Todos los sistemas de energía solar funcionan con base en los mismos principios. Los paneles solares convierten primero la energía solar o la luz del sol en corriente continua mediante lo que se conoce como efecto fotovoltaico. Luego, la corriente continua puede almacenarse en una batería o ser convertida por un inversor solar en corriente alterna que puede utilizarse para hacer funcionar los electrodomésticos, luces y demás aparatos eléctricos.
Dependiendo del tipo de sistema, el exceso de energía solar puede inyectarse en la red eléctrica este sistema es más barato de instalar y puede según la dimensión del mismo ayudarnos a bajar el precio de la factura e incluso a que la empresa termine pagándonos la energía a precio de coste, o almacenarse en baterías para su uso posterior.
Los tres tipos principales de sistemas de energía solar:
- Conectado a la red (On-Grid)
- Fuera de la red (Off-Grid)
- Híbrido: sistema solar conectado a la red con almacenamiento en batería
Paneles Solares Fotovoltaicos
La mayoría de los paneles solares modernos están formados por muchas células fotovoltaicas que generan electricidad en corriente continua a partir de la luz solar. Las células fotovoltaicas están unidas entre sí dentro del panel solar y conectadas a los paneles adyacentes mediante cables.
La cantidad de energía solar generada depende de varios factores, como la orientación y el ángulo de inclinación de los paneles solares, la eficiencia del panel solar y las pérdidas debidas al sombreado, la suciedad e incluso la temperatura ambiente. Hay muchos fabricantes de paneles solares en el mercado, por lo que conviene saber cuáles son los mejores y por qué.
Los paneles solares pueden generar energía cuando el tiempo está nublado o cubierto, pero en una cantidad muy inferior y a veces no producen casi.
La electricidad de corriente continua debe convertirse en electricidad de corriente alterna para su uso en nuestros hogares y empresas. Esta es la función principal del inversor solar.
Baterías
Las baterías utilizadas para el almacenamiento de energía solar están disponibles en dos tipos principales, las de plomo-ácido (AGM y Gel) y las de iones de litio. Hay otros tipos disponibles, pero nos centraremos en las dos más comunes.
Los sistemas solares sin conexión a la red requieren inversores 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 (de batería) de menor coste, y solo requieren una batería lo suficientemente grande como para suministrar energía durante 5 a 10 horas (durante la noche), dependiendo de la aplicación.
Cuadro eléctrico
En un sistema solar conectado a la red común, la electricidad de CA del inversor solar se envía al cuadro de distribución donde se introduce en los distintos circuitos y aparatos de su casa. Esto se conoce como medición neta, en la que cualquier exceso de electricidad generada por el sistema solar se envía a la red eléctrica a través de un contador de energía o se almacena en un sistema de almacenamiento de baterías si tiene un sistema híbrido. Sin embargo, algunos países utilizan la «medición bruta», en la que toda la energía solar se exporta a la red eléctrica.
Los sistemas híbridos pueden tanto exportar el exceso de electricidad como almacenar la energía sobrante en una batería. Algunos inversores híbridos también pueden conectarse a un cuadro eléctrico de reserva que permite alimentar algunos «circuitos esenciales» o cargas críticas durante un corte de red o un apagón.
Sistema conectado a la red On-Grid
Los sistemas solares conectados a la red son, con diferencia, los más comunes y los más 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 se genere se exporta a la red eléctrica y, por lo general, se recibe una tarifa de alimentación o créditos por la energía que se 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. Dado que los apagones suelen producirse cuando la red eléctrica está dañada, si el inversor solar siguiera inyectando electricidad en una red dañada pondría en riesgo la seguridad de las personas que reparan la avería en la red. La mayoría de los sistemas solares híbridos con almacenamiento en baterías son capaces de aislarse automáticamente de la red (lo que se conoce como «islanding») y seguir suministrando algo de energía durante un apagón.
Las baterías pueden añadirse a los sistemas de la red en una fase posterior si es necesario.
Cómo funcionan los sistemas de energía solar conectados a la red
En un sistema conectado a la red, esto es lo que ocurre después de que la electricidad llegue al cuadro eléctrico:
El contador. El exceso de energía solar pasa por el contador, que calcula cuánta energía está exportando o importando (comprando).
