Instalaciones Fotovoltaicas: Tipos, Componentes y Últimas Tecnologías

Tipos de Instalaciones Fotovoltaicas Conectadas a la Red

Una instalación fotovoltaica puede conectarse a la red de baja tensión si no excede los 100 kW. Si no, deberá tener transformadores elevadores y celdas para conectarse a la red de distribución de alta tensión.

Protecciones en Instalaciones de Baja Tensión

1. Interruptor general manual: Interruptor automático con intensidad de cortocircuito superior a la indicada por la distribuidora en el punto de conexión. Accesible para la distribuidora para desconexión manual.
2. Interruptor automático diferencial: Con rearme automático para evitar paradas por disparos intempestivos y proteger a las personas en el tramo de corriente alterna. Lo más cerca posible de la red de distribución pública.
3. Interruptor automático para cada inversor: Permite realizar mantenimiento en una parte sin afectar al resto. Evita paradas del conjunto en caso de sobreintensidades o cortocircuito de una de las líneas o avería en el inversor.
4. Interruptor automático para conexión – desconexión: Se activa en caso de que los valores máximos o mínimos de temperatura y frecuencia proporcionados por el inversor no estén en el rango de valores de la red eléctrica. Los inversores incluyen aislamiento galvánico y control permanente de aislamiento en el subsistema de corriente continua.
5. Protección contra sobretensiones: En la entrada de corriente continua de cada inversor.
6. Protección mediante magnetotérmicos o fusibles: En la parte de corriente continua como elementos que permitan labores de mantenimiento.
7. Puesta a tierra: Unificada del marco de los módulos, de la estructura soporte y resto de masas metálicas, creando una red equipotencial para evitar diferencias de potencial peligrosas.
8. Aislamiento clase II: En todos los componentes: módulos, cableado, cajas de conexión, etc.
9. Configuración flotante del campo de generación: Para garantizar la seguridad de las personas ante defectos de aislamiento en el lado de continua.

Características de los Conductores del Campo Fotovoltaico

• Deben soportar durante 20-25 años altas temperaturas y la radiación ultravioleta.
• Unipolares con envoltura de goma que soporte temperaturas de más de 90ºC y alta resistencia a la radiación UV.
• En el lado de corriente continua, el aislamiento será doble o reforzado (clase II) para minimizar el defecto a tierra y cortocircuito.
• La tensión no debe superar el 50% de la sección y la caída de tensión debe ser inferior al 2%.

Puesta a Tierra

El esquema obligatorio en las redes de distribución pública es el TT, que consiste en poner a tierra el neutro del transformador de distribución y las masas de los receptores.

Tomas de Tierra

Cable de cobre desnudo de sección mínima de 35 mm² y a una profundidad de 0,5 metros.

Conductores de Protección

Cobre, aislados con cubierta de color verde-amarillo y tensión de aislamiento 450/750 V.

Topología de las Instalaciones Fotovoltaicas

Huerto Solar (Central Solar o Planta Fotovoltaica)

Diseñadas para la venta de energía eléctrica. Orientadas para maximizar la producción de energía anual. Pueden ser:

• De paneles con seguimiento de dos ejes.
• De paneles con seguimiento de un eje.
• Fijas (en las fijas se puede modificar el ángulo de inclinación de forma manual).

Componentes:

• Paneles fotovoltaicos.
• Inversores de conexión a red.

Dependiendo de la potencia que generen, puede ser de red de baja tensión o de red de alta tensión (con centro de transformación o subestaciones elevadoras). El número de inversores depende de la configuración. Si solo tiene un inversor y se avería, toda la instalación se verá afectada. Si tiene más inversores, se evita lo anterior, pero el rendimiento de trabajo disminuye. La tendencia actual es contar con pocos inversores de elevada potencia.

Ejemplo: Huerto solar Francisco Pizarro (Iberdrola) en Cáceres: 590 MWp y 1,5 millones de paneles.

Instalaciones de Conexión a Red para Autoconsumo

La instalación fotovoltaica y la de consumo están ubicados en el mismo lugar. Se pretende que la energía solar aporte una parte importante del consumo eléctrico, siendo la red de distribución un suministro complementario.

• Sin excedentes: (inversor con vertido cero). Si la energía generada supera a la consumida, el inversor impedirá que se inyecte energía en la red eléctrica. Solo existe el sujeto consumidor.
• Con excedentes: Si la energía generada supera a la consumida, el excedente se vierte a la red eléctrica. Existe el sujeto consumidor y el sujeto productor. Hay dos modalidades:
  • Con compensación: El valor de la energía inyectada a la red es descontada directamente de la factura (P < 100kW).
  • Sin compensación: La energía es vendida al precio de ‘pool’ del mercado (depende de la comercializadora).

Nuevos Desarrollos en Paneles Monocristalinos y Policristalinos

Módulos PERC (Passivated Emitter Rear Cell)

Se añade una capa reflectante (Dielectric Layer) en la parte trasera del panel, justo antes de la cubierta posterior. Esta capa permite que los fotones (principalmente de radiación infrarroja) que no han sido absorbidos por el material semiconductor sean reflejados nuevamente hacia el semiconductor, aumentando el rendimiento. Este aumento es significativo en los atardeceres. Además, los módulos PERC se calientan menos que los convencionales.

Célula Partida (Half Cell)

Conocidos como módulos HC. La diferencia con los módulos convencionales (full-cell) radica en la disposición de los diodos de bypass y el número de subcadenas. En los módulos half cell, se dividen en dos partes iguales, colocando los diodos de bypass en la parte central, dividiendo cada subcadena en dos (superior e inferior) que quedan en paralelo. La principal ventaja es su mejor comportamiento frente a sombras parciales.

El efecto fotoeléctrico consiste en la emisión de electrones por un material al incidir sobre él una radiación electromagnética (luz visible o ultravioleta en general).

Comparativa: Paneles Monocristalinos y Policristalinos

En el mercado existen dos tipos principales de paneles que utilizan silicio cristalino:

La principal diferencia entre ellos es la pureza del silicio. Cuanto más puro es el silicio, mejor convierte la energía solar en electricidad. La eficiencia tiene relación directa con la pureza, pero los procesos para aumentarla son caros. Por ello, es importante considerar la relación coste-eficiencia por metro cuadrado.