ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA
Antes de empezar, queremos recomendarte este fantástico libro con el podrás calcular y diseñar todo tipo de instalaciones fotovoltaicas, así como aprender el funcionamiento de todos los componentes que las forman:
Libro Instalaciones Fotovoltaicas
La Energía solar es la que llega a nuestro planeta Tierra en forma de radiación electromagnética procedente del Sol (luz y calor).
Esta energía la podemos aprovechar para convertirla en energía eléctrica u otro tipo de energía útil.
Puede saber más sobre la energía del Sol aqui: Energía Luminosa.
La Energía Solar Fotovoltaica es la energía obtenida por la conversión directa de la luz solar en electricidad.
Es la energía solar convertida en energía eléctrica por medio de las placas o paneles solares fotovoltaicos.
Este tipo de energía explota directamente nuestra mayor fuente de energía renovable, el Sol.
Es una energía limpia, barata, renovable y mientras tengamos Sol es inagotable.
La conversión de luz en energía eléctrica se realiza por medio de los Paneles Solares Fotovoltaicos: placas que suele estar hecha de silicio cristalino y que por su composición convierten la luz del Sol en electricidad gracias al llamado Efecto Fotoeléctrico.
Indice de Contenidos:
- ¿Cómo Medimos la Energía Solar?
- Irradiancia Solar
- Irradiación Solar
- Horas de Sol Pico (HSP)
- ¿Cómo Convertimos la Energía Solar en Electricidad?
¿Como Medimos la Energía Solar en Fotovoltaica?
Las magnitudes las utilizamos en física para cuantificar y medir.
En las instalaciones fotovoltaicas la energía solar que recibimos la medimos mediante varias magnitudes.
Las principales son la Irradiación e Irradiancia y las Horas de Sol Pico (HSP)
Veamos cada una de ellas.
Irradiancia Solar
- Irradiancia: Es la magnitud de la medida de la potencia solar por unidad de superficie.
Cómo es una potencia por unidad de superficie, se mide en vatios (w) o su múltiplo el Kilovatio (Kw) entre la unidad de superficie, donde se suele utilizar metros cuadrados.
Unidad de Irradiancia: Kw/m2
La letra que representa la magnitud la irradiancia es la letra G.
Siendo los rayos procedentes del Sol los mismos en una determinada zona o en un momento determinado, No tiene o le llega la misma irradiancia a una superficie horizontal que vertical, o a una superficie orientada al sur que al norte.
Es decir, la irradiancia depende del Sol, pero también de la superficie sobre la que inciden los rayos solares (inclinación y orientación).
La irradiancia que nos interesa es la que le llega a un panel solar, y esta se suele poner entre paréntesis la orientación y la inclinación de la superficie sobre la que incide la irradiancia, es decir, la del panel fotovoltaico.
G ( -15,30) = irradiancia sobre una superficie (panel) con una orientación -15º, y una inclinación de 15º
La irradiancia cuando el cielo está despejado es de 1.000 w/m2 y es para este valor normalizado para el valor de irradiancia que nos dan los demás datos, como la potencia, tensión, intensidad, etc
Siempre en los datos técnicos de las placas de características de los paneles solares fotovoltaicos son para una irradiancia de 1.000w/m2.
Un panel que proporciona una potencia de 150w, quiere decir que esta será la potencia cuando incide sobre el una irradiancia de 1.000 w/m2
Tanto los valores de irradiancia global como difusa se miden mediante solarímetros (analógicos o digitales), piranómetros o célula calibradas.
Dicha medición se realiza sobre un metro cuadrado de superficie horizontal, en un día medio de cada mes y se expresa en W/m2.
Para saber más visita: Irradiancia e irradiación
Irradiación Solar
- Irradiación solar es la energía por unidad de tiempo sobre una superficie (en lugar de potencia).
La unidad de superficie sobre la que se suele utilizar es la del metro cuadrado (m2)
Su unidad sería wh/m2
vatios hora (energía) dividido entre a unidad de superficie, el m2.
Su múltiplo Kwh/m2 (kilovatios hora /m2)
Recuerda: Energia = Potencia x tiempo = w x h
Esta energía se utiliza para saber la energía que absorbería un panel solar situado en un sitio concreto.
Es muy habitual utilizar valores medios de irradiación.
Por ejemplo, se toman todos los valores diarios de la irradiación y se divide entre el número de días del año (365).
Este valor de la irradiación sería el valor medio diario durante un año de la irradiación.
Se expresaría así:
Gda = Irradiación diaria media obtenida como valor medio de los valores de un año entero, sobre una superficie (panel) a 10º desplazado del sur de orientación y 40º de inclinación.
Gdm (0) = valor medio mensual de la irradiación global diaria sobre una superficie horizontal.
A veces la unidad de irradiancia o la de irradiación viene expresada en Julios o Kilojulios (KJ) en lugar de Kwh.
Recordar que
1Julio = 1 w x s
3.600.000 Julios = 1Kwh = 3.600 Kjulios
Por lo que para pasar Kj a Kwh tendremos que dividir entre 3600.
Veamos un ejemplo:
Convertir 10.850Kj a Kwh
1Kwh/3.600KJulios x 10.850Kj = 3,01388 Kw x h
Si lo queremos pasar a vatios hora solo tendríamos que multiplicar por 1.000
10.850Kj = 3.013,88 w x h
Para saber más visita: Irradiancia e irradiación
Horas de Sol Pico (HSP)
Se puede definir como el número de horas en que disponemos de una hipotética irradiancia solar constante de 1000 W/m2 equivalentes a las irradiancias reales que hay durante todo el dia.
Recuerda que 1.000w/m2 es la irradiancia para la que se obtienen todas las características de los paneles, incluido la potencia pico (condiciones estándar de medida = STC).
Si tenemos un lugar que tiene 3 HSP, quiere decir que la irradiancia de todo un dia es equivalente a 3 horas a 1.000w/m2.
Es como si solo tuvieramos solo las HSP a 1.000w/m2 durante 1 dia y el resto de horas no hubiera Sol.
Si la potencia que tiene un panel cuando hay una irradiancia de 1.000w/m2 es su Pmp, entonces la energía total (potencia x tiempo) que produciría un panel en un día en función de las HSP sería:
Energía producida por un módulo en un día: Pmp x HSP
Para calcular el valor de HPS se debe dividir el valor de la irradiación incidente (energía solar) entre el valor de la potencia de irradiancia en condiciones estándar de medida (STC), pues es en esas condiciones donde se cumplen las características eléctricas de los módulos fotovoltaicos.
Recuerda que si dividimos energía/potencia = wh / w = horas, por eso se llaman horas de sol pico.
Gdm se llama a la Irradiación en wh/m2 al día obtenida de la media de los días del mes.
HSP = Gdm/1.000
Ese valor de irradiancia en condiciones estándar de medida es de 1000 w/m2, por eso se divide entre 1.000.
Por ejemplo, si tenemos una irradiación de 3.800 Wh/m2, para pasarla a HSP, se divide entre 1.000W/m2, con lo que obtenemos 3.8 HPS.
¡¡¡OJO!!! si la irradiación viene en Kwh/m2 ese valor sería ya igual a las HSP, ya que habría que multiplicar por 1000 para pasarlo a vatios y luego dividirlo entre 1.000 para pasarlo a HSP
Si el valor de la irradiación viene expresado en KJ/m2 tenemos que convertirlo a Kwh/m2 dividiendo entre 3.600.
Imagina que queremos saber la irradiación para una inclinación de 50º, en el mes de Enero en Madrid (tabla de más abajo)
Irradiación según tabla = 11.014KJ/m2
Irradiación = 11.014 / 3.600 =3,059 Kwh/m2
Las HSP en ese mes serían 3,059
Es decir, si se dispone de los datos de irradiación solar de un determinado día se obtienen las HSP.
