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Como funciona la energia solar fotovoltaica

Este artículo lo dedicamos para hablar sobre como funciona la energia solar fotovoltaica, este proceso es el que transforma la radiación solar en energía eléctrica.

Energía solar fotovoltaica como funciona

A continuaciòn diferenciaremos entre el funcionamiento de la celda fotovoltaica y el funcionamiento de un sistema de energía solar. Comenzaremos con el funcioanmiento de la celda fotovoltaica.

Celdas fotovoltaicas: el elemento central de un sistema solar

Para saber como funciona la energia solar fotovoltaica. primero debemos saber como funcionan las céliulas solares que son el corazón de los paneles solares. Es el lugar donde se realiza el proceso de conversiòn de rayos solares a electricidad.

Las células solares son uno de los elementos más importantes de un sistema fotovoltaico porque a través de ellas se genera realmente la electricidad. Descubra aquí en Solaranlage.de cómo funcionan las células individuales, cómo están estructuradas y qué tipos de células solares hay.

¿Cómo funcionan las celdas fotovoltaicas?

Una célula solar convierte la energía solar en electricidad. Cuando la luz solar incide en la célula, se liberan portadores de carga positiva y negativa en la célula. La luz o el calor se pueden transmitir a través de un llamado semiconductor.

Un semiconductor ideal es el silicio , ya que es económico como componente de la arena de cuarzo y se puede producir de una manera muy pura y monocristalina. Para que los portadores de carga positiva y negativa se conduzcan correctamente, se incorporan átomos extraños en el semiconductor.

Aquí hablamos de silicio dopado con p y n . La capa de silicio p-dopada con átomos de boro trivalentes tiene un exceso de carga positiva, mientras que la capa dopada con átomos de fósforo pentavalente está cargada negativamente.

La llamada capa límite o unión pn se encuentra entre las capas dopadas p y n : aquí, el impacto de las dos capas genera un campo eléctrico interno. Cuando se expone a la luz solar y la penetración asociada de fotones, los electrones se separan de sus átomos.

Como funciona la energia solar fotovoltaica

Estos migran a la capa n, mientras que los “huecos de electrones” que se han liberado se mueven hacia la capa p. En la parte frontal y posterior de la celda, los electrones se desvían a través de capas de contacto hechas de metal (generalmente aluminio o plata) y se hacen fluir a través de un conductor. Flujos de corriente eléctrica.

Puede encontrar más información sobre cómo funciona una célula solar en este video :

Se aplica una capa antirreflectante adicional hecha de nitruro de silicio o dióxido de titanio a la celda solar para protegerla de las influencias ambientales y reducir los reflejos de la luz.

¿Qué tipos de células solares existen?

En general, se pueden distinguir tres tipos de células de silicio para sistemas fotovoltaicos:

    • Células solares monocristalinas:

Las células solares monocristalinas están hechas de varillas de silicio monocristalino, que luego se cortan en rodajas finas u obleas . Este proceso de fabricación es muy complejo y caro, pero debido al alto contenido de silicio, son muy eficientes. Esto es hasta un 20%. Las células monocristalinas son especialmente útiles para áreas fotovoltaicas pequeñas que deberían lograr el mayor rendimiento posible.

    • Células solares policristalinas:

Las células policristalinas están hechas de bloques de silicio que han sido previamente moldeados y luego solidificados. Como resultado del proceso de enfriamiento, los cristales de silicio luego tienen diferentes tamaños. Se cortan rodajas o lingotes del bloque , que finalmente dan como resultado las células.

Del 12 al 16%, la eficiencia de las células policristalinas es significativamente menor que la de las células monocristalinas. Por tanto, son especialmente adecuados para grandes superficies de techo. El precio, en cambio, es mucho más económico, por lo que los módulos policristalinos también son los módulos más populares.

    • Células solares de película fina:

Mientras que las células solares cristalinas se producen a partir de obleas, en la producción de células solares de película delgadael semiconductor se deposita al vapor o se rocía sobre un sustrato de vidrio, plástico o metal; esto crea una capa de un micrómetro de espesor que absorbe la luz solar. Como semiconductores se utilizan silicio amorfo, telururo de cadmio o diselenuro de cobre e indio.

Amorfo significa que los átomos semiconductores están en una red desordenada y, por lo tanto, son particularmente reactivos con otros átomos, por ejemplo, con átomos de hidrógeno. La ventaja de los módulos de película delgada: son extremadamente ligeros y, debido al bajo uso de material semiconductor, también son económicos de producir.

Debido a los diferentes materiales de soporte, los módulos se pueden usar de manera flexible, desde calculadoras de bolsillo hasta ropa y sistemas fotovoltaicos. Dado que las células tienen una eficiencia bastante baja del 4 al 10%,

¿Cómo funciona un sistema solar?

