¿Cómo funciona la energía solar?
Todos los sistemas de energía solar funcionan con los mismos principios básicos. Los paneles solares primero convierten la energía solar o la luz solar en energía de CC utilizando lo que se conoce como efecto fotovoltaico (PV). Luego, la energía de CC puede almacenarse en una batería o convertirse mediante un inversor solar en energía de CA que puede usarse para hacer funcionar los electrodomésticos. Dependiendo del tipo de sistema, el exceso de energía solar puede alimentarse a la red eléctrica para obtener créditos o almacenarse en una variedad de diferentes sistemas de almacenamiento de baterías
Sistemas Conectados A La Red, Fuera De La Red E Híbridos
Los tres tipos principales de sistemas de energía solar.
1. Conectado a la red : también conocido como sistema solar conectado a la red o alimentado a la red
2. Fuera de la red : también conocido como sistema de energía independiente (SAPS)
3. Híbrido : sistema solar conectado a la red con almacenamiento de batería
3. Híbrido : sistema solar conectado a la red con almacenamiento de batería
Primero describiremos los componentes comunes utilizados por los tres tipos antes de entrar en más detalles sobre los diferentes sistemas y cómo funcionan.
Componentes Principales De Un Sistema Solar
Paneles Solares
La mayoría de los paneles solares modernos se componen de muchas células fotovoltaicas basadas en silicio (células PV ) que generan electricidad de corriente continua (CC) a partir de la luz solar .
Las células fotovoltaicas están unidas entre sí dentro del panel solar y conectadas a paneles adyacentes mediante cables. Nota : es la luz del sol o la irradiación, no el calor, lo que produce electricidad en las células fotovoltaicas.
Los paneles solares, también conocidos como módulos solares, generalmente se conectan entre sí en «cadenas» para crear lo que se conoce como una matriz solar.
La cantidad de energía solar generada depende de varios factores, incluida la orientación y el ángulo de inclinación de los paneles solares, la eficiencia del panel solar, más las pérdidas por sombra, suciedad e incluso temperatura ambiente. Hay muchos fabricantes de paneles solares diferentes en el mercado, por lo que vale la pena saber cuáles son los mejores paneles solares y por qué.
Los paneles solares pueden generar energía durante el clima nublado y cubierto, pero la cantidad de energía depende del «grosor» y la altura de las nubes, lo que determina la cantidad de luz que puede atravesar. La cantidad de energía luminosa se conoce como irradiación solar y, por lo general, se promedia durante todo el día utilizando el término horas pico de sol (PSH). El PSH o promedio diario de horas de luz solar depende principalmente de la ubicación y la época del año.
Inversor Solar
Los paneles solares generan electricidad de CC que debe convertirse en electricidad de corriente alterna (CA) para usar en nuestros hogares y negocios. Esta es la función principal del inversor solar . En un sistema de inversor de ‘cadena’, los paneles solares están conectados en serie y la electricidad de CC se lleva al inversor que convierte la energía de CC en energía de CA. En un sistema de microinversor , cada panel tiene su propio microinversor conectado a la parte trasera del panel. El panel aún produce CC, pero se convierte en CA en el techo y se alimenta directamente al tablero eléctrico.
También hay sistemas de inversores de cadena más avanzados que utilizan pequeños optimizadores de energía conectados a la parte posterior de cada panel solar. Los optimizadores de energía pueden monitorear y controlar cada panel individualmente y garantizar que cada panel funcione con la máxima eficiencia en todas las condiciones.
Baterías
Las baterías utilizadas para el almacenamiento de energía solar están disponibles en dos tipos principales, de plomo-ácido (AGM y gel) y de iones de litio. Hay varios otros tipos disponibles, como las baterías de flujo redox y las de iones de sodio, pero nos centraremos en las dos más comunes. La mayoría de los sistemas de almacenamiento de energía modernos utilizan baterías de iones de litio recargables y están disponibles en muchas formas y tamaños que se pueden configurar de varias maneras que se explican con más detalle aquí .
