Paneles Fotovoltaicos

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Consideraciones para el diseño

Dentro de las energías alternativas, la generación eléctrica a través de paneles fotovoltaicos es una de las más utilizadas, debido a que el recurso solar es uno de los más abundantes en nuestro planeta.
Estos paneles están formados de un arreglo de celdas fotovoltaicas, las cuales están fabricadas a base de silicio puro con adición de impurezas de ciertos elementos químicos y son capaces de generar corrientes de 2 a 4 A, a un voltaje de 0,46 a 0,48 V, utilizando como fuente la radiación luminosa.

Estas celdas se montan en serie sobre los paneles para conseguir un voltaje determinado, según lo especificado por el fabricante. Ahora, parte de la radiación incidente se pierde por reflexión o rebote y otra parte por transmisión a través de la celda, pero, el resto es capaz de hacer saltar electrones de una capa a la otra creando una corriente proporcional a la radiación incidente.

Para aumentar el rendimiento de las celdas, los paneles fotovoltaicos incluyen una capa antirreflejo en la superficie donde incide la radiación solar. Además, los paneles van protegidos en su cara exterior con vidrio templado, que permite soportar inclemencias meteorológicas, abrasión y cambios bruscos de temperatura.
Por lo mostrado anteriormente, podemos concluir que los paneles fotovoltaicos utilizan la radiación producida por la luz solar, por ende generan electricidad incluso en días nublados, aunque su rendimiento es menor, debido a que la producción de electricidad varía linealmente a la luz que incide sobre el panel.
Obviamente, en el mercado, existen varios tipos de paneles que varían en la construcción interna, potencia máxima generada en óptimas condiciones (Wp), voltaje y corriente nominal, etc., tal como se puede ver en la imagen siguiente.

Ahora, como hay una gran variedad de alternativas (las cuales varían en su valor comercial para paneles de 12 V y para paneles de 24), hay que seleccionar los paneles adecuados a las exigencias de la carga consumida, para no sobredimensionar el sistema y encarecer el costo total.
Por lo tanto, es necesario diseñar el sistema adaptándose a las características específicas de los requerimientos, tanto eléctricos como físicos. El sistema a diseñar debe estar compuesto básicamente por un grupo de paneles fotovoltaicos, un regulador de carga, un grupo de baterías y un inversor.
Para la selección de los paneles, se debe tomar en cuenta la energía solar que incide en el sector dónde se desea instalar el sistema, además que se debe asegurar que no existan obstáculos que obstruyan la radiación solar.
Para obtener la radiación promedio en el lugar elegido, se puede consultar el “Registro Nacional Solarimétrico” publicado en conjunto por la Universidad Técnica Federico Santa María, el Gobierno de Chile (CNE), el PNUD, GEF y editado bajo el proyecto CHI/00/G32. Este texto recopila más de 40 años de mediciones de radiación solar global en plano horizontal, incorporando más de 100 puntos de medición a lo largo de Chile.

En el caso de los cálculos, se debe considerar los meses de peor radiación solar disponible, con el fin de determinar las Horas Solar Pico (HSP), la cual corresponde a una unidad que mide la irradiación solar y se define como el tiempo en horas de una hipotética irradiación solar constante de 1000 W/m2, en resumen una hora solar pico equivale a 1 kWh/m2. Ahora, esto se puede simplificar mediante el uso de software especializado, el cual debe contar con las bases de datos insolación solar en diferentes ciudades y en los diferentes meses del año.
Como referencia rápida, se presenta una lista de HSP promedios por región. Luego de obtenido el factor HSP, es necesario determinar el consumo de energía, el cual contempla la potencia nominal de las cargas, la cantidad de cargas y el tiempo de operación promedio por día. Con estos valores se debe determinar la energía necearía para el sistema utilizando la siguiente relación:

 

 

 

 

 

 

Aporte de: Hernan Cortes P. Coordinador Académico Electricidad y Electronica Instrumentación y Automatizacion Industrial Duoc UC Sede Valparaiso.

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