Un panel solar se compone de células solares que a menudo se agrupan en el panel en módulos solares. Un panel solar típico se compone de 60 o más células solares individuales. Una célula solar se construye como un sándwich. Tiene una capa superior y una capa inferior como rebanadas de pan. Esas capas están hechas de silicio, que se trata (conocido como dopaje) con otros elementos como el boro y el fósforo que hacen que el silicio tenga demasiados electrones o muy pocos de ellos. La célula solar produce electricidad cuando la luz la golpea porque la energía de la luz golpea electrones sueltos de la capa de la célula que tiene demasiados electrones. El resultado es que la corriente eléctrica fluye desde la celda
El efecto fotovoltaico
El efecto fotovoltaico describe la capacidad de algunos materiales para emitir electrones cuando se exponen a la luz. La mayoría de las células solares están hechas principalmente de silicio, pero también se utilizan otros materiales. Se utilizan materiales como el silicio porque son semiconductores. Un semiconductor es una sustancia que comparte algunas de las propiedades de los metales, que conducen la electricidad, y algunas de las propiedades de los materiales aislantes que no conducen la electricidad.
Cómo funcionan los semiconductores en las células solares
Las dos capas de silicona en una célula solar se conocen como la capa n y la capa p. La capa n tiene una carga eléctrica negativa, la capa p tiene una carga eléctrica positiva. Cuando la luz solar entra en la célula, los fotones pasan a través de la capa n llevando su energía con ellos. Los fotones ceden su energía a los electrones de la capa p inferior. Esos electrones luego usan la energía que les dan los fotones para saltar a través de la capa n. Eso da como resultado que la capa n emita esos electrones al circuito, produciendo electricidad.
Cómo funcionan las células solares en un panel solar
Las células solares dentro de un panel solar se conectan en serie. Esto significa que cada célula solar aumenta la salida de voltaje final del panel. Una célula solar típica produce alrededor de 0,46 voltios. Pero hay varios tipos diferentes de células solares, por lo que la potencia de salida real variará de acuerdo con el tipo de células solares utilizadas para construir el panel solar. Un panel solar puede estar compuesto por 32, 36, 60, 72 o 96 células solares individuales. Así:
- 32 celdas = 14,72 voltios
- 36 celdas = 16,56 voltios
- 60 celdas = 27,60 voltios
- 72 celdas = 33,12 voltios
- 96 celdas = 44,16 voltios
determinado usando esta ecuación: P = V x I. Donde P es igual a potencia, V es igual a voltaje e I es igual a corriente. Usando el panel solar de 310 vatios Hanwha Q como ejemplo.
- (V) Voltaje = 32.78
- (I) Corriente = 9.31 Amperios
- (P) potencia = 305 Vatios
El efecto negativo de la sombra parcial en un panel solar
Los paneles solares se ven muy afectados por incluso un poco de sombra. Durante el sombreado parcial, la salida de un panel solar disminuye drásticamente. Esto sucede porque las células solares de un panel solar están conectadas en serie. Si incluso una celda obtiene sombra, el rendimiento de esa celda disminuye y se lleva a todas las demás celdas con ella. Peor aún, en sistemas solares con un inversor central, si la potencia de salida de un panel se reduce debido al sombreado, se reduce la salida de todos los paneles en todo el sistema.
Los paneles estándar de 60 celdas están conectados eléctricamente como tres juegos de 20 celdas cada uno. Cuando tan solo una de esas celdas está sombreada, puede apagar todo ese 1/3 del panel. Pequeñas áreas de sombra parcial de árboles y obstrucciones en el techo pueden causar este tipo de pérdida de forma consistente.
Algunos fabricantes de paneles han comenzado a utilizar 120 células medias, en lugar de 60 células completas, para hacer que sus paneles sean aún más tolerantes al sombreado. Los seis circuitos distintos, en lugar de solo tres circuitos totales para el panel, mitigan la mitad de las pérdidas de sombreado mientras mantienen el perfil eléctrico de base igual.
Los paneles solares también mitigan la pérdida de salida causada por el sombreado al conectar las células en un panel solar junto con diodos de derivación. Un diodo de derivación permitirá que la potencia de salida de las células solares no sombreadas evite la celda sombreada. Parte de la salida todavía se pierde debido a la caída de voltaje, pero la salida de potencia general es mayor de lo que sería sin el diodo.
Electrónica de potencia a nivel de módulo
La electrónica de potencia a nivel de módulo (MLPE) son dispositivos electrónicos que se conectan a paneles solares individuales para administrar su potencia de salida. Estos dispositivos son capaces de mitigar la pérdida causada por el sombreado parcial a través de un proceso llamado seguimiento de punto de máxima potencia (MPPT). MPPT funciona monitoreando la salida de los paneles solares en el sistema y luego ajustando la carga eléctrica en el sistema solar para mantener la mejor salida de energía posible de ese sistema. Hay dos dispositivos que proporcionan MPPT.
Optimizadores de CC
Un optimizador de CC es un equipo que está conectado a un panel solar para monitorear y ajustar el flujo de voltaje del panel. En caso de caída de tensión, el optimizador de CC reducirá la salida de corriente. Eso, a su vez, aumentará la cantidad de voltaje que produce el optimizador de CC para que coincida con la salida de voltaje de los otros paneles del sistema. Esto evita que el panel parcialmente sombreado arrastre hacia abajo la potencia de salida de los otros paneles del sistema.
Por ejemplo, si un panel está parcialmente sombreado, un optimizador de CC SolarEdge reducirá la corriente para mantener el voltaje en 380V – 400V para que el inversor funcione de manera consistente.
Microinvertidores
Los paneles solares con microinvertidores son menos susceptibles a la pérdida de salida causada por el sombreado. En un microinversor sistema, cada panel tiene su propio inversor. Por lo tanto, si la salida de un panel se reduce por la sombra, no tiene ningún efecto en los otros paneles.
El último paso: Los paneles solares inverter
producen corriente continua, el mismo tipo que se usa en una batería de 9 voltios, ¡pero mucho más potente! Se requiere un inversor para cambiar esa alimentación de CC por la corriente alterna utilizada por las luces, los electrodomésticos e incluso los cargadores de baterías de una casa. Lo hace detectando el perfil de potencia exacto que proviene de la utilidad y utilizando una serie de interruptores para imitar ese mismo perfil de potencia. Una vez que la energía se envía a la casa, es la misma o mayor calidad que la energía proveniente de la red de servicios públicos.
En los últimos años, las mejoras en los inversores solares les han permitido soportar la red de servicios públicos haciéndola más estable. Los inversores solares pueden soportar voltaje bajo o alto cuando la red eléctrica llama fuera de los límites recomendados. Este soporte interactivo de red beneficia a todo el vecindario con energía constante y bien acondicionada.