La capacidad de la batería generalmente se mide en amperios por hora (Ah) para plomo-ácido o kilovatios por hora (kWh) para iones de litio. Sin embargo, no toda la capacidad está disponible para su uso. Las baterías de iones de litio normalmente pueden suministrar hasta el 90 % de su capacidad disponible por día, mientras que las baterías de plomo-ácido generalmente solo suministran entre el 30 % y el 40 % de su capacidad total por día para aumentar la vida útil de la batería. Las baterías de plomo-ácido se pueden descargar por completo, pero esto solo debe hacerse en situaciones de respaldo de emergencia.
Los sistemas solares fuera de la red requieren inversores fuera de la red especializados y sistemas de baterías lo suficientemente grandes como para almacenar energía durante 2 o más días. Los sistemas híbridos conectados a la red utilizan inversores híbridos (batería) de menor costo y solo requieren una batería lo suficientemente grande como para suministrar energía durante 5 a 10 horas (durante la noche), según la aplicación.
Cuadro Eléctrico
En un sistema solar común conectado a la red, la electricidad de CA del inversor solar se envía al tablero de distribución, donde se extrae a los diversos circuitos y electrodomésticos de su hogar. Esto se conoce como medición neta , donde cualquier exceso de electricidad generada por el sistema solar se envía a la red eléctrica a través de un medidor de energía o se almacena en un sistema de almacenamiento de batería si tiene un sistema híbrido. Sin embargo, algunos países utilizan la ‘ medición bruta ‘ donde toda la energía solar se exporta a la red eléctrica.
Los sistemas híbridos pueden exportar el exceso de electricidad y almacenar el exceso de energía en una batería. Algunos inversores híbridos también se pueden conectar a un cuadro de distribución de respaldo dedicado que permite alimentar algunos «circuitos esenciales» o cargas críticas durante un corte o apagón de la red.
1. Sistema En Red
Los sistemas solares conectados a la red o conectados a la red son, con mucho, los más comunes y ampliamente utilizados por los hogares y las empresas. Estos sistemas no necesitan baterías y utilizan inversores solares o microinversores y están conectados a la red eléctrica pública. Cualquier exceso de energía solar que genere se exporta a la red eléctrica y, por lo general, se le paga una tarifa de alimentación (FiT) o créditos por la energía que exporta.
A diferencia de los sistemas híbridos , los sistemas solares conectados a la red no pueden funcionar ni generar electricidad durante un apagón por razones de seguridad. Ya que los apagones suelen ocurrir cuando la red eléctrica está dañada;
Si el inversor solar todavía estuviera suministrando electricidad a una red dañada. Además, pondría en riesgo la seguridad de las personas que reparan la falla o fallas en la red.
La mayoría de los sistemas solares híbridos con almacenamiento de batería pueden aislarse automáticamente de la red. Sin embargo, (lo que se conoce como funcionamiento en isla) y continuar suministrando algo de energía durante un apagón.
Las baterías se pueden agregar a los sistemas conectados a la red en una etapa posterior si es necesario. El Tesla Powerwall 2 es un popular sistema de batería de CA que se puede agregar a un sistema solar existente.
En un sistema conectado a la red, esto es lo que sucede después de que la electricidad llega al cuadro de distribución:
- el metro El exceso de energía solar pasa por el medidor, que calcula cuánta energía está exportando o importando (comprando).
- Los sistemas de medición funcionan de manera diferente en muchos estados y países del mundo.
- En esta descripción, asumo que el medidor solo mide la electricidad que se exporta a la red, como es el caso en la mayor parte de Australia.
- Algunos estados, los medidores miden toda la electricidad solar producida por su sistema y, por lo tanto, su electricidad pasará por su medidor antes de llegar al tablero de distribución y no después.
- Algunas áreas (actualmente en California), el medidor mide tanto la producción como la exportación, y se cobra (o acredita) al consumidor por la electricidad neta utilizada durante un mes o un año. Explicaré más sobre la medición en un blog posterior.
- La red eléctrica . La electricidad que se envía a la red desde su sistema solar puede ser utilizada por otros consumidores en la red (sus vecinos). Cuando su sistema solar no está funcionando, o está utilizando más electricidad de la que produce su sistema, comenzará a importar o consumir electricidad de la red.
2. Sistema Fuera De La Red
Un sistema aislado no está conectado a la red eléctrica y, por lo tanto, requiere almacenamiento de batería.
Los sistemas solares fuera de la red deben diseñarse adecuadamente para que generen suficiente energía durante todo el año.
Además, tengan suficiente capacidad de batería para cumplir con los requisitos del hogar, incluso en pleno invierno, cuando generalmente hay mucha menos luz solar.
El alto costo de las baterías y los inversores fuera de la red significa que los sistemas fuera de la red son mucho más caros que los sistemas conectados a la red. Por lo tanto, generalmente solo se necesitan en áreas más remotas que están lejos de la red eléctrica.
Sin embargo, los costos de las baterías se están reduciendo rápidamente, por lo que ahora existe un mercado creciente para los sistemas de baterías solares fuera de la red, incluso en ciudades y pueblos.
Lea más sobre cómo elegir el mejor sistema solar fuera de la red aquí
Hay diferentes tipos de sistemas fuera de la red en los que entraremos en más detalle más adelante, pero por ahora lo mantendré simple. El diagrama anterior es para un sistema acoplado de CA más grande . En los sistemas acoplados a CC de menor escala, se usa un controlador de carga solar para administrar la carga de la batería, luego la energía de CC se convierte en CA usando un inversor fuera de la red y se envía a sus electrodomésticos.
- El banco de baterías . En un sistema aislado no hay red eléctrica pública. Una vez que los electrodomésticos de su propiedad utilicen la energía solar, cualquier exceso de energía se enviará a su banco de baterías . Una vez que la batería esté llena, dejará de recibir energía del sistema solar. Cuando su sistema solar no está funcionando (durante la noche o los días nublados), sus electrodomésticos consumirán energía de las baterías.
- Generador de respaldo . Para las épocas del año en que las baterías tienen poca carga y el clima está muy nublado, generalmente necesitará una fuente de energía de respaldo, como un generador de respaldo o un grupo electrógeno. El tamaño del grupo electrógeno (medido en kVA) debe ser adecuado para abastecer su casa y cargar las baterías al mismo tiempo.
3. Sistema Híbrido
Los sistemas híbridos modernos combinan almacenamiento solar y de batería en uno y ahora están disponibles en muchas formas y configuraciones diferentes. Debido a la disminución del costo del almacenamiento en baterías, los sistemas que ya están conectados a la red eléctrica también pueden comenzar a aprovechar el almacenamiento en baterías. Esto significa poder almacenar la energía solar que se genera durante el día y utilizarla durante la noche. Cuando se agota la energía almacenada, la red está allí como respaldo, lo que permite a los consumidores tener lo mejor de ambos mundos. Los sistemas híbridos también pueden cargar las baterías utilizando electricidad barata fuera de las horas pico (generalmente después de la medianoche hasta las 6 am).
También hay diferentes formas de diseñar sistemas híbridos, pero lo mantendremos simple por ahora. Para obtener más información sobre los diferentes sistemas de energía híbridos y fuera de la red, consulte nuestra guía detallada de sistemas de baterías solares para el hogar .
- El banco de baterías . En un sistema híbrido, una vez que los electrodomésticos de su propiedad utilizan la energía solar. Además, cualquier exceso de energía se enviará al banco de baterías .
- Una vez que el banco de baterías esté completamente cargado, dejará de recibir energía del sistema solar.
- La energía de la batería se puede descargar y usar para alimentar su hogar, generalmente durante el período pico de la noche. Además, cuando el costo de la electricidad suele ser más alto.
- El contador y la red eléctrica .
- Dependiendo de cómo esté configurado su sistema híbrido y si su servicio lo permite. Además, una vez que sus baterías estén completamente cargadas. Sin embargo, el exceso de energía solar que no requieran sus electrodomésticos se puede exportar a la red a través de su medidor.
- Cuando su sistema solar no está en uso. Además, y si ha agotado la energía utilizable de sus baterías, sus electrodomésticos comenzarán a extraer energía de la red.
Energía Solar Vs Energía Solar
(kW frente a KWh)
Si está confundido acerca de los vatios, kW, kWh, qué significan y cuándo usarlos, consulte nuestra publicación en el foro Energía solar frente a energía solar . Ayudará a aclarar todo esto. El foro solar es un gran lugar para preguntar sobre cómo funciona la energía solar .
