¿Cómo Funcionan los Paneles Solares? Descubre su Operación

Introducción a la Energía Solar en el Hogar

La mayoría de nosotros estamos al tanto de la posibilidad de instalar energía solar en nuestros hogares y de que esto resulta beneficioso para el planeta. La energía solar, junto con la hidroeléctrica y la eólica, son tipos de energías renovables. Rex Liu, Vicepresidente de Gestión de Productos y Energía Limpia en Generac Power Systems (una compañía que produce almacenamiento de baterías que acompaña a la energía solar), nos explica que este término se refiere a cualquier medio de generar energía impulsado por un recurso que se repone naturalmente.

Esto contrasta con los métodos tradicionales de generación de energía a partir de combustibles fósiles, donde se queman recursos que no se reemplazan durante la vida de un ser humano. Para aprovechar esta energía de nuestro sol, es necesario instalar un sistema solar que consta, entre otros componentes, de paneles solares.

Componentes Clave de un Sistema Solar

James (JD) Dillon, Director de Marketing en Tigo Energy, una empresa que fabrica inversores solares, tecnología de monitoreo solar y proporciona software de servicios y capacitación a nivel mundial para instaladores solares, señala que los paneles son solo un componente de una compañía. "Para que un sistema solar típico alcance la etapa en la que se enciende, docenas de empresas han suministrado productos y servicios a lo largo del proceso".

La calidad, el rendimiento y la funcionalidad de un sistema solar dependen del compromiso que cada una de esas empresas haya asumido con la calidad. Esto se aplica a cada paso del proceso de instalación, desde la ingeniería, adquisición y construcción hasta los fabricantes de equipos, distribuidores y equipos de instalación.

Paneles Solares y Células Fotovoltaicas

Los sistemas solares, dice Dillon, "incluyen una variedad de equipos: inversor, batería, algo llamado optimizador y, lo más importante, el software (o sistema de monitoreo) que lo envuelve".

La parte de un panel solar que produce energía se llama célula solar. "Hechas de materiales semiconductores, estas células son muy similares a las que se utilizan en los chips que se encuentran en teléfonos y computadoras", dice Liu. Basadas en silicio, estas células se fabrican a partir de arena de cuarzo o grava (SiO2) mezclada con carbono y calentada en un horno intensamente caliente.

Inversores Solares

"Los paneles solares producen energía en corriente directa o energía de CC, mientras que su hogar típicamente utiliza corriente alterna o energía de CA", explica Liu. Ahí es donde entran los inversores. "Si bien, en teoría, se puede utilizar la energía directa de una célula solar sin un inversor, la mayoría de los hogares o negocios necesitan algo que convierta la CC en CA", explica Dillon.

Almacenamiento de Baterías

En un sistema con solo paneles solares y un inversor (o microinversores), no hay forma de almacenar la energía solar que se genera. "La usas de inmediato", dice Liu, "o la envías de vuelta a la red y recibes crédito por ella". La cantidad de crédito que gana depende de dónde viva y de la compañía eléctrica que utilice.

¿Cómo Funcionan las Células Fotovoltaicas?

Los fabricantes construyen una célula fotovoltaica con dos capas de silicio, una capa de tiras conductoras de metal con un revestimiento antirreflectante y un respaldo metálico. La capa superior de silicio está 'dopada' con fósforo que contiene más electrones (partículas con carga negativa) de lo que tiene el silicio, mientras que la capa inferior de silicio está dopada con trazas de boro que contiene menos.

La diferencia en el número de electrones que posee cada una de estas capas crea un mini campo eléctrico entre las capas de silicio. Los electrones se mueven naturalmente de la capa de fósforo al boro, causando una carga negativa en la capa inferior y una positiva en la superior en el punto de unión.

Conversión de la Luz Solar en Electricidad

“En su esencia”, dice Dillon, “los paneles solares convierten los fotones del sol en electrones, que un inversor luego convierte en electricidad utilizable”.

La radiación solar, también conocida como radiación electromagnética, es lo que el sol emite en forma de luz. Las células solares o células fotovoltaicas absorben esta luz solar entrante para generar una corriente eléctrica, conocida como el ‘efecto fotovoltaico’. Como se describió en la sección anterior, cuando los fotones del sol golpean una célula solar, causan que los electrones dentro de ella se activen (una acción sin dirección, pero acción al fin y al cabo) lo que resulta en que algunos de ellos ingresen al campo eléctrico dentro de la célula solar y, en consecuencia, sean expulsados ​​hacia arriba, generando electricidad a medida que avanzan.

Generación de Corriente Eléctrica

Cuando las partículas de luz, o fotones, golpean un panel solar, las células fotovoltaicas de silicio (o semiconductores) provocan el movimiento (y la fuga) de los electrones. Si esto ocurre dentro de ese pequeño campo eléctrico interno, los electrones se mueven hacia la capa de tipo n mientras que los huecos migran hacia la capa de tipo p. Al conectar las capas con un alambre metálico, los electrones viajarán a través de ese alambre, luego a través del alambre externo en la parte posterior de la capa de tipo n, lo que crea el flujo de electricidad.

Funcionamiento de los Inversores Solares

Liu me cuenta que los inversores, en general, se están volviendo más eficientes y los microinversores se están haciendo cada vez más comunes. Los microinversores se conectan directamente al panel solar, por lo que cuando este produce esa electricidad de CC, se convierte casi inmediatamente en CA. Esto es lo que se envía por el costado de su casa a su panel de servicio principal.

Conexión a la Red y Medición Neta

Conectar los paneles solares a la red eléctrica no es diferente de conectar su casa sin solar, ya que la energía solar viaja a través de su medidor, dice Dillon. “Es el mismo principio que tener una bomba de calor en su piscina conectada a la red”.