Los sistemas fotovoltaicos gozan de una creciente popularidad en todo el mundo. Porque generan energía solar económica y ecológica. Esto luego se puede usar en el hogar, lo que reduce significativamente los costos de electricidad. Pero, ¿cómo funciona exactamente un sistema fotovoltaico ?

Una cosa está clara: el sistema utiliza la energía del sol para convertirla en electricidad. Entonces, simplemente instale módulos solares en el techo, conéctelos y listo. Después de todo, no es tan simple. Por lo tanto, nos gustaría mostrarle cómo un sistema solar genera electricidad. ¡Obtenga más información!

Como funciona la energia solar fotovoltaica

Componentes y función de un sistema solar de un vistazo

Los sistemas solares no necesitan mucho para generar energía solar; básicamente, los módulos fotovoltaicos son suficientes. Tan pronto como brilla el sol, absorben la radiación y la convierten en energía eléctrica, más precisamente en corriente continua. Sin embargo, esta corriente continua (CC) aún no se puede consumir en el hogar ni inyectar a la red pública. Para hacer esto, primero debe convertirse en corriente alterna (CA).

Esto requiere el llamado inversor , que convierte la electricidad generada en corriente alterna. Esto puede ser utilizado por los consumidores en el hogar o inyectado a la red eléctrica pública contra la tarifa de alimentación. La corriente continua generada por los módulos fotovoltaicos se conduce al inversor con la ayuda de cables solares especiales y vuelve a salir como corriente alterna comercial.

El exceso de electricidad que no se consume directamente no necesariamente tiene que inyectarse a la red pública de inmediato. El almacenamiento de electricidad permite almacenar electricidad solar y utilizarla en un momento posterior. Esto aumenta su propio consumo hasta en un 80 por ciento y puede cubrir la mayoría de sus necesidades de electricidad con energía solar.

El autoconsumo fotovoltaico tiene más sentido durante mucho tiempo que la alimentación, porque a 8-10 centavos por kilovatio hora (kWh), la energía solar es ahora significativamente más barata que cualquier proveedor de electricidad.

La funcionalidad básica de un sistema solar se puede resumir de la siguiente manera:

Descripción del proceso de como funciona la energia solar fotovoltaica.

1. Los módulos solares convierten la radiación solar en corriente continua.

2. Esta corriente continua se conduce al inversor a través de un cable solar.

3. El inversor convierte la corriente continua en corriente alterna.

4. Esta corriente alterna se puede utilizar directamente, almacenar en un sistema de almacenamiento de energía o alimentar a la red pública.

funcionamiento de la energia fotovoltaica

La estructura de los módulos solares cristalinos en detalle

Conocer los paneles solares son una parte fundamental para saber como funciona la energia solar fotovoltaica. 

Los módulos fotovoltaicos son el corazón de cada sistema solar ; sin ellos, no hay energía solar. La selección de fabricantes y modelos es correspondientemente grande. Regularmente salen al mercado productos nuevos y cada vez más potentes. Esta tendencia solo es positiva para la energía solar, porque cuanto mayores son las cifras de producción, menores son los precios. Los módulos solares, en particular, han experimentado una caída de precio real en los últimos años.

Sobre todo, los módulos solares cristalinos han demostrado su eficacia en el pasado y ahora se utilizan en casi todos los sistemas solares. En particular, los módulos solares con células solares policristalinas gozaron de gran popularidad durante mucho tiempo porque eran fáciles de fabricar y, por lo tanto, particularmente económicos.

Hoy, sin embargo, la mayoría de los fabricantes confían cada vez más en células solares monocristalinas. Estos no solo son más potentes, sino que también son particularmente populares debido a su color negro.

En la producción de células solares cristalinas, se utiliza principalmente el silicio de arena de cuarzo. Este se limpia y cristaliza, es decir, se forma en cristales de silicio. Esta es también la diferencia entre las células solares policristalinas y monocristalinas. El silicio policristalino consta de muchos cristales de silicio de diferentes tamaños. El silicio monocristalino, por otro lado, tiene la forma de un solo cristal y, por lo tanto, consiste en un solo cristal de silicio grande.

Como resultado, las células solares monocristalinas alcanzan un mayor grado de eficiencia que sus parientes policristalinos. Cuando se conectan a un módulo solar, pueden convertir una gran cantidad de energía solar disponible en energía solar. Pero, ¿cómo funciona exactamente?

Cables solares y transporte de energía solar

Sin embargo, la corriente continua generada de esta manera aún no se puede consumir directamente en el hogar. Porque la red eléctrica en Alemania no está diseñada para el uso de corriente continua. Por esta razón, la energía solar generada debe convertirse primero en corriente alterna comercial. El llamado inversor fotovoltaico se encarga de esta tarea.

