Un panel solar o un módulo fotovoltaico convierte la luz del sol directamente en energía eléctrica.

El módulo está formado por células solares conectadas en serie o en paralelo. Los paneles solares están disponibles en versiones flexibles y rígidas.

Los paneles solares rígidos suelen consistir en células solares de silicio montadas sobre un marco de aluminio y cubiertas por una placa de vidrio.

En este caso, las células solares están protegidas mecánicamente por el módulo contra influencias ambientales, por ejemplo, granizo, corrosión de TCO.

Los módulos solares flexibles se basan en materiales orgánicos y se utilizan preferentemente en aplicaciones móviles.

Los propios módulos solares se conectan individualmente o en grupos en sistemas fotovoltaicos.

La energía fotovoltaica abastece a consumidores independientes de la red eléctrica, como los satélites, o se utiliza para alimentar la red eléctrica pública.

La totalidad de los módulos de una instalación fotovoltaica se denomina generador solar.

Un módulo solar se caracteriza por sus características eléctricas (por ejemplo, tensión de circuito abierto y corriente de cortocircuito).

La curva característica del módulo solar depende del cableado de las células solares. Para mantener una alta eficiencia, es importante que las células solares interconectadas sean lo más similares posible. Las células solares se clasifican para este fin.

Funciones de un panel solar

En primer lugar, un módulo solar ofrece una fijación mecánica estable para varias células solares, así como protección contra daños. En particular, contiene un perfil de aluminio con una cubierta transparente, por ejemplo, un cristal antirreflectante. Esta carcasa protege las células solares de daños mecánicos, humedad y radiación UV.

Otro aspecto importante es que las células solares están conectadas a la parte trasera (que está más fría durante el funcionamiento) de forma que conducen el calor, ya que la eficiencia disminuye con el aumento de la temperatura: con las células solares de silicio cristalino habituales en aproximadamente un 0,5 % por °C, mientras que con los módulos de capa fina la eficiencia disminuye considerablemente.

La ventilación trasera de los módulos también puede ayudar.

El módulo ofrece opciones para un montaje estable, por ejemplo, en el techo de una casa, así como una caja de conexiones eléctricas protegida de la intemperie.

Dentro de un módulo, las células solares están conectadas eléctricamente entre sí de forma adecuada. Existen varias posibilidades para ello:

  • Las células solares pueden conectarse en serie, de forma que la corriente eléctrica generada fluye a través de todas las células solares una tras otra, por lo que las tensiones eléctricas generadas se acumulan.
  • Grupos de células solares conectadas en serie pueden a su vez conectarse en paralelo para aumentar la corriente total.

Normalmente, un módulo solar también contiene uno o más diodos de rueda libre (diodos de bypass).

Éstos son importantes cuando se conectan varios módulos en serie (véase más adelante). Si un módulo está sombreado mientras que los otros están bien expuestos al sol, este módulo bloquearía todo el flujo de corriente e incluso podría dañarse; esto puede evitar un diodo de rueda libre.

Normalmente, un módulo solar no contiene un inversor, pero se utiliza uno adicionalmente

Sin embargo, hay pequeños módulos solares para la toma de corriente, que contienen un inversor y pueden conectarse directamente a una toma de corriente doméstica, sin necesidad de tecnología adicional.

Combinación con un sistema fotovoltaico

Una instalación fotovoltaica contiene uno o varios módulos fotovoltaicos. A menudo, un inversor (véase más abajo) se utiliza para varios o incluso todos los módulos de un sistema en conjunto.

Al igual que dentro del módulo solar, existen diferentes métodos de interconexión:

Los módulos pueden conectarse en serie para que las tensiones se acumulen. Sin embargo, la resistencia actual está limitada por el módulo más débil; por ejemplo, el sombreado de un solo módulo puede reducir en gran medida la potencia de toda una cadena (una cadena de módulos conectados en serie).

Alternativamente, los módulos pueden conectarse en paralelo; esta disposición es menos crítica con el sombreado parcial.

Sin embargo, conduce a una mayor carga de corriente en la línea de bus, por lo que debe ser más gruesa y/o provoca mayores pérdidas de energía.

A menudo se utiliza una combinación de ambos métodos. Por ejemplo, algunos módulos se conectan en serie para formar una cadena y luego se combinan varias cadenas en paralelo.
Para alimentar la tensión continua generada a la red de CA o para alimentar de forma autónoma una red de CA, se necesita un inversor electrónico.

En este inversor se pierde parte de la energía generada; sin embargo, estas pérdidas son muy bajas en los dispositivos modernos (unos pocos por ciento).

Un inversor de conexión a red suele contener un seguidor MPP que mantiene automáticamente la carga de los módulos en el punto de funcionamiento con una potencia óptima (MPP = punto de máxima potencia, véase más adelante), incluso en condiciones de iluminación variables.

Características eléctricas de un módulo solar

Un módulo solar puede caracterizarse eléctricamente con una combinación de valores característicos:

La tensión de circuito abierto es la tensión eléctrica generada a plena luz del sol cuando no hay corriente.

La corriente de cortocircuito es la corriente eléctrica que se generaría si el módulo se cortocircuitara cuando está totalmente expuesto a la luz solar.

La operación real, por otro lado, debe realizarse con una carga de corriente regulada de tal manera que se genere una tensión eléctrica óptima UMPP.

Esto está ligeramente por debajo de la tensión de circuito abierto y ofrece la mejor combinación de alta tensión y alto amperaje, por lo tanto, la máxima salida de energía eléctrica (energía por segundo).

La máxima potencia posible resulta de la tensión óptima multiplicada por la intensidad de la corriente (para esta tensión) con el bronceado completo.

La eficiencia eléctrica es la relación entre la potencia generada y la potencia de la luz incidente.

Por «luz solar total» se entiende normalmente la iluminación con luz solar de una intensidad de 1 kW/m2 (un kilovatio por metro cuadrado) con incidencia vertical. Los valores característicos se dan para una temperatura de la célula de 25 °C.

El rendimiento de los módulos es ligeramente inferior al de las células solares utilizadas. Esto se debe a que la cubierta transparente no permite el paso completo de la luz solar; parte de ella se refleja hacia atrás. (Una capa antirreflectante suprime este efecto en la medida de lo posible.)

Además, pueden producirse huecos en un módulo entre las células solares, y los bordes tampoco se cubren con células solares, por lo que parte de la luz no se puede utilizar.

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