Para calcular las HSP se mira la tabla de radiaciones en wh/m2, y se elige el dato del mes más desfavorable para la inclinación de los paneles que vamos a colocar, que normalmente suele ser diciembre o enero en el hemisferio norte.
En nuestro caso, cuando calculamos el ángulo inclinación óptimo, vimos que era enero y que teniamos una irradiación para 60º de 3.113 wh/m2.
Con ese dato lo que hacemos es dividirlo entre la irradiancia en condiciones normales que es 1000w/m2.
Las HSP serán : 3.113 /1.000 = 3,113
Se puede calcular con la siguiente calculadora online: Calculadora HSP.
Pero tambien se puede calcular mediante las tablas solares de irradiación.
Para saber más visita : Horas de Sol Pico
¿Cómo se Convierte la Energía Solar en Eléctrica?
Para aprovechar esta energía solar fotovoltaica se crean instalaciones con paneles fotovoltaicos y otros elementos indispensables como el regulador, las baterias y el inversor.
Estas instalaciones pueden estar conectadas a la red eléctrica para vender la energía producida, o pueden ser solo para autoconsumo.
Hay una tercera opción que hoy en día es la más utilizada, son las llamadas de autoconsumo, las cuales están conectadas a la red pero solo se inyecta o vende la energía sobrante de la consumida por nosotros en la vivienda.
Veamos 3 esquemas de estos tipos.
Instalación Aislada de la Red Eléctrica:
Instalación Fotovoltaica conectada a la RED Eléctrica:
Instalación Autoconsumo:
Para saber más visita: Tipos de Instalaciones Fotovoltaicas.
La eficiencia de conversión de la energía solar en eléctrica en los paneles fotovoltaicos actualmente oscila entre un 15% y un 30% las más nuevas.
Se espera que estos valores vayan en aumento.
Si quieres saber como funcionan los paneles solares te recomendamos que visitesPaneles Solares
Si quieres aprender todos los componentes de una instalación fotovoltaica, su cálculo y diseño te recomendamos el siguiente fantástico libro:
Libro Instalaciones Fotovoltaicas
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© Se permite la total o parcial reproducción del contenido, siempre y cuando se reconozca y se enlace a este artículo como la fuente de información utilizada.
Libro Instalaciones Fotovoltaicas
La Energía solar es la que llega a nuestro planeta Tierra en forma de radiación electromagnética procedente del Sol (luz y calor).
Esta energía la podemos aprovechar para convertirla en energía eléctrica u otro tipo de energía útil.
Puede saber más sobre la energía del Sol aqui: Energía Luminosa.
La Energía Solar Fotovoltaica es la energía obtenida por la conversión directa de la luz solar en electricidad.
Es la energía solar convertida en energía eléctrica por medio de las placas o paneles solares fotovoltaicos.
Este tipo de energía explota directamente nuestra mayor fuente de energía renovable, el Sol.
Es una energía limpia, barata, renovable y mientras tengamos Sol es inagotable.
La conversión de luz en energía eléctrica se realiza por medio de los Paneles Solares Fotovoltaicos: placas que suele estar hecha de silicio cristalino y que por su composición convierten la luz del Sol en electricidad gracias al llamado Efecto Fotoeléctrico.
Indice de Contenidos:
- ¿Cómo Medimos la Energía Solar?
- Irradiancia Solar
- Irradiación Solar
- Horas de Sol Pico (HSP)
- ¿Cómo Convertimos la Energía Solar en Electricidad?
¿Como Medimos la Energía Solar en Fotovoltaica?
Las magnitudes las utilizamos en física para cuantificar y medir.
En las instalaciones fotovoltaicas la energía solar que recibimos la medimos mediante varias magnitudes.
Las principales son la Irradiación e Irradiancia y las Horas de Sol Pico (HSP)
Veamos cada una de ellas.
Irradiancia Solar
- Irradiancia: Es la magnitud de la medida de la potencia solar por unidad de superficie.
Cómo es una potencia por unidad de superficie, se mide en vatios (w) o su múltiplo el Kilovatio (Kw) entre la unidad de superficie, donde se suele utilizar metros cuadrados.