Pero para convertirla, la energía solar primero debe transportarse al inversor. Esto se hace con la ayuda de cables solares especialmente desarrollados, también conocidos como cables fotovoltaicos o cables fotovoltaicos. Estos conectan los módulos solares individuales y otros componentes del sistema entre sí y así transportan la energía solar de A a B.

Los cables solares están expuestos a requisitos especiales. Por lo tanto, asegúrese de que estén bien aislados, resistentes a la intemperie y libres de halógenos y ácidos. Para minimizar las pérdidas de cables, también debe prestar atención a la longitud y el diámetro de los cables. Evite tramos de cable innecesariamente largos y opte por cables solares suficientemente gruesos.

inversores para energia solar

El inversor y la conversión de energía solar

Otro de los dispositivos que debemos conocer para saber como funciona la energia solar fotovoltaica es el inversor.

Además de los módulos solares, el inversor es el componente más importante de un sistema fotovoltaico. Convierte la corriente continua generada en corriente alterna para que pueda utilizarse en el hogar o inyectarse a la red pública. Sin el inversor, la energía solar sería inútil y el sistema solar no tendría sentido.

Sin embargo, el inversor no solo es responsable de convertir la energía solar. También regula su alimentación a la red pública y monitorea otros parámetros importantes. Si, por ejemplo, hay interrupciones en la red eléctrica, el inversor puede desconectar el sistema solar de la misma. De esta forma, los componentes están protegidos de posibles averías.

Nota importante: en general, se debe hacer una distinción entre dos tipos de inversores:

1. el inversor fotovoltaico y
2. el inversor de batería.

El inversor fotovoltaico, también conocido como inversor solar, convierte la corriente continua en corriente alterna para que pueda utilizarse en el hogar. La mayoría de los sistemas de almacenamiento de electricidad ahora solo almacenan corriente continua. Por lo tanto, la corriente alterna debe convertirse nuevamente en corriente continua antes del almacenamiento. El llamado inversor de batería se encarga de esta tarea.

Incremento del autoconsumo mediante un sistema de almacenamiento de electricidad

Si la energía solar se ha convertido en corriente alterna, se puede utilizar en el hogar sin ningún problema. Como regla general, se puede lograr un autoconsumo del 35 por ciento. Esto significa que el 35 por ciento de sus propias necesidades eléctricas están cubiertas por energía solar. Sin embargo, el 65 por ciento todavía se extrae de la red pública.

A principios de la década de 2000, el autoconsumo de energía fotovoltaica todavía se consideraba no rentable porque los componentes eran caros y la tarifa de alimentación era alta. Por tanto, una gran parte de la energía solar generada se inyecta directamente en la red eléctrica pública. Mucho ha cambiado desde entonces. Porque a 8-10 centavos por kWh, la energía solar es la fuente de energía más rentable en la actualidad.

Tanto los precios de la fotovoltaica como la tarifa de alimentación han caído tanto que hoy en día apenas vale la pena alimentarlos. En cambio, los operadores del sistema confían en el mayor autoconsumo posible. Porque cuanta más energía solar use, más dinero ahorrará, especialmente dado el aumento actual de los precios de la electricidad. Por tanto, más de la mitad de los sistemas fotovoltaicos recién instalados se ampliarán para incluir almacenamiento de electricidad.

Esto se debe a que el sistema de almacenamiento de energía permite que la energía solar generada se almacene temporalmente de modo que ya no tenga que usarse directamente. En cambio, también se puede utilizar cuando el sistema solar no genera electricidad, por ejemplo, de noche. Esto aumenta el autoconsumo hasta en un 80 por ciento y más

bateria solar

Resumen y conclusión

Hemos llegado al final del artículo como funciona la energia solar fotovoltaica, espero que haya quedado claro este tema.

Los sistemas fotovoltaicos facilitan el uso de la energía solar para generar energía solar económica y respetuosa con el medio ambiente. Básicamente, solo necesita los módulos solares y un inversor. Los módulos solares, que constan de células solares individuales, producen corriente continua cuando se exponen a la luz. Esta se convierte en corriente alterna mediante el inversor y luego se puede utilizar en el hogar.

Los cables solares transportan la electricidad de un punto a otro. Un sistema de almacenamiento de electricidad permite cubrir hasta el 80 por ciento de su propio consumo de electricidad con energía solar. Cuanto mayor sea su propio consumo, más dinero ahorrará. Porque los componentes de un sistema solar son tan baratos hoy y la tarifa de alimentación tan baja que la alimentación solo es rentable en los casos más raros.

Por lo tanto, la tarifa de alimentación debería, en todo caso, ser solo un aspecto secundario al comprar un sistema fotovoltaico. En cambio, recomendamos que las partes interesadas apunten al mayor nivel posible de autoconsumo y, por lo tanto, a un grado de autosuficiencia. Esto no solo garantiza la máxima independencia, sino que también protege el medio ambiente.