Los sistemas de medición funcionan de forma diferente en muchos estados y países del mundo. En esta descripción asumo que el contador sólo mide la electricidad que se exporta a la red, como ocurre en la mayor parte de Australia. En algunos estados, los contadores miden toda la electricidad solar producida por su sistema, y por tanto su electricidad pasará por su contador antes de llegar a la centralita y no después. En algunas zonas (actualmente en California), el contador mide tanto la producción como la exportación, y al consumidor se le cobra (o se le abona) la electricidad neta utilizada durante un mes o un año. Explicaré más sobre la medición en un blog posterior.
La electricidad que se envía a la red desde su instalación solar puede ser utilizada por otros consumidores de la red (sus vecinos). Cuando su instalación solar no funcione, o utilice más electricidad de la que produce, empezará a importar o consumir electricidad de la red.
Sistema fuera de la red Off-Grid
Un sistema fuera de la red no está conectado a la red eléctrica y, por lo tanto, requiere el almacenamiento de la batería. Los sistemas solares fuera de la red deben diseñarse adecuadamente para que generen suficiente energía durante todo el año y tengan suficiente capacidad de batería para satisfacer las necesidades de la vivienda, incluso en pleno invierno, cuando suele haber mucha menos luz solar.
El elevado coste de las baterías y de los inversores fuera de la red hace que los sistemas fuera de la red sean mucho más caros que los sistemas en la red, por lo que normalmente sólo se necesitan en las zonas más remotas y alejadas de la red eléctrica. Sin embargo, los costes de las baterías se están reduciendo rápidamente, por lo que ahora hay un mercado creciente de sistemas de baterías solares fuera de la red, incluso en ciudades y pueblos.
En los sistemas se utiliza un controlador de carga solar para gestionar la carga de la batería, luego la energía de CC se convierte en CA utilizando un inversor Off-Grid y se envía a sus electrodomésticos y luces.
En un sistema sin conexión a la red no hay red eléctrica pública. Una vez que la energía solar es utilizada, cualquier exceso de energía será enviado a su banco de baterías. Una vez que la batería esté llena, dejará de recibir energía del sistema solar. Cuando su sistema solar no esté funcionando (de noche o en días nublados), sus electrodomésticos tomarán energía de las baterías.
En las épocas del año en las que las baterías tienen poca carga y el tiempo está muy nublado, generalmente necesitará una fuente de energía de reserva, como un generador de reserva o grupo electrógeno. El tamaño del grupo electrógeno (medido en kVA) debe ser el adecuado para abastecer su casa y cargar las baterías al mismo tiempo.
Sistema híbrido
Los sistemas híbridos modernos combinan la energía solar y el almacenamiento en baterías en uno solo y ahora están disponibles en muchas formas y configuraciones diferentes. Debido al coste cada vez menor del almacenamiento en baterías, los sistemas que ya están conectados a la red eléctrica pueden empezar a aprovechar también el almacenamiento en baterías.
Esto significa poder almacenar la energía solar que se genera durante el día y utilizarla por la noche. Cuando la energía almacenada se agota, la red está ahí como respaldo, permitiendo a los consumidores tener lo mejor de ambos mundos. Los sistemas híbridos también son capaces de cargar las baterías utilizando electricidad barata fuera de las horas punta (normalmente desde la medianoche hasta las 6 de la mañana).
Cómo funcionan los sistemas híbridos de energía solar
En un sistema híbrido, una vez que utilizamos la energía solar, el exceso de energía se envía 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 puede entonces descargarse y utilizarse para alimentar su casa, normalmente durante el período de máxima actividad nocturna, cuando el coste de la electricidad suele ser más elevado.
El contador y la red eléctrica. Dependiendo de cómo esté configurado su sistema híbrido y de sí su compañía eléctrica lo permite, una vez que sus baterías estén completamente cargadas, el exceso de energía solar que no necesiten sus aparatos puede exportarse a la red eléctrica a través de su contador. Cuando su sistema solar no esté en uso, y si ha agotado la energía utilizable en sus baterías, sus aparatos comenzarán a tomar energía de la red.
Este post es autoría de Ecocosas puedes ver la entrada original en Energía solar en el hogar: On-Grid, Off-Grid e híbridos
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