Unidad de Irradiancia: Kw/m2
La letra que representa la magnitud la irradiancia es la letra G.
Siendo los rayos procedentes del Sol los mismos en una determinada zona o en un momento determinado, No tiene o le llega la misma irradiancia a una superficie horizontal que vertical, o a una superficie orientada al sur que al norte.
Es decir, la irradiancia depende del Sol, pero también de la superficie sobre la que inciden los rayos solares (inclinación y orientación).
La irradiancia que nos interesa es la que le llega a un panel solar, y esta se suele poner entre paréntesis la orientación y la inclinación de la superficie sobre la que incide la irradiancia, es decir, la del panel fotovoltaico.
G ( -15,30) = irradiancia sobre una superficie (panel) con una orientación -15º, y una inclinación de 15º
La irradiancia cuando el cielo está despejado es de 1.000 w/m2 y es para este valor normalizado para el valor de irradiancia que nos dan los demás datos, como la potencia, tensión, intensidad, etc
Siempre en los datos técnicos de las placas de características de los paneles solares fotovoltaicos son para una irradiancia de 1.000w/m2.
Un panel que proporciona una potencia de 150w, quiere decir que esta será la potencia cuando incide sobre el una irradiancia de 1.000 w/m2
Tanto los valores de irradiancia global como difusa se miden mediante solarímetros (analógicos o digitales), piranómetros o célula calibradas.
Dicha medición se realiza sobre un metro cuadrado de superficie horizontal, en un día medio de cada mes y se expresa en W/m2.
Para saber más visita: Irradiancia e irradiación
Irradiación Solar
- Irradiación solar es la energía por unidad de tiempo sobre una superficie (en lugar de potencia).
La unidad de superficie sobre la que se suele utilizar es la del metro cuadrado (m2)
Su unidad sería wh/m2
vatios hora (energía) dividido entre a unidad de superficie, el m2.
Su múltiplo Kwh/m2 (kilovatios hora /m2)
Recuerda: Energia = Potencia x tiempo = w x h
Esta energía se utiliza para saber la energía que absorbería un panel solar situado en un sitio concreto.
Es muy habitual utilizar valores medios de irradiación.
Por ejemplo, se toman todos los valores diarios de la irradiación y se divide entre el número de días del año (365).
Este valor de la irradiación sería el valor medio diario durante un año de la irradiación.
Se expresaría así:
Gda = Irradiación diaria media obtenida como valor medio de los valores de un año entero, sobre una superficie (panel) a 10º desplazado del sur de orientación y 40º de inclinación.
Gdm (0) = valor medio mensual de la irradiación global diaria sobre una superficie horizontal.
A veces la unidad de irradiancia o la de irradiación viene expresada en Julios o Kilojulios (KJ) en lugar de Kwh.
Recordar que
1Julio = 1 w x s
3.600.000 Julios = 1Kwh = 3.600 Kjulios
Por lo que para pasar Kj a Kwh tendremos que dividir entre 3600.
Veamos un ejemplo:
Convertir 10.850Kj a Kwh
1Kwh/3.600KJulios x 10.850Kj = 3,01388 Kw x h
Si lo queremos pasar a vatios hora solo tendríamos que multiplicar por 1.000
10.850Kj = 3.013,88 w x h
Para saber más visita: Irradiancia e irradiación
Horas de Sol Pico (HSP)
Se puede definir como el número de horas en que disponemos de una hipotética irradiancia solar constante de 1000 W/m2 equivalentes a las irradiancias reales que hay durante todo el dia.
Recuerda que 1.000w/m2 es la irradiancia para la que se obtienen todas las características de los paneles, incluido la potencia pico (condiciones estándar de medida = STC).
Si tenemos un lugar que tiene 3 HSP, quiere decir que la irradiancia de todo un dia es equivalente a 3 horas a 1.000w/m2.
Es como si solo tuvieramos solo las HSP a 1.000w/m2 durante 1 dia y el resto de horas no hubiera Sol.
