Estructura de un sistema FV: Del módulo a la inyección a red
Introducción: Del módulo solar a la instalación solar
El término genérico "instalación solar" designa tanto instalaciones fotovoltaicas como instalaciones de energía solar térmica. Las instalaciones fotovoltaicas o FV convierten los rayos solares en energía eléctrica, mientras que las instalaciones de solar térmica generan energía calorífica. En este artículo nos centramos en las instalaciones FV.
Después de conocer en el artículo anterior Del fotón al voltio: ¿Cómo funciona una célula solar? el funcionamiento de una célula solar individual, ahora contemplamos el panorama general: ¿Cómo se crea una instalación solar completa a partir de células individuales?
De la célula a la granja solar
La jerarquía de una instalación fotovoltaica está claramente estructurada:
- Célula solar → Módulo: Varias células se conectan eléctricamente y se encapsulan mecánicamente en un marco
- Módulo → String: Los módulos se conectan en serie para alcanzar el voltaje necesario para el inversor
- String → Instalación: Varios strings alimentan uno o más inversores
- Instalación → Granja: Muchas instalaciones juntas forman un parque solar
Ya un solo módulo solar o un string puede considerarse una instalación solar completa – por ejemplo, en una instalación de balcón.
Sin embargo, la disposición de células y módulos solares es solo una parte. Para una instalación funcional se necesitan además:
- Soportes y sistemas de montaje
- Cables y cajas de conexiones
- Electrónica de potencia (inversor, MPPT)
- Opcional: Almacenamiento por batería
- Contadores de electricidad y sistemas de monitorización
Montaje y estructuras de soporte
Los módulos solares pueden montarse en muchos lugares:
Aplicaciones residenciales
- Tejados (inclinados o planos)
- Garajes y marquesinas
- Instalaciones de balcón
- Fachadas
Aplicaciones comerciales e industriales
- Naves industriales y edificios de oficinas
- Instalaciones en campo abierto (parques solares)
- Agri-FV (combinado con agricultura)
Tipos de estructuras
Estructura fija:
- Los módulos están montados de forma inmóvil en tejados o superficies abiertas
- Geométricamente vinculados al edificio o soportes
- Simple, económico, bajo mantenimiento
- Solución estándar para la mayoría de aplicaciones
Estructura con seguimiento (Tracker):
- Los módulos siguen el recorrido del sol durante el día
- Movimiento mediante motores eléctricos o hidráulica
- Posible aumento de producción del 15–35%
- Mayores costes y necesidad de mantenimiento
- Económicamente viable sobre todo en grandes instalaciones
Para todos los tipos de montaje se aplica: la robustez, la carga de viento y, en edificios, la estática del tejado determinan la elección del soporte.
Camino de la corriente: Del módulo al enchufe
El recorrido de la electricidad solar se puede dividir en cinco pasos principales:
1. Generación DC
Los módulos solares convierten la luz solar en corriente continua (DC). El voltaje generado depende del número de células conectadas en serie.
2. MPPT y optimización DC
El seguidor del punto de máxima potencia (MPPT) ajusta continuamente el voltaje de trabajo para obtener la máxima potencia de los módulos. Esto es especialmente importante cuando hay nubes cambiantes o sombreado parcial.
3. Conversión AC
El inversor convierte la corriente continua en corriente alterna conforme a la red:
- 230 V monofásico para instalaciones pequeñas
- 400 V trifásico para instalaciones mayores
4. Inyección o consumo
La corriente alterna fluye hacia los consumidores domésticos, al almacenamiento por batería o a la red pública.
5. Medición y facturación
Los contadores de electricidad registran el consumo e inyección para la facturación y la gestión energética.
Integración de batería: Acoplamiento AC vs. DC
Las instalaciones solares con batería instalada disponen de un buffer de energía. Con electrónica de carga inteligente, la electricidad puede almacenarse temporalmente según la demanda. Los días nublados se pueden compensar, los días soleados se aprovechan para cargar.
Sistemas acoplados en AC
- El inversor se sitúa directamente después de los módulos
- La batería se carga y descarga posteriormente con corriente alterna (AC)
- Necesaria conversión AC/DC adicional para la batería
- Fácil instalación posterior en sistemas existentes
- Eficiencia total algo menor por doble conversión
Ventajas: Flexibilidad en la instalación, independiente del inversor FV, fácil retrofit
Sistemas acoplados en DC
- La batería se conecta directamente al camino DC de los módulos solares
- Carga y descarga sin conversión intermedia a AC
- Solo se convierte a AC para la red doméstica
- Mayor eficiencia total
Ventajas: Menos pérdidas por conversión, mejor eficiencia en autoconsumo
Medición de electricidad y tipos de contadores
Para la comunicación entre instalación solar, batería y red se requiere una regulación integral de la instalación. La base son los datos de medición de los contadores de electricidad.
Contador unidireccional
Miden el flujo de corriente solo en una dirección:
- Contador de consumo: Electricidad de la red al hogar
- Contador de inyección: Electricidad de la instalación FV a la red
- Contador de producción: Generación total de electricidad de la instalación
Contador bidireccional
Registran consumo e inyección en paralelo en un solo dispositivo. Combinan las funciones del contador de consumo y de inyección.
Contador inteligente (Smart Meter)
La variante más moderna:
- Medición y comunicación digital
- Posible transmisión de datos en tiempo real
- Base para gestión energética y tarifas variables
- Comunicación a través del gateway del smart meter
Perfiles de carga y grado de autarquía
Los perfiles diarios en el hogar fluctúan considerablemente:
- Mañana: Bajo consumo (personas en el trabajo), baja generación (sol bajo)
- Mediodía: Baja demanda, máxima producción solar → la batería se carga
- Tarde: Alto consumo (cocinar, TV, calefacción), sin generación → la batería se descarga
Para un alto grado de autarquía deben coincidir tres factores:
- Generación (kWp): ¿Cuánto puede suministrar la instalación como máximo?
- Almacenamiento (kWh): ¿Cuánta energía se puede almacenar temporalmente?
- Consumo (kWh/año): ¿Cuánta electricidad necesita el hogar?
Conclusión: Así llega la electricidad al enchufe
En resumen: Una instalacion solar parece simple a primera vista, pero los numerosos detalles tecnicos muestran su complejidad. La celula solar genera corriente continua, el MPPT optimiza el voltaje para maxima potencia, y segun el concepto de la instalacion, la corriente fluye a la bateria y/o al inversor. Los contadores de electricidad registran todos los flujos para regulacion y facturacion antes de que la corriente alterna llegue al enchufe o a la red publica.
Continúa en: En el siguiente artículo AC/DC en FV: Inversores y conversión de energía tratamos los detalles de la conversión de corriente: inversores, MPPT y las diferencias entre sistemas monofásicos y trifásicos.