Hoy en día, existe un gran impulso para producir recursos energéticos sostenibles y limpios para nuestras necesidades futuras, disminuyendo al mismo tiempo los efectos adversos sobre el medio ambiente. Los sistemas de energía solar también se han convertido en una de las soluciones más prometedoras para satisfacer esta creciente demanda con un menor impacto en el medio ambiente. En este detallado artículo hablaremos de los fundamentos y el funcionamiento de los sistemas de energía solar, en concreto de las baterías de plomo-ácido, que desempeñan un papel vital en este dinámico ecosistema.
I. Visión general del sistema de energía solar
Los sistemas de energía solar convierten la abundante energía del sol en electricidad mediante la captación de dicha energía. Ofrece una fuente de energía sostenible, ecológica y renovable en lugar de los combustibles fósiles convencionales. Esta visión general profundiza en los fundamentos y la mecánica de los sistemas de energía solar, al tiempo que arroja luz sobre sus múltiples ventajas y aplicaciones.
A. Fundamentos y funcionamiento de los sistemas de energía solar
Los sistemas de energía solar son artilugios innovadores que recogen y convierten la luz solar en electricidad o calor utilizables. Comprende los siguientes componentes:
- Células fotovoltaicas:Son los componentes más básicos de cualquier sistema de energía solar. La mayoría consisten en células fotovoltaicas que absorben la luz y producen electricidad en corriente continua cuando se exponen a la luz. Normalmente están compuestos de silicio y se han optimizado pensando en su eficacia para convertir la luz solar en electricidad.
- Inversores: La fuente de alimentación eléctrica estándar emplea electricidad CA. Sin embargo, los paneles solares generan electricidad de corriente continua, que debe convertirse en corriente alterna si se utiliza en hogares o industrias. Los inversores asumen esta responsabilidad convirtiendo la energía sintetizada de los paneles solares en iluminación para nuestros hogares o empresas.
- Baterías solares:La energía sobrante producida durante el día puede almacenarse en baterías solares para la noche o los días nublados. Las baterías son importantes para hacer de la energía solar una fuente de alimentación estable y continua.
B. Ventajas y ámbitos de aplicación de los sistemas de energía solar
Ventajas：
- Renovable y sostenible:La energía solar es abundante y renovable, por lo que es una excelente opción medioambiental con menor dependencia de los combustibles fósiles.
- Bajo coste de funcionamiento:Una vez instalados, los paneles solares requieren bajos costes de funcionamiento y mantenimiento. Por tanto, son rentables a largo plazo.
- Reducción de las facturas de electricidad:Los paneles solares reducen drásticamente las facturas de electricidad, ya que reducen la producción de electricidad gratuita a partir de la luz solar, lo que elimina la factura de electricidad.
- Ventajas medioambientales: El uso de sistemas de energía solar no provoca emisiones nocivas de gases de efecto invernadero, por lo que, en suma, mejora el medio ambiente.
Aplicaciones
- Residencial:Muy utilizados en los hogares para generar electricidad y calentar agua, los paneles solares proporcionan la energía limpia.
- Comercial:Cientos de empresas aprovechan la energía solar, reduciendo así el coste de la energía que consumen. Esto demuestra su compromiso con la sostenibilidad.
- Industrial:La energía solar se utiliza ampliamente en fábricas, almacenes y unidades de fabricación.
- Soluciones sin conexión a la red: para electrificar zonas sin conexión a la red, la energía solar es esencial. Esto mejora el suministro en las zonas de difícil acceso.
II. Módulos solares
A. Paneles fotovoltaicos (paneles solares)
Los paneles fotovoltaicos son una parte importante del proceso de conversión de la luz solar en electricidad y, por tanto, se denominan paneles fotovoltaicos. Funcionan sobre la base del efecto fotovoltaico, que es una operación en virtud de la cual algunos materiales emiten electrones al exponerse a la luz solar y, por tanto, forman una corriente eléctrica.
Función y principio:
La mayoría de los paneles solares están compuestos principalmente de silicio. Cuando los fotones de la luz solar inciden sobre estas células, excitan los electrones de su interior para que puedan moverse libremente dentro de ellas. Esto forma un movimiento o corriente eléctrica que luego es recogida y convertida por un inversor pasando de corriente alterna (CA) a corriente continua (CC) para su uso en el hogar.
Tipos de paneles fotovoltaicos:
- Paneles monocristalinos:Paneles monocristalinos: Estos paneles están hechos de silicio monocristalino, el más eficiente en cuanto a eficiencia con una apariencia negra. Además, resultan idóneas para instalaciones que disponen de menos espacio.
- Paneles policristalinos:Los paneles policristalinos utilizan múltiples cristales de silicio pequeños, lo que reduce ligeramente la eficiencia, pero a menudo ofrece una opción más económica.
- Paneles de película fina:en ellos se depositan materiales semiconductores finos sobre un sustrato. Los paneles de película fina no tienen una gran eficiencia, pero pueden ser ligeros y flexibles en algunas aplicaciones, como las tejas solares y los paneles móviles/portátiles.
B. Ménsulas y soportes
Cabe esperar que un sistema de paneles fotovoltaicos bien instalado ofrezca rendimiento y seguridad a largo plazo. Los soportes y las estructuras de apoyo sirven para fijar el panel solar en un lugar. Colocarlo de forma que permita la máxima exposición a la luz solar y ofrezca al mismo tiempo cierta protección contra los efectos adversos debidos al viento, las cargas de nieve u otros factores ambientales que puedan presentarse a lo largo de su vida útil.
Apoyo y estabilidad
- Distribución del peso:los paneles solares son pesados, y una distribución uniforme del peso entre las estructuras de soporte evita daños estructurales.
- Ajuste del ángulo:La mayoría de las estructuras de soporte incluyen mecanismos de ajuste de la inclinación y orientación de los paneles para que éstos reciban la luz solar en ángulos óptimos durante todo el día.
- Durabilidad:Se requieren materiales de alta calidad, ya que los elevados factores de estrés ambiental actúan sobre un panel a lo largo de toda su vida útil. También se requiere una buena construcción.
C. Seguidor solar
Los seguidores solares aumentan la producción de energía siguiendo el movimiento del sol y ajustando su orientación en consecuencia.
Función/Propósito:
Un seguidor solar realinea constantemente los paneles solares para que estén orientados directamente hacia el sol. Esto maximiza la cantidad de luz absorbida, convirtiéndola así en energía útil. Esto aumenta el rendimiento global del sistema. Sensores y motores logran esta funcionalidad en un seguidor solar.
Tipos de rastreadores:
- Seguidores de un solo eje:En estos seguidores, los paneles se mueven a lo largo de un solo eje. Sigue la trayectoria diaria del sol.
- Seguidores de doble eje:los paneles que siguen tanto el eje este-oeste como el norte-sur constituyen un seguidor de doble eje, que maximiza la exposición solar de forma eficaz durante el día y en todas las estaciones.
III. Sistema de almacenamiento de energía en baterías
A. Los sistemas de almacenamiento de energía en baterías (BESS) en la transición energética
Los sistemas de almacenamiento de energía en baterías (BESS) son fundamentales para crear infraestructuras energéticas sostenibles y fiables que cubran el vacío transitorio entre las fuentes renovables intermitentes, como la solar y la eólica, y las necesidades constantes de electricidad. El BESS desempeña diversas funciones críticas:
- Estabilidad de la red:Las baterías solares, además de estabilizar las redes eléctricas almacenando el exceso de energía cuando la oferta supera la demanda y suministrándola durante los periodos punta, evitando que se produzcan apagones y fluctuaciones de tensión, pueden equilibrar la red de carga – también se utilizan para programas de respuesta a la demanda.
- Integración de renovables: Las baterías solares permiten la integración de variables mediante la incorporación de fuentes de energía renovables a la red, creando un flujo constante de energía aunque haga mal tiempo y no haya viento ni luz solar.
- Desplazamiento temporal de la energía:los BESS almacenan la energía sobrante en las horas valle, cuando la electricidad es más barata, y la liberan en las horas punta, cuando los precios son más altos, para reducir los costes energéticos.
- Energía de reserva:Proporcionan energía de reserva durante los fallos de la red para aumentar la resistencia de las infraestructuras críticas y los hogares.
B. Papel de las baterías solares en la optimización del sistema
Las baterías de plomo son factores primordiales para optimizar los sistemas de energía solar. Durante el día, almacenan el exceso de energía generada por las células fotovoltaicas y la liberan cuando la luz solar es insuficiente, durante la noche o en un día nublado. Así se garantiza un suministro ininterrumpido de energía constante procedente del sistema solar, pero se reduce la dependencia de la red eléctrica. La fiabilidad se ve reforzada por este aumento del rendimiento.
La adición de este subtítulo explicita la función de las baterías solares en el contexto general de los sistemas de almacenamiento de energía mediante baterías.
C. Diferentes tipos de tecnologías de almacenamiento de energía
Batería de iones de litio:
La densidad energética de las baterías de iones de litio es la máxima de todas las tecnologías de almacenamiento de energía debido a su eficiencia y a sus requisitos de mantenimiento relativamente bajos. También son uno de los tipos más populares de tecnología de almacenamiento de energía aplicada en vehículos eléctricos y almacenamiento de energía doméstica, entre otras numerosas aplicaciones. Nuestras baterías de iones de litio JYC son increíblemente eficientes.
Baterías de plomo-ácido:
Se utiliza desde hace décadas por su fiabilidad. Tiene una mayor frecuencia de uso con un sistema de alimentación ininterrumpida (SAI). Sin embargo, su densidad energética es inferior a la de las baterías de iones de litio, ya que dan menos ciclos.
Batería de sulfuro de sodio:
Las pilas de sodio-azufre son pilas de tipo de alta temperatura que almacenan energía como sodio o azufre fundidos. Por tanto, este tipo de batería tiene grandes aplicaciones a escala de red con una densidad energética y una eficiencia mucho mayores en el mercado.
D. Sistema de control e inversor
Los sistemas de control son un elemento básico en los sistemas de almacenamiento de energía en baterías encargados de supervisar, controlar, optimizar o gestionar el rendimiento de las baterías con el fin de garantizar un funcionamiento seguro y eficiente de las mismas. Ofrecen un funcionamiento seguro y eficaz de las baterías. Igualmente importantes son los inversores, que convierten la corriente continua almacenada en las baterías en corriente alterna utilizable en hogares, empresas o la red eléctrica. Los inversores ayudan a mantener la alta calidad de la energía suministrada sin dejar de ser compatibles con la red.
La integración del sistema de control/inversor desempeña un papel esencial en la consecución de los BESS:
- Gestión del estado de carga (SOC): Para monitorizar los ciclos de carga/descarga para la prevención temprana de la degradación.
- Integración en la red:Coordinación con la red para reducir la fluctuación de la demanda devolviendo el exceso de energía a la red.
- Seguridad y protección: Para asegurarse de que las baterías funcionan dentro de los rangos de temperatura y los límites de tensión y desconectarlas en condiciones de fallo.
IV. Sistemas de transmisión y distribución
A. Línea de transmisión
Las líneas de transmisión son parte integrante de la transferencia fluida y segura de la energía generada a partir de sistemas de energía solar. Puede transmitir ambos tipos, es decir, CC (corriente continua) o CA (corriente alterna).
Transmisión DC:
Denota el movimiento de electricidad en una corriente constante en una dirección: carga eléctrica a través de conexiones unidireccionales. A veces se utiliza para suministrar a las ciudades energía de larga distancia producida en parques solares remotos. Tiene menos pérdidas que la transmisión de corriente alterna y, por tanto, es más eficiente.
Transmisión AC:
La transmisión de corriente alterna, por extrema que sea, utiliza corrientes inversas porque el sentido de la corriente se invierte periódicamente. La más común es la distribución de CA, utilizada en la mayoría de hogares y empresas. Puede modificarse fácilmente a varios niveles de tensión para alimentar eficazmente distancias cortas y medias.
B. Inversor
Los inversores son componentes importantes de los sistemas de energía solar, que convierten la corriente continua.
Función y principio:
Los inversores son los dispositivos que convierten la corriente continua producida por los paneles solares en corriente alterna que se utiliza en hogares y empresas. Su función es similar a la de la compatibilidad con la red en lo que respecta a la energía generada, de modo que pueda utilizarse directamente o devolverse a la red.
Tipos y funciones:
- Inversores de cadena: Es el más común en sistemas residenciales en los que varios paneles solares se conectan en serie. Son rentables e ideales para instalaciones pequeñas.
- Microinversores:La instalación de microinversores en cada panel maximiza la eficiencia por panel independiente con mejores capacidades de supervisión.
- Inversores centrales:Los inversores centrales funcionan bien en parques solares a gran escala, ya que gestionan volúmenes de electricidad de alta potencia procedentes de múltiples paneles.
C. Sistema de distribución
El sistema de distribución permite que la electricidad generada por los paneles solares se distribuya de forma segura y eficiente a los hogares, las empresas o la red.
Cuadros de distribución y dispositivos de protección:
Un cuadro eléctrico actúa como centro de distribución: La electricidad del inversor se dirige hacia las distintas cargas, garantizando al mismo tiempo una protección adecuada de los circuitos. Los dispositivos electromagnéticos de protección, como los disyuntores y los fusibles, protegen a las personas contra las sobrecargas y los cortocircuitos, respectivamente.
Requisitos de seguridad y conformidad:
Hay que respetar los códigos y normas eléctricas a la hora de cumplir la ley; la seguridad y fiabilidad de la energía solar distribuida exige que las instalaciones cumplan la normativa local y nacional. Además del mantenimiento periódico, mantener el sistema seguro y conforme a la normativa.
V. Sistema de supervisión y control
A.Sistema de vigilancia
La adquisición de datos de monitorización ocupa un lugar destacado en el funcionamiento de cualquier sistema de energía solar. Consiste en recopilar y analizar datos para optimizar el rendimiento de un sistema. Monitorización y adquisición de datos:
Los sistemas de monitorización recopilan datos sobre distintos parámetros del sistema de energía solar, como la producción de los paneles solares, el rendimiento del inversor, el estado de la batería (si procede) y las condiciones ambientales. Toda esta información proporciona una mejor imagen para la evaluación de la salud y eficiencia del sistema.
Importancia de la vigilancia a distancia:
La supervisión a distancia permite acceder instantáneamente a los datos del sistema desde cualquier lugar, por lo que los operarios pueden detectar los problemas en cuanto se producen. Facilita la resolución de problemas, la optimización del rendimiento y la alerta temprana con respecto a posibles problemas, por lo que la producción de energía es máxima.
B. Sistema de control
El sistema de control de un sistema de energía solar dispone de controles automáticos junto con funciones de optimización para mejorar su eficiencia y capacidad generales.
Control automático y optimización:
Los sistemas de control utilizan la automatización para controlar tanto los inversores como los sistemas de baterías, garantizando su funcionamiento óptimo. Cambian los ajustes según las entradas de datos en tiempo real, además de las condiciones meteorológicas y los parámetros ajustables específicos del usuario para maximizar la producción y el almacenamiento de energía.
Estrategias y algoritmos de control:
Entre algunas de las estrategias y algoritmos de control utilizados se encuentran:
Seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT):
Esto optimiza la producción de los paneles solares forzando a la carga a buscar puntos de máxima potencia.
Control de la interacción de la red:
Esto garantiza que la energía se inyecte en la red sin problemas, teniendo en cuenta la tensión y la frecuencia.
Gestión del almacenamiento de energía:
Los algoritmos de control de los sistemas de baterías dictan si éstas deben cargarse o no, en función de la demanda de la red y el precio de la energía.
Lo esencial
En esencia, todo el sistema es una maravilla de la ingeniería, los fundamentos de la ciencia y la innovación. Cada una de sus partes tiene importancia en el proceso, desde la captación de los rayos solares hasta el almacenamiento de energía limpia y su distribución para su uso. La sostenibilidad, que es en lo que todo el mundo se centra en estos días, hace que los sistemas de energía solar revolucionen el panorama energético de nuestro mundo. A medida que sigamos aprovechando el sol, el futuro será más brillante, limpio y verde que nunca. Únete a la revolución solar y deja que el sol impulse tu mundo.
Para más información sobre baterías, puede visitar el sitio web de JYC Battery en