Si la potencia que tiene un panel cuando hay una irradiancia de 1.000w/m2 es su Pmp, entonces la energía total (potencia x tiempo) que produciría un panel en un día en función de las HSP sería:
Energía producida por un módulo en un día: Pmp x HSP
Para calcular el valor de HPS se debe dividir el valor de la irradiación incidente (energía solar) entre el valor de la potencia de irradiancia en condiciones estándar de medida (STC), pues es en esas condiciones donde se cumplen las características eléctricas de los módulos fotovoltaicos.
Recuerda que si dividimos energía/potencia = wh / w = horas, por eso se llaman horas de sol pico.
Gdm se llama a la Irradiación en wh/m2 al día obtenida de la media de los días del mes.
HSP = Gdm/1.000
Ese valor de irradiancia en condiciones estándar de medida es de 1000 w/m2, por eso se divide entre 1.000.
Por ejemplo, si tenemos una irradiación de 3.800 Wh/m2, para pasarla a HSP, se divide entre 1.000W/m2, con lo que obtenemos 3.8 HPS.
¡¡¡OJO!!! si la irradiación viene en Kwh/m2 ese valor sería ya igual a las HSP, ya que habría que multiplicar por 1000 para pasarlo a vatios y luego dividirlo entre 1.000 para pasarlo a HSP
Si el valor de la irradiación viene expresado en KJ/m2 tenemos que convertirlo a Kwh/m2 dividiendo entre 3.600.
Imagina que queremos saber la irradiación para una inclinación de 50º, en el mes de Enero en Madrid (tabla de más abajo)
Irradiación según tabla = 11.014KJ/m2
Irradiación = 11.014 / 3.600 =3,059 Kwh/m2
Las HSP en ese mes serían 3,059
Es decir, si se dispone de los datos de irradiación solar de un determinado día se obtienen las HSP.
Para calcular las HSP se mira la tabla de radiaciones en wh/m2, y se elige el dato del mes más desfavorable para la inclinación de los paneles que vamos a colocar, que normalmente suele ser diciembre o enero en el hemisferio norte.
En nuestro caso, cuando calculamos el ángulo inclinación óptimo, vimos que era enero y que teniamos una irradiación para 60º de 3.113 wh/m2.
Con ese dato lo que hacemos es dividirlo entre la irradiancia en condiciones normales que es 1000w/m2.
Las HSP serán : 3.113 /1.000 = 3,113
Se puede calcular con la siguiente calculadora online: Calculadora HSP.
Pero tambien se puede calcular mediante las tablas solares de irradiación.
Para saber más visita : Horas de Sol Pico
¿Cómo se Convierte la Energía Solar en Eléctrica?
Para aprovechar esta energía solar fotovoltaica se crean instalaciones con paneles fotovoltaicos y otros elementos indispensables como el regulador, las baterias y el inversor.
Estas instalaciones pueden estar conectadas a la red eléctrica para vender la energía producida, o pueden ser solo para autoconsumo.
Hay una tercera opción que hoy en día es la más utilizada, son las llamadas de autoconsumo, las cuales están conectadas a la red pero solo se inyecta o vende la energía sobrante de la consumida por nosotros en la vivienda.
Veamos 3 esquemas de estos tipos.
Instalación Aislada de la Red Eléctrica:
Instalación Fotovoltaica conectada a la RED Eléctrica:
Instalación Autoconsumo:
Para saber más visita: Tipos de Instalaciones Fotovoltaicas.
La eficiencia de conversión de la energía solar en eléctrica en los paneles fotovoltaicos actualmente oscila entre un 15% y un 30% las más nuevas.
Se espera que estos valores vayan en aumento.
Si quieres saber como funcionan los paneles solares te recomendamos que visitesPaneles Solares
Si quieres aprender todos los componentes de una instalación fotovoltaica, su cálculo y diseño te recomendamos el siguiente fantástico libro:
Libro Instalaciones Fotovoltaicas
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