Visión General de la Medición Neta

La medición neta es un mecanismo de facturación que le permite acumular energía generada de su sistema solar para usarla más tarde en forma de crédito en su cuenta. Este crédito se mide en un formato de kilovatio-hora (kWh) neto. Las políticas varían dependiendo de dónde viva, con diferencias en cuánto valen los créditos, así como cuánto tiempo se pueden retener, similar a cómo funcionan los puntos de recompensa en las tarjetas de crédito. En resumen, "la medición neta es lo que se te acredita cuando la envías de vuelta a la red", dice Liu, "aunque, nuevamente, diferentes áreas ofrecen diferentes tasas de medición neta".

Almacenamiento de Energía Excedente

Cuando hablé con Liu, le pregunté si era posible seguir instalando respaldos de batería para su sistema solar, de modo que potencialmente tendría la capacidad de almacenar energía infinita, siempre y cuando tuviera el dinero para comprar dichos respaldos de batería. Me dijo que infinito era un término peligroso, pero teóricamente, si su almacenamiento de batería es un sistema modular como el que fabrica Generac, podría encadenar tantos como quisiera.

Beneficios de Almacenar Energía Solar Excedente para su Uso Posterior

Dillon ofreció este ejemplo real de su hogar. “Ahora mismo, el sol está fuera y mi esposa está en casa con nuestro perro y dos gatos. Y lo más probable es que sea todo a partir de nuestros paneles; cien por ciento sol, pero puedo configurarlo para que no sea así. Si ella no está usando todo lo que viene del sol en este momento (lo cual es probable), podemos almacenar algo en la batería para más tarde cuando los niños lleguen a casa”.

Monitoreo y Mantenimiento de Paneles Solares

“Los paneles solares limpios son una parte importante para mantener la eficiencia y el rendimiento de su sistema”, dice Dillon, “Recomendamos limpiar los paneles una o dos veces al año, idealmente alineándolo con otras tareas de mantenimiento como la limpieza de canaletas o la poda de árboles”.

Sistemas de Monitoreo

“Un sistema que utiliza optimizadores solares y software de monitoreo proporciona a los propietarios información valiosa sobre el rendimiento de sus paneles”, dice Dillon, “incluida la identificación de qué módulos pueden requerir limpieza y monitorear los resultados de cada sesión de limpieza”.

Consejos de Mantenimiento

Chris Christal, director de ventas en Atma Energy, una empresa de energía solar en Texas, dice que no debería tener que hacer demasiado para mantener limpios sus paneles solares.

Problemas Comunes de Mantenimiento y Cómo Abordarlos

Un problema común de mantenimiento incluye problemas de instalación como terminales sueltos, cables pellizcados y conductos que gotean. Los terminales son lo que mantiene los cables en su lugar y si están sueltos, la conexión no funcionará. Los cables también pueden estar pellizcados con demasiada fuerza cuando se instalan o los conductos (el tubo que cubre todos los cables entre equipos) podrían tener fugas. Todas estas cosas pueden causar problemas con su sistema y deben estar cubiertas de forma gratuita por su instalador.

Consideraciones de Costo e Incentivos

Visión General de los Costos Asociados con la Instalación de Paneles Solares

Dillon dice que hay cuatro razones por las que las personas instalan solar: para ahorrar dinero, para salvar el planeta, para la independencia energética, o (si usted es simplemente uno de esos tipos técnicos que se sienten atraídos por las cosas nuevas), le gusta tener la última tecnología de vanguardia.

Información sobre Incentivos y Rebajas Gubernamentales para la Energía Solar

“Estados como Hawái, California y Massachusetts lideran el camino en incentivos gubernamentales”, dice Dillon, “mientras que estados como Wyoming e Iowa están cerca del fondo”.

El Futuro de la Energía Solar

“En cuanto a los paneles solares en sí”, dice Liu, “hay muchas tecnologías que se desarrollaron en los últimos 10 o 15 años que realmente se están comercializando ahora”.

La eficiencia, por ejemplo, está aumentando mucho. Hace cinco o seis años, un rango de eficiencia típico estaría en el rango del 19 al 20%, me cuenta, mientras que hoy, alcanzan el 22 al 23%.

Avances Potenciales y Tendencias en la Industria de la Energía Solar

En el lado del almacenamiento de baterías, hay nuevas tecnologías que lo hacen más asequible y eficiente, así como permiten que interactúe con la red de manera más efectiva. Por ejemplo, existe algo llamado programa de planta de energía virtual.

Para cualquier propietario de una casa, Liu dice que la solar proporciona una gran opción, especialmente debido al aumento del costo de la electricidad en todo el país. “Soy más sensible a ello porque estoy en California y nuestros costos de electricidad están subiendo bastante dramáticamente”, dice, “pero la razón por la que está subiendo es debido a la demanda creciente”. Esto hace que la solar sea una excelente manera para que un propietario compense ese costo mientras hace algo que también es limpio para el medio ambiente, así como moderniza su hogar. Cualquier propietario, me dice, verá un buen retorno de su inversión en solar.

Componente	Función	Importancia
Paneles Solares	Absorben la luz solar y la convierten en energía eléctrica	Elemento clave para la captura de energía solar
Inversores	Convierten la corriente continua en corriente alterna	Esencial para la compatibilidad con la red eléctrica del hogar
Baterías	Almacenan energía solar para su uso posterior	Permite independencia energética y ahorro en horarios pico
Software de Monitoreo	Proporciona información sobre el rendimiento del sistema	Importante para el mantenimiento y optimización del sistema

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