsumo. Este tipo de instalaciones permiten la generación de energía eléctrica renovable, la cual podrá ser utilizada por el dueño de la instalación o inyectada en la red eléctrica, abaratando así la factura de la luz.
El precio para instalar paneles solares se ha reducido un 70% en los últimos 20 años. Este hecho junto a la simplificación administrativa necesaria para la instalación de placas solares y el creciente incremento en la factura de luz ha dado lugar al despegue del autoconsumo a base de placas solares. Así mismo, la Agencia Internacional de la Energía prevé que en los próximos años se duplique el número de instalaciones fotovoltaicas en el sector residencial.
En el presente post te contamos cómo funciona una instalación de placas solaresa partir de energía solar fotovoltaica. Para poder comprender el funcionamiento de la misma te explicamos en primer lugar el funcionamiento de una célula o celda solar.
Placas solares: ¿Cómo funciona una célula solar?
Las células solares, son unos dispositivos diseñados para transformar la energía lumínica procedente del sol en energía eléctrica. Para ello se aprovechan de las propiedades de materiales semiconductores. A día de hoy, el silicio es el material semiconductor más usado para la fabricación de células fotovoltaicas, representando aproximadamente el 95% de módulos vendidos actualmente.
El silicio es el material más abundante en la corteza terrestre y el semiconductor más utilizado en la fabricación de microchips. Sin embargo, existen otros materiales con los que fabricar células fotovoltaicas como el Teluro de Cadmio o las Perovskitas. Las células fotovoltaicas a base de silicio se pueden clasificar en dos tecnologías, el silicio monocristalino y policristalino, que actualmente copan el 80% y 15% del mercado respectivamente.
El proceso de fabricación de estas células se basa en la purificación de piedras de cuarzo para obtener silicio con un grado de pureza superior al 99,999 %. Posteriormente el silicio puro se funde a altas temperaturas para iniciar un proceso de crecimiento cristalino, obteniendo así los denominados lingotes de silicio. A continuación los lingotes son cortados en finas láminas que reciben el nombre de obleas. Las obleas son procesadas y tratadas adecuadamente dando lugar al producto final, la célula fotovoltaica.
Las células solares monocristalinas están formadas por un único cristal de silicio. Esto les confiere un alto rendimiento, que se sitúa entre el 18 y 21%. En otras palabras, este tipo de células son capaces de transformar el 18-21% de la energía lumínica que incide sobre ellas. Por contra, el proceso de fabricación de células monocristalinas resulta altamente complejo, por lo que el precio de estas células es más elevado.
Las células policristalinas, como su propio nombre indica, están compuestas por varios cristales de silicio. Este tipo de células sacrifican parte del rendimiento con el fin de reducir los costes de producción. Por ello presentan rendimientos peores, que se sitúan entre el 14 y 17%, aunque el precio de las mismas es significativamente inferior en comparación con la tecnología monocristalina.
Las células fotovoltaicas de silicio cristalino de las placas solares están conformadas por la unión de una capa de silicio tipo p y otra capa de silicio tipo n, formando así la denominada unión p-n. El silicio tipo p es un silicio al que se le han introducido átomos de otro elemento químico con el fin de que la estructura cristalina tenga un defecto o falta de electrones. En el silicio de tipo n sucede al contrario; los átomos que se introducen en esta capa dan lugar a un exceso de electrones en la estructura cristalina de esta capa.
Cuando los fotones que conforman la radiación solar inciden sobre la placa solar y sobre la célula solar, los electrones de la estructura cristalina de silicio ganan la suficiente energía para pasar de la capa n (capa con exceso de electrones) a la capa n (capa con defecto de electrones).
En este sentido la unión p-n es fundamental para garantizar que estos electrones se vean obligados a circular por un circuito exterior, permitiendo la extracción de energía eléctrica de la célula. La energía generada por una única célula es relativamente pequeña. Es por ello que varias células fotovoltaicas son asociadas configurando un módulo fotovoltaico panel solar plano, compuesto típicamente por 60 o 72 células.
Alternativas a las placas solares convencionales
Los paneles solares planos son los elementos más extendidos para la generación de energía fotovoltaica. Sin embargo, existen otros dispositivos capaces de generar energía fotovoltaica además de presentar una mayor integración en los edificios y construcciones urbanas.
Aquí encontramos varios ejemplos como los cristales fotovoltaicos y las tejas solares. Los cristales fotovoltaicos permiten pasar una fracción de luz solar a la vez que generar energía fotovoltaica, lo que facilita la integración de generación renovable en ventanas, invernaderos, etc. Por otro lado, las tejas solares (la empresa Tesla instala este tipo de elementos) cumplen una función de impermeabilización al mismo tiempo que producen energía eléctrica, quedando perfectamente integradas en los tejados de las viviendas.
Funcionamiento de la instalación solar en conjunto
Cada instalación de placas solares estará configurada por el número de módulos necesarios para cumplir los requerimientos energéticos deseados, unos pocos paneles en el caso de instalaciones residenciales de autoconsumo o miles de ellos en grandes plantas fotovoltaicas que ocupan decenas de hectáreas.
Las placas solares se caracterizan por producir energía en corriente continua. Sin embargo, la corriente que llega a los enchufes de nuestras casas es alterna. Es por ello que todas las instalaciones fotovoltaicas precisan de un elemento denominado inversor. Este inversor se encarga de transformar la corriente continua en corriente alterna, permitiendo así el uso de la energía o la inyección de la misma en la red eléctrica. Además, el inversor garantiza que las placas solares se encuentren siempre trabajando en su punto de máxima potencia, produciendo así la mayor cantidad de energía posible.
Una vez comentada la tecnología detrás las instalaciones fotovoltaicas cabe destacar que las instalaciones de autoconsumo fotovoltaico son una de las principales herramientas con las que cuenta la sociedad actual para transicionar hacia un modelo energético libre de emisiones de gases de efecto invernadero, además de reducir la dependencia energética de otros países. La necesidad urgente de esta transición hace que las distintas instituciones públicas ofrezcan ayudas a aquellos que decidan instalar paneles solares en sus viviendas.
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