PV-Guía de Anlage - todo lo que necesita saber sobre los sistemas fotovoltaicos

Todo lo que necesita saber sobre los sistemas fotovoltaicos - desde la función hasta la historia, desde los viajes espaciales hasta la planificación de su propio sistema fotovoltaico (PV-system).

¿Qué hace un sistema fotovoltaico?

Un sistema fotovoltaico convierte la luz solar incidente en electricidad. Sus componentes más importantes son los módulos solares en los que las células solares se conectan en serie o en paralelo. Estos módulos solares realizan la conversión de la radiación solar en electricidad.

La pequeña pero sutil diferencia entre un sistema fotovoltaico y uno solar

Los términos "sistema fotovoltaico" y "sistema solar" suelen utilizarse indistintamente de forma incorrecta. Un sistema solar es un sistema que convierte la energía solar en otro tipo de energía, pero no necesariamente en electricidad. Además del sistema fotovoltaico, el sistema solar térmico es, por tanto, otro de los que se incluyen en el término sistema solar. Este último convierte la energía solar en calor, que puede utilizarse para la calefacción o el agua caliente.

¿Cómo funciona una célula solar?

Los componentes centrales de un sistema fotovoltaico son los módulos solares con sus células solares. Las células están hechas de material semiconductor. Cuando las diminutas partículas fotónicas de la luz solar inciden en este material, desencadenan un flujo de corriente. De este modo, la energía luminosa se convierte en energía eléctrica, o más exactamente: en electricidad, que todos utilizamos a diario. Este proceso se denomina proceso fotoeléctrico. La corriente resultante es una corriente continua. Puede consumirse directamente, almacenarse en una batería o alimentar la red eléctrica pública. Sin embargo, como la mayoría de los aparatos eléctricos y también la red eléctrica requieren corriente alterna, esta corriente continua debe convertirse en corriente alterna con la ayuda de los llamados inversores. Dado que la radiación solar está siempre disponible -independientemente de cómo se utilice-, la electricidad solar es una de las energías renovables (también denominadas energías regenerativas).

Historia: Del espacio al techo pasando por la calculadora

Las primeras células solares surgieron en el apasionante campo de los viajes espaciales. En los años 50, se utilizaron en la tecnología de satélites para generar electricidad. Estaban hechas de silicio y tenían una eficiencia del 10 %. En la Tierra, se utilizaron por primera vez en los exposímetros de los fotógrafos. Sin embargo, hasta los años 70, las células solares se utilizaban principalmente en el espacio.

Repensar la producción de energía

La grave crisis del petróleo de 1973-74 y los trágicos accidentes de los reactores nucleares de Harrisburg y Chernóbil llevaron a replantear la producción de energía. Las energías renovables pasaron a primer plano por primera vez y el uso de las células solares en la tierra fue de repente objeto de debate. Esto llevó a un aumento de la inversión en investigación y desarrollo de células solares en todo el mundo en la década de 1980.

Gracias a los esfuerzos realizados desde entonces hasta hoy, la eficiencia de las células solares de silicio casi se ha duplicado. Mientras que las primeras células solares se utilizaban todavía para las calculadoras de bolsillo y otros dispositivos pequeños, hoy en día tienen una cuota cada vez mayor, actualmente el 7,4% de la producción total de electricidad en Alemania.

Puede encontrar más estadísticas en Statista

Lo que necesitas: Componentes del sistema fotovoltaico

• PV Sistema de montaje
• Módulos solares con sus células solares
• Inversor solar
• Almacenamiento de electricidad
• Cables y conectores
• Contador bidireccional

No hay sujeción firme y segura sin el sistema de montaje PV

En el caso de los sistemas de montaje dePV , se distingue entre los sistemas sobre el tejado o dentro del tejado y los sistemas de abrazaderao inserción. También hay sistemas correspondientes para tejados planos y para uso exterior. (ver áreas de aplicación). Para los sistemas sobre el tejado, existen soluciones adecuadas para cada cubierta, por ejemplo, para tejas, chapa trapezoidal, chapa con costura de pie o Wellethernit.

