Paneles solares para casa

Los paneles solares son dispositivos capaces de transformar la energía de la luz solar en energía aprovechable de una manera simple y amigable con el medio ambiente. Son muchas las ventajas que puede tener la instalación de paneles solares para casas residenciales como lo son: reducción de precio por el consumo eléctrico, disminución de compra a la red eléctrica (menos vulnerable a cambios en el precio futuro de la energía), aumentar el costo de la propiedad, entre otros.

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En general, se instalan dos tipos de paneles solares para casa:  paneles solares fotovoltaicos, que generan energía eléctrica a través de celdas solares semiconductoras (aprovechando el efecto fotovoltaico); o paneles solares térmicos, que transportan el calor que genera la radiación solar mediante un fluido. En la Ilustración 1 se muestra un panel térmico (a la izquierda) y uno fotovoltaico (a la derecha) sobre un mismo tejado residencial. En este artículo, haremos énfasis únicamente en los paneles solares fotovoltaicos para casa. (Dunlop, 2012)

Ilustración 1. Panel solar térmico y fotovoltaico (Solar, 2012)

Los paneles solares están conformados por celdas solares las cuales se dividen según el tipo de material semiconductor que utilicen. Los paneles solares para casa están principalmente divididas en dos tipos: (Bagher, 2016)

  • Celdas solares mono-cristalinas: Están conformadas por un único cristal de silicio. Se caracterizan por sus altos valores de eficiencia eléctrica en comparación a las poli-cristalinas (14 – 16%), además, poseen una buena relación de potencia por área (~150 Wp/m²). Sin embargo, su costo es más alto que el de las poli-cristalinas.
  • Celdas solares poli-cristalinas: Están constituidas por conjuntos de cristales de silicio. Los valores de eficiencia energética son más bajos en relación con el caso anterior (13-15%) al igual que su relación de potencia por área (~150 Wp/m²). Su costo es un poco más bajo que el de las celdas mono-cristalinas.

Existen otros tipos de celdas solares fotovoltaicas como lo son las amorfas, tándem, multi-unión, entre otras.  Este tipo de celdas presentan características y precios diferentes y son utilizadas en otro tipo de aplicaciones (razón por la cual no se tendrán en cuenta en este documento).

Las especificaciones técnicas de los paneles solares fotovoltaicos (voltaje, corriente y potencia) dependen de los requerimientos del cliente (demanda total a suplir), del sitio de instalación (espacio disponible) y de los otros equipos que conformen al sistema de generación solar fotovoltaico (i.e. inversores). De la misma manera, la forma de agrupación de los paneles (serie o paralelo) depende de las mismas variables.  La Ilustración 2 muestra un arreglo de paneles idénticos, cada uno con un voltaje V y una corriente I; al colocarlos en serie se suma el voltaje y la corriente permanece igual, mientras que en paralelo se suma la corriente y el voltaje permanece igual.

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Ilustración 2. Paneles solares en serie y paralelo (Blog, 2014)

Adicional al tipo de panel o arreglo que se escoja (según lo mencionado anteriormente), se deben tener en cuenta las condiciones meteorológicas y geográficas.

  • La temperatura del lugar en donde se instalarán los paneles afecta directamente su desempeño; a menor temperatura, aumenta el voltaje del panel por lo que hay que dimensionar el sistema teniendo en cuenta un factor de corrección que dependerá de la diferencia entre la temperatura ambiente mínima y la temperatura de diseño del panel (normalmente 25ºC). El voltaje corregido máximo de cada panel se encuentra aplicando la siguiente fórmula:(Dunlop, 2012)

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En donde Voc es el voltaje en circuito abierto del panel,  es el incremento de voltaje por cada grado (en porcentaje),  es la temperatura mínima del lugar y  es la temperatura de diseño del panel.

  • Por otro lado, dependiendo de la zona geográfica en la que se instalen los paneles deben ir inclinados y orientados de manera diferente. Si están en el hemisferio norte deben mirar hacia el sur (y viceversa), y dependiendo de la latitud en que se encuentren deben ser inclinados para aprovechar mejor la luz solar.

Para entender un poco mejor lo expuesto en este documento se muestra el siguiente caso de estudio:

Un granjero en Chattanooga (Estados Unidos) desea instalar paneles solares para casa para poder cubrir parte de su consumo eléctrico. Determinar cuál arreglo de paneles provee la mejor utilización del arreglo y del inversor (Dunlop, 2012). Las características del lugar, de los paneles y el inversor se muestran en la Ilustración 3.

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Ilustración 3. Características del lugar de instalación y especificaciones técnicas (Dunlop, 2012)

Inicialmente, se debe encontrar el máximo voltaje de cada panel en este lugar, por lo que se debe encontrar el factor de corrección y multiplicarlo por el voltaje de circuito abierto.

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Ahora se determina cuál es el máximo número de paneles en serie que se pueden conectar según la entrada del inversor.

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Luego, conociendo la potencia máxima recomendada por el inversor, se determina el máximo número de paneles que se pueden instalar en el sistema

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Finalmente, dado que el mayor número de paneles en serie es 14 y que máximo se pueden colocar 42 paneles solares en todo el sistema, se determina que la mejor opción son 3 arreglos de 14 paneles en serie.

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