Instalacion de Paneles Solares en Celaya – Cómo funcionan

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La Instalacion de Paneles Solares en Celaya y Mexico

La producción de energía a partir del recurso solar en México ha ido en aumento. En el año 2018, el crecimiento de la utilización de tecnología solar para la producción de energía ha tenido un constante crecimiento. Dicho crecimiento fue de 1800% de la capacidad instalada en el año 2017. Esto de acuerdo a lo dicho por el representante de ASOLMEX (Asociación Mexicana de Energía Solar). 

Con los datos anteriores podemos asumir que la energía solar en México es de gran interés y lo seguirá siendo por los próximos años.

Pero, ¿Qué es la energía producida por medio de fuentes solares?

La energía solar como mejor se le conoce es aquella energía obtenida directamente a través de la radiación electromagnética [1].  La radicación es captada mediante paneles solares. La radiación puede transformarse en:

• Energía térmica: con el apoyo de colectores, los cuales generalmente son utilizados para calentar agua.
• Energía eléctrica: La conversión d energía solar en energía eléctrica se lleva a cabo con el apoyo de celdas fotovoltaicas. Estas captan la luz en forma de fotones, que impactan sobre una superficie construida principalmente por silicio. La reacción del silicio emite electrones, los cuales son capturados y producen una corriente eléctrica directa.

¿Qué es un sistema fotovoltaico?

Un sistema fotovoltaico se puede definir como el conjunto de dispositivos que aprovechan la energía producida por el sol y la convierte en energía eléctrica.

Estos sistemas se basan en la capacidad de las celdas fotovoltaicas en transformar la radiación en energía eléctrica directa [2].

Un sistema solar fotovoltaico puede tener varias configuraciones las cuales se clasifican en tres tipos:

Instalaciones aisladas de la red eléctrica

Un sistema aislado es aquel que transforma la radiación en energía eléctrica y esta es almacenada para su posterior uso. Además, estos sistemas no tienen nexos con alguna red de distribución eléctrica. Estos sistemas son comúnmente utilizados para cubrir la demanda de ciertas zonas a las cuales no es posible el acceso de una red de distribución eléctrica.

Los principales componentes de estas instalaciones se mencionan a continuación:

• Módulos fotovoltaicos.
• Estructura de soporte para los modulos.
• Banco de baterías. Este componente cumple con la tarea de almacenar la energía producida por los paneles y proporcionar energía cuando los módulos no estén en producción.
• Regulador, o controlador de carga (como también se le conoce) es el elemento dentro del sistema que administra la energía, que es producida por los módulos fotovoltaicos. Además de llevar la función de protección para el banco de baterías.
• Inversor. Este aparato es el encargado de convertir la corriente directa, ya sea la producida por los módulos o la almacenada en las baterías, a corriente alterna para alimentar la demanda requerida.

Instalación interconectada a la red eléctrica

En comparación a los sistemas aislados descritos anteriormente estas instalaciones no cuentan con un banco de baterías. Sin embargo se encuentran conectados a una red de distribución de energía para alimentar a la instalación en caso de que el sistema fotovoltaico no produzca. En el caso particular de México los sistemas se conectan a la red de distribución de CFE. Este es el caso de la Instalacion de Paneles Solares en Celaya, y otras ciudades.

Los componentes de este tipo de instalaciones son los siguientes:

• Modulo fotovoltaico.
• Estructuras de soporte para los módulos.
• Inversores.
• Protecciones.
• Medidor bidireccional. Este dispositivo ayuda a llevar el registro sobre la energía que es inyectada a la red de distribución al igual que la energía de la red que es consumida por la carga.

Instalaciones hibridas

Estos sistemas son una combinación de un sistema aislado y uno interconectado, compartiendo los componentes antes mencionados. Sin embargo, la gran diferencia se encuentra en el inversor, ya que estos sistemas integran un inverso hibrido. Este componente gestiona las fuentes de energía, si la demanda energética requerida por el sistema puede ser abastecida por la generada por los módulos fotovoltaicos, y las cargas excedentes de las baterías. Pero si es necesario más energía de la que puedan proporcionar el inversor tomara la energía faltante de la red de distribución. [3]

La radiación solar y sus ángulos.

Como ya se ha mencionado, para que un módulo fotovoltaico produzca energía eléctrica, este requiere de la radiación del sol. La radiación del sol se puede definir como aquella energía que transmite el sol. Esta puede llegar a ser difusa (energía en forma de radiación que es reflejada) o directa (la energía que proviene directamente del sol). [4]

Irradiación solar.

Este concepto se puede considerar como la medida de la cantidad de energía proveniente del sol que llega a un área determina sobre un intervalo de tiempo. Este dato es muy importante ya que con él se llevan a cabo el proceso de dimensionamiento de un sistema fotovoltaico. Ya que con el dato de irradiación se determinan las horas solar pico (las horas cuya irradiación sobrepasa los 1000W/m^2) sobre un territorio. [4]

Ángulo de incidencia.

Es el Angulo que se forma con la superficie y el rayo del sol. Hablando del tema de sistemas fotovoltaicos, en ciertos países este tiene más producción cuando el ángulo este más cercano a los 90°. Esto debido a que en este ángulo es cuando más energía se recibe del sol.

Orientación y ángulo de inclinación.

Para que la captación de energía por parte de los sistemas fotovoltaicos es necesario que estos estén orientados hacia el ecuador. Esto quiere decir que si se desea instalar un sistema fotovoltaico y nos encontramos al norte del ecuador debemos colocar el sistema mirando hacia el sur geográfico. En el caso de estar al sur del ecuador se deberá realizar la instalación al norte geográfico. En la Instalacion de Paneles Solares en Celaya el ángulo ideal de los paneles es 19 grados. El ángulo de inclinación depende principalmente de dos factores;

1. La latitud del lugar donde se desea instalar.
2. Época del año en donde la demanda de energía sea mayor.

Estructuras.

Con los temas anteriores podemos observar que el modulo fotovoltaico es uno de los principales componentes de un sistema fotovoltaico. Sin embargo, si este no tiene los ángulos correctos de inclinación e incidencia, ni la orientación correcta, este no tendrá una producción eficiente de energía eléctrica.

Es aquí donde entra la importancia de las estructuras. En estas se empotran los módulos fotovoltaicos. Con ellas se les da los ángulos y la orientación. Obteniendo así una óptima generación de energía del sistema.

Tipos de estructura.

Existen diferentes tipos de estructuras para Instalacion de Paneles Solares en Celaya, y en Mexico. Esto dependiendo de las necesidades del terreno y del sistema. Sin embargo, todas se logran englobar en tres grupos los cuales son:

La Estructuras fijas no ajustables: este tipo de estructura son fabricadas de tal modo que la posición sea la misma durante toda la vida útil del sistema.

Estructuras fijas ajustables: Este tipo de estructuras cuentan con un mecanismo el cual les permite poder variar su inclinación. Este mecanismo se opera de modo manual y se puede realizar dependiendo de la estación del año, en invierno deberá ser mayor el ángulo de inclinación que en invierno. Se recomienda que para el uso de estas estructuras se deberá contar con una instalación de fácil acceso.

Las Estructuras móviles o seguidores solares: Este tipo de estructuras usan la tecnología a su alcance para posicionar el panel fotovoltaico en la posición más óptima. El seguimiento de la ruta solar se puede realizar con el apoyo de sensores o en su defecto con el apoyo de mediciones y programación apoyada por un GPS. Estas estructuras pueden estar conformadas por uno o dos ejes.

Estructuras fijas vs estructuras móviles.

Se pudiera decir que, para tener una gran captación de energía solar, lo ideal es que los módulos giren para mantener el ángulo de incidencia e inclinación adecuados. Sin embargo, la complejidad en los sistemas con estas características, hace que por practicidad se opte por equipos fijos. A continuación, se enlistan ventajas y desventajas de cada uno de estos sistemas.

Estructuras fijas:

• Tiene un menor costo de fabricación.
• Los tiempos de mantenimiento son más prolongados, y el costo de este es menor.
• No requieren energía para su funcionamiento.
• Tiene variación en la producción de energía alrededor del año.
• Menor peso.

Estructuras movibles o seguidores solares

• El uso de un seguidor solar en un sistema fotovoltaico puede llegar a aumentar la productividad de energía entre un 15%-40%.
• El costo para realizar el mantenimiento puede llegar a ser costoso.
• La instalación puede tener costos elevados especialmente en los sistemas compuestos por dos ejes.

En la siguiente tabla podemos observar la diferencia de producción de un sistema fotovoltaico con estructura fija y un sistema fotovoltaico con estructura movible. Esta comparación fue realizada por Valldoreix Greepower en Barcelona, España [5].

Con la gráfica anterior podemos observar que el aumento en la producción de energía de un sistema con seguidor solar es más alto que un sistema con estructura fija

Una vez realizadas las comparaciones, se puede decir que el uso de una estructura u otra dependerá mucho de las zonas y condiciones que cuenta la zona en que se instalara el sistema fotovoltaico. Si la zona cuenta con un gran número de horas solar pico, una estructura fija movible puede ser lo bastante apta para cumplir con la demanda de la carga del sistema. Sin embargo, en las zonas donde las Horas Solares Pico son bajas y no cuenta con buenas condiciones climatológicas el uso de un sistema con seguidor podría ser más viable que una estructura fija.

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Referencias

1. Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales, Guía de Programas de Fomento a la Generación de Energía con Recursos Renovables, CDMX, 2015. 
2. QuimiNet, «quiminet,» 16 Noviembre 2011. [En línea]. Available: https://www.quiminet.com/articulos/que-es-un-sistema-fotovoltaico-2638847.htm.
3. T. P. Benito, Guía del instalador de energías renovables, 2005.
4. O. Style, Energía Solar Autónoma, ITACA, 2012. 
5. Valldoreix Greepower, «Valldoreix Greepower,» 15 Julio 2015. [En línea]. Available: http://www.valldoreix-gp.com/las-ventajas-de-los-seguidores-solares/. [Último acceso: 30 Enero 2013].
6. Diario Oficial de la Federación
7. CFE, CFE y la electricidad, Noviembre 11, 2014