Módulos solares: Una unidad formada por muchas células pequeñas

Losmódulos solares están formados por varias células solares. Suelen basarse en el elemento silicio. Otros materiales semiconductores utilizados para la producción de células solares son el teluro de cadmio (CdTe) y el arseniuro de galio (GaAs). Un interesante desarrollo reciente son las células solares en tándem, que se combinan a partir de diferentes semiconductores.

Las células solares de silicio son policristalinas o monocristalinas. Las células solares monocristalinas están formadas por un único cristal de silicio. Son más caros y más difíciles de producir, pero tienen una mayor eficiencia de hasta el 20% y más. Las células solares policristalinas están formadas por varios cristales de silicio. Son más baratas y fáciles de producir, pero tienen una eficiencia significativamente menor, del 12 % al 16 %, que las células monocristalinas.

Las células de capa fina son otro tipo de célula solar muy utilizado. En la producción, el material semiconductor se deposita por vapor o se pulveriza sobre un soporte. Este soporte puede ser de metal, plástico o vidrio. El semiconductor suele ser silicio amorfo, diselenuro de cobre e indio (CIS) o teluro de cadmio. Estas células solares son baratas de producir, pero con una eficiencia de entre el 4 % y el 10 % son mucho más pobres que las otras células.

Los inversores solares convierten la corriente continua en alterna

El inversor solar convierte la tensión continua del sistema PV en tensión alterna. Hay inversores para sistemas conectados a la red y para sistemas autónomos, y también se diferencian según el número máximo de módulos conectados a la red.

Un sistema fuera de la red es un sistema PV que no está conectado a la red pública. Se utiliza, por ejemplo, como sistema doméstico en zonas remotas, como sistema de jardín o como sistema en una casa móvil. Un sistema sin conexión a la red siempre está equipado con una batería de la que se alimenta el inversor. Por lo tanto, la entrada del inversor autónomo se conecta a la batería y la salida al consumidor. Sin embargo, los distintos consumidores finales requieren tensiones diferentes. Por lo tanto, la tensión de salida es regulada por el inversor. Al comprar un inversor autónomo, debe asegurarse de que la tensión de salida máxima sea lo suficientemente grande para el uso previsto por el cliente.

A un inversor de módulos se puede conectar exactamente un módulo solar. Si hay varios módulos, también hay que utilizar varios inversores de módulos. Esto tiene sentido si los módulos individuales tienen salidas muy diferentes y están orientados de forma distinta. Se utilizan principalmente en sistemas pequeños.

Una o varias cadenas de módulos solares funcionan juntas en un inversor de cadena. Debido a su buena relación calidad-precio, son muy populares para los sistemas pequeños y medianos.

Losinversores multistring se utilizan principalmente en sistemas de mayor tamaño. En ellos se juntan varios hilos. Varios rastreadores de MPP garantizan que cada cadena se mantenga siempre en el punto de funcionamiento óptimo. MPP = Punto de máxima potencia.

En los sistemas grandes hay inversores centrales. Son útiles cuando un gran número de cadenas están alineadas de la misma manera y tienen la misma inclinación.

Con una unidad de almacenamiento de energía, el sistema realmente vale la pena

En los sistemas autónomos, las unidades de almacenamiento de electricidad sirven para independizar al usuario de la radiación solar actual. Estas unidades de almacenamiento de electricidad suelen ser acumuladores, o baterías para abreviar. En el pasado, se fabricaban principalmente baterías de plomo, pero ahora las baterías de titanato de litio están más extendidas debido a su mayor eficiencia.

En el caso de los sistemas conectados a la red, los sistemas de almacenamiento de electricidad sirven para aumentar la cuota de autoconsumo eléctrico. Cuanto mayor sea el autoconsumo, más económico será el sistema PV, ya que la tarifa de alimentación es ahora comparativamente baja.

Cables y enchufes para las conexiones correctas de los sistemas PV

Loscables y enchufes fotovoltaicos constituyen la conexión entre los módulos solares y los demás componentes del sistema PV. Deben ser de primera calidad y resistentes a la intemperie. Uno de los primeros sistemas de conectores para instalaciones solares vino de la mano de la empresa Multi-Contact, que ahora pertenece al grupo Stäubli Electrical Connectors. Sin embargo, el nombre todavía se puede encontrar en los populares sistemas MC3 y MC4, entre otros.

Medidor bidireccional para la visión general

Con un sistema PV conectado a la red, es bueno saber cuánta electricidad está inyectando en la red pública. Para medirlo, existen los llamados contadores de alimentación. Por otro lado, normalmente también se obtiene electricidad adicional de la red. Esto se mide con el contador de compras. En lugar de utilizar dos contadores individuales, es aconsejable utilizar un contador bidireccional, que los operadores de red suelen alquilar.

Sistemas fotovoltaicos y su uso

El techo solar para una mayor independencia de la red

Se distingue entre sistemas sobre el techo y sistemas en el techo. En los sistemas sobre el tejado, los módulos solares se montan en el tejado de la casa con la ayuda de un marco de montaje. En el caso de los tejados inclinados, el ángulo de inclinación también puede optimizarse fácilmente. Al mismo tiempo, es la forma más sencilla y común de instalar un sistema PV. Hay varios marcos especialmente diseñados para tejados de chapa, tejados de tejas, tejados de pizarra y tejados de chapa ondulada. Otra ventaja es la buena ventilación trasera de los módulos solares. Es importante prestar atención a la resistencia a la intemperie de los materiales de montaje. Los tejados planos no suelen tener ningún ángulo de inclinación o sólo uno pequeño. Por lo tanto, los módulos solares deben estar inclinados al menos 6° por el sistema de montaje. Es habitual una inclinación de hasta 13°.

Con un sistema en el tejado, los módulos solares sustituyen a las tejas. Por un lado, esto tiene mejor aspecto y, por otro, el sistema es más resistente a la intemperie. Sin embargo, la instalación es más compleja y costosa. La refrigeración de los módulos solares también es más compleja que en un sistema sobre el tejado y reduce la eficiencia en aproximadamente un 0,5%. Los sistemas en el tejado sólo son adecuados para los tejados a dos aguas con una inclinación relativamente grande, ya que, de lo contrario, la eficiencia se ve gravemente afectada. Esta solución no es posible para los tejados de chapa o de betún.

Minisistemas para cocheras, garajes, fachadas y satélites

Un sistema miniPV sólo requiere uno o dos metros cuadrados de espacio. Por ello, es ideal para una cochera, la fachada o una caseta de jardín. Con un sistema tan pequeño se pueden producir hasta 600 W de energía eléctrica, dependiendo de los módulos solares utilizados. La única condición técnica es que el tejado o la fachada correspondiente debe ser lo suficientemente estable como para soportar el peso de los módulos solares más el sistema de montaje. Sin embargo, en algunos estados federales se necesita un permiso para un sistema PV en la cochera o el garaje. Consulte con la autoridad local de la construcción con la debida antelación antes de adquirir el sistema PV. Puede utilizar la electricidad producida de este modo para cargar su coche eléctrico, híbrido enchufable o similar. Por supuesto, también puedes utilizar la electricidad de tu hogar y así reducir la factura de la luz. Sin embargo, no se puede producir toda la electricidad para un hogar en una superficie tan pequeña.

Sistema montado en el suelo (parque solar)

Un techo no es un requisito previo para la instalación de un sistema PV. Como aficionado a PV, seguro que conoce las impresionantes imágenes de los enormes parques solares. También en este caso se utilizan sistemas de montaje para hacer posible la generación de energía al aire libre. Existen dos sistemas de montaje básicamente diferentes: el montaje fijo y el sistema de seguimiento.

Instalación fija PV-sistema

Con el montaje fijo, un marco de acero o aluminