Do sol aos nosos enchufes: A fotovoltaica para principiantes

Do sol aos nosos enchufes. Ese é, nun resumo tan apurado como certeiro, o percorrido que traza a enerxía fotovoltaica dende a súa orixe até chegar a cumprir coas súas finalidades, xa sexan estas o autobastecemento dunha vivenda unifamiliar ou o subministro dunha empresa nun polígono industrial. Este periplo atravesa diferentes fases e precisa dunha serie de elementos que van máis aló da enerxía fotovoltaica.

Porén, antes de describir os elementos que conforman as instalacións, cómpre comezar por termos claro o proceso físico que garante a produción de electricidade a través da radiación solar: o efecto fotovoltaico. Para entender a súa natureza, podemos tirar man dun breve resumo que sintetiza a complexidade do fenómeno: os diferentes fotóns que conforman os raios de luz, ao incidiren sobre unha superficie dun material cunhas propiedades semicondutoras determinadas, liberan electróns xerando un fluxo eléctrico. Nisto baséase o funcionamento das placas, construídas con silicio dopado con boro e fósforo. A dopaxe deste elemento químico consiste no agregado de impurezas para alterar as súas propiedades de condución eléctrica.

A cela fotovoltaica

As celas fotovoltaicas constitúen o primeiro chanzo. Son dispositivos eléctricos planos, compostos por diferentes capas e construídos polos semicondutores, feitos a base do xa amentado silicio dopado. As celas fotovoltaicas reciben tamén os nomes de fotocelas ou celas solares. E para entendermos, sen moitas máis reviravoltas, podemos dicir que son os cadradiños que lles dan aos paneis o seu característico aspecto case que axadrezado.

A suma de celas, conectadas en serie ou en paralelo, conforman un panel solar. O número pode variar, dependendo da potencia que busquemos e, como podemos adiviñar, cantas máis celas concorran nun panel, maior potencia.  Para facérmonos unha idea, se tomamos un modelo bastante habitual de panel, un de 450W, sobre a súa superficie contaremos entre 144 e 156 fotocelas. A distribución máis frecuente repárteas en seis ringleiras.

Clases de paneis

Os paneis conforman o segundo chanzo da produción de enerxía fotovoltaica e hainos de distintas clases. Destínguense tres categorías se atendemos ao tipo de construción, o cal como é natural inflúe na potencia, na eficiencia ou no investimento preciso.

  • Monocristalinos. Rexistran unha maior eficiencia ao estaren fabricados cunha capa de silicio a unha temperatura homoxénea. Amosan unha cor negra uniforme.
  • Policristalinos. Menos eficientes, pero máis económicos. Ao estaren fabricados a temperaturas desiguais, dende o punto de vista da estética, amosan máis irregularidades ao seren dun cor azul escuro que non é completamente uniforme.
  • Son as opcións máis económicas ao estaren fabricados con menos capas ca os anteriores. Visualmente teñen certa homoxeneidade, mais carecen de conexións visibles entre celas.

A día de hoxe a industria céntrase na fabricación de paneis monocristalinos de alta eficiencia.

A conversión fotovoltaica: o inversor

Un terceiro elemento que debemos ter en conta á hora de falar da enerxía fotovoltaica é o inversor, peza fundamental para que a produción dos paneis sirva electricidade á nosa empresa ou ao noso fogar. Neste senso, hai que ter presente que o efecto fotovoltaico que se dá nas celas fotovoltaicas produce corrente continua e non alterna, que é a que empregamos a diario. É aquí onde entran en xogo os inversores, dispositivos cuxa misión principal é levar a cabo a conversión. Ademais, estes aparellos tamén actúan para optimizar a produción, achegan información sobre a instalación e fan o seguimento do punto de Potencia Máxima (ou en inglés MPPT, siglas que responden a “Maximum Power Point Tracking”).

A orientación

Malia que pode resultar obvio que os paneis deben estar expostos directamente á radiación solar,  hai unha serie de matices que debemos ter presentes para comprender o funcionamento da produción desta enerxía renovable. Para garantir o máximo rendemento, os paneis han de estar orientados de forma perpendicular á incidencia dos raios do sol. A colocación, loxicamente, dependerá tanto da rotación coma da translación do planeta. É dicir, do momento do día e do ano que marque o calendario. Ah! E tamén de onde estamos parados no mapamundi.

Para falarmos ao caso sobre a cuestión, é primórdial definirmos os dous ángulos máis importantes da orientación dos módulos:

  1. Azimut, que se trata da orientación respecto do sur, e que fai o seguemento do sol ao longo da súa traxectória estacional.
  2. Tilt,que se trata da orientación respecto do chan, e que fai o seguemento do sol ao longo da súa traxectória diária.

Así, se instalamos paneis en Galicia, por estarmos no hemisferio norte, o Azimut debería ser sempre de 0º respecto do sur, e o Tilt de 30 graos durante o inverno, mentres que no verán habería que situalo a 60 graos. De nos atoparmos en Mozambique, é dicir no hemisferio sur, fariamos exactamente á inversa. E de morar no Brasil atravesado polo ecuador, colocariamos cada panel o máis horizontal posíbel, case que en paralelo co chan.

Hai mecanismos que permiten a orientación dinámica dos paneis. O sistema máis depurado (tamén máis custoso e voluminoso) regula a orientación ao longo do día. Imitan así os tornasoles. Outros basculan segundo a estación do ano, o cal tamén precisa dun espazo considerable nos tellados e cubertas.

Na realidade, a día de hoxe apenas se empregan sistemas para axustar dinamicamente a orientación dos paneis nas plantas de autoconsumo en cuberta. Este tipo de sistemas teñen un elevado custo de instalación e mantemento que non sempre compensan o correspondente aumento de produción. Para pequenas plantas é máis eficiente aumentar a produción dun xeito máis sinxelo: instalando máis paneis. Pola contra, nalgúns grandes campos fotovoltaicos instalados en superficie si se vén optando por axustar dinamicamente o eixo horizontal, o Tilt, para facer un seguimento do sol ao longo da súa traxectoria diaria. Novos avances fan economicamente viables este tipo de sistemas para grandes plantas. Os que apenas se instalan xa son os sistemas de seguimento no eixo vertical, o Azimut, xa que os aumentos de produción nese caso non compensan o aumento de custo que supón ese tipo de seguimento.

Protección e cableado

Como calquera tipo de elemento que implica produción, almacenamento ou distribución eléctrica, unha instalación fotovoltaica debe contar cun sistema de protección constituído por dispositivos que actúen fronte aos riscos de sobrecorrente, de sobretensión e de contactos eléctricos. Alén diso, debe haber sistemas de control tanto para a corrente alterna coma para a corrente continua. En canto o cableado, cómpre ter en conta o tamaño da instalación e a distancia que se percorre, xa que se  rexistran baixadas de tensión pola lonxitude dos cables.

Illado ou en rede?

Un último elemento que pode concorrer nun sistema fotovoltaico son as baterías. A súa presenza dependerá de se a instalación está conectada á rede ou é independente ao ser un circuíto illado:

-Conexión á rede xeral. Nestes casos, o habitual é que non haxa baterías, xa que as compensacións que se poidan necesitar chegarían da rede xeral. Nestes casos, o propietario da instalación pode chegar a ser ao tempo consumidor (cando completa o seu consumo con achegas da rede xeral) e produtor (cando vende os excedentes de enerxía).

-Instalación illada. Neste caso, teremos unha serie de baterías que almacene os excedentes para os momentos que precisemos compensación ou para suplir no futuro posibles avarías.

Por último e menos frecuente, atopamos as instalacións conectadas á rede e con batería ao mesmo tempo. Este caso responde a que a persoa ou entidade propietaria desbota a opción de vender os excedentes da súa produción e decide asumir o custo das baterías para os almacenar.

Estes son os trazos xerais e básicos para comprender o funcionamento. Calquera dúbida ou necesidade que teñas para a túa futura instalación ou para a ampliación da que xa tes en funcionamento, en Enova atoparás todas as respostas.