A medida que los sistemas de energía solar se vuelven más avanzados, comprender su arquitectura resulta más importante que nunca. El sector fotovoltaico tiene un lenguaje propio y, tanto si eres promotor, instalador, gestor de activos o acabas de incorporarte al sector, dominarlo es esencial.
En este artículo te presentamos los elementos básicos de un sistema fotovoltaico —módulos, circuitos, strings y cajas combinadoras— y la función que cumple cada uno. También veremos cómo trabajan en conjunto para generar energía de forma eficiente y escalable. Tanto si estás empezando en el sector como si quieres repasar conceptos, esta guía te ayudará a entender mejor cómo funciona un sistema fotovoltaico.
¿Qué es un campo fotovoltaico?
Un campo fotovoltaico es un conjunto de módulos solares —también conocidos como paneles solares— organizados para trabajar de forma conjunta y generar más electricidad que un módulo individual. Puede considerarse el «motor» del sistema: capta la luz solar y la convierte en electricidad a gran escala.
Los campos fotovoltaicos pueden abastecer distintos tipos de instalaciones, desde un edificio o un campus escolar hasta barrios enteros. A mayor escala, varios campos fotovoltaicos pueden conectarse entre sí para formar una planta solar que suministre electricidad directamente a la red eléctrica.
Estos campos pueden instalarse en casi cualquier lugar con una exposición adecuada al sol. Cuanta más luz solar recibe un panel durante el día, más energía puede generar. Por eso suelen ubicarse en terrenos abiertos, zonas elevadas o techos, donde la sombra es mínima y la exposición solar es óptima.
La ubicación también determina qué componentes EBOS (Electrical Balance of System) se necesitan para agrupar, gestionar y transportar la electricidad hasta su destino, ya sea para alimentar la iluminación de una vivienda o suministrar electricidad a la red en su conjunto.
¿Qué son los bloques de CC?
A medida que los proyectos solares crecen, la arquitectura del sistema se vuelve más compleja. En las grandes instalaciones, los campos fotovoltaicos suelen dividirse en subsecciones denominadas bloques de CC.
Un bloque de CC es una subsección de un campo fotovoltaico, normalmente formada por un grupo de módulos solares conectados a un único inversor central. El inversor desempeña una función esencial: convierte la electricidad de corriente continua (CC) generada por los módulos en corriente alterna (CA), que puede utilizarse en la red eléctrica.
Dividir los campos fotovoltaicos en bloques de CC permite gestionar y supervisar mejor las distintas partes del sistema. Si se produce un problema en un bloque, no necesariamente afectará al resto de la instalación
Cómo funcionan los circuitos de CC
Cada bloque de CC puede dividirse a su vez en circuitos de CC. Estos circuitos suelen estar formados por segmentos de tracker o strings de módulos solares conectados a una única caja combinadora o a un seccionador de CC.
Un circuito de CC es una unidad clave para organizar el sistema eléctrico. Al agrupar los strings en circuitos, los promotores de proyectos pueden controlar mejor cómo se combina, protege y dirige la energía hacia los inversores. Esto también facilita un mantenimiento más seguro y la detección de fallos.
Módulos y células fotovoltaicas
Ahora centrémonos en el componente más pequeño del sistema: el módulo solar. Cada módulo está formado por numerosas células fotovoltaicas (FV), pequeños componentes que convierten la luz solar en electricidad mediante el efecto fotovoltaico. Aunque no contienen piezas móviles, desempeñan un papel protagonista en el aprovechamiento de la energía solar.
Una sola célula produce una pequeña cantidad de energía. Por eso, varias células se agrupan y conectan eléctricamente dentro de un módulo para generar una mayor cantidad de electricidad. Los módulos producen corriente continua (CC), que puede almacenarse en baterías o convertirse en corriente alterna (CA) mediante inversores para suministrarla a la red eléctrica
Actualmente se utilizan principalmente dos tipos de módulos solares: cristalinos y de capa fina. Cada uno presenta ventajas y características diferentes.
Módulos solares cristalinos
Los módulos fotovoltaicos de silicio cristalino (c-Si) están formados por células fabricadas a partir de obleas de silicio. En este caso, cada oblea se corta de un lingote de silicio monocristalino producido específicamente para aplicaciones fotovoltaicas.
En comparación con los módulos de lámina delgada, suelen presentar:
- Más eficientes
- Más costosos
- De menor tensión, (por ejemplo, 51,79 V CC)
- De mayor corriente, (por ejemplo, 13,69 A)
Módulos fotovoltaicos de capa fina
Los módulos fotovoltaicos de capa fina se fabrican depositando una o varias capas delgadas de material fotovoltaico sobre un sustrato, como vidrio, plástico o metal. En comparación con los módulos de silicio cristalino, suelen ser:
- Menos eficientes
- Más económicos
- De mayor tensión (por ejemplo, 228,8 V CC)
- De menor corriente (por ejemplo, 2,89 A)
Conceptos clave en energía fotovoltaica
Comprender la energía fotovoltaica también implica conocer algunos conceptos eléctricos básicos:
Corriente: flujo de carga eléctrica, normalmente transportada por electrones. Se mide en amperios (A).
Tensión o voltaje: diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos que impulsa el flujo de corriente. Se mide en voltios (V).
Resistencia: Oposición al flujo de la corriente eléctrica, que dificulta el movimiento de los electrones a través de un material. Se mide en ohmios (Ω).
Potencia: cantidad de energía que se transfiere en un sistema por unidad de tiempo. Se mide en vatios (W).
Potencia = tensión (o voltaje) × corriente.
Relaciones eléctricas
No puede haber corriente sin tensión (no hay flujo sin un impulso que lo genere), pero puede existir tensión sin corriente (hay impulso, pero no un camino por el que circule). La resistencia limita el paso de la corriente y, si el circuito está abierto, esta no puede fluir (el recorrido está interrumpido, aunque exista tensión).
En el ejemplo de la vagoneta minera, puede que no se aplique suficiente fuerza —una tensión suficientemente alta— para hacerla subir por la pendiente (una mayor resistencia).
En términos sencillos: una tensión de 1 voltio (V) hace circular una corriente de 1 amperio (A) a través de una resistencia de 1 ohmio (Ω).
Estas son algunas fórmulas útiles:
Corriente (A) × resistencia (Ω) = tensión (V)
Tensión (V) ÷ resistencia (Ω) = corriente (A)
Tensión (V) × corriente (A) = potencia (W)
Circuitos en serie y en paralelo
En un sistema eléctrico, las fuentes de energía suelen conectarse mediante circuitos en serie o en paralelo.
Conexión en serie
En un circuito en serie, los componentes se conectan uno tras otro, como los eslabones de una cadena. Esto crea un único recorrido para la corriente. La tensión total es la suma de las tensiones de los componentes, mientras que la corriente se mantiene constante.
- Los módulos se conectan uno tras otro.
- Las tensiones se suman y la corriente se mantiene constante.
- Si falla un módulo, todo el string podría dejar de funcionar.
Conexión en paralelo
En un circuito en paralelo, los componentes se conectan en ramas separadas. Todos los terminales positivos se unen entre sí, al igual que los negativos. Esto crea varios recorridos por los que la corriente puede dividirse y circular.
- Los módulos se conectan positivo con positivo y negativo con negativo.
- Las corrientes se suman y la tensión se mantiene constante.
- Si falla un módulo, los demás pueden seguir funcionando.
¿Qué son los strings de módulos solares?
Para alcanzar la tensión objetivo del sistema, los módulos solares se conectan en serie para formar strings. El número de módulos por string depende de la tensión nominal de cada módulo y de la tensión prevista para el sistema. Veamos dos ejemplos:
Ejemplo con módulos solares cristalinos
- Tensión del sistema: 1500 V CC
- Tensión del módulo: 51,79 V
- Corriente del módulo: 13,69 A
- 1500 ÷ 51,79 = 28 módulos por string
Ejemplo con módulos de capa fina
- Tensión del sistema: 1500 V CC
- Tensión del módulo: 228,8 V
- Corriente del módulo: 2,89 A
- 1500 ÷ 228,8 = 6 módulos por string
Cada string se conecta después a un circuito, y varios circuitos se agrupan para formar un bloque de CC. Así, el sistema va aumentando de escala: desde pequeñas células fotovoltaicas hasta una planta solar capaz de abastecer cientos o miles de hogares.
¿Cómo se integra todo?
Desde las células fotovoltaicas hasta los circuitos, strings y bloques de CC, la arquitectura de un sistema solar refleja la innovación y precisión necesarias para generar energía limpia.
Comprender estos componentes no es solo importante para los ingenieros. También resulta útil si inviertes en un proyecto solar, gestionas activos, compras componentes o estás explorando una carrera en el sector. Saber cómo encajan las distintas partes te permitirá tomar decisiones más acertadas e informadas.
En la próxima edición de Fundamentos fotovoltaicos, exploraremos las estructuras de montaje, los inversores, las soluciones EBOS y las estrategias para mejorar el rendimiento del sistema a largo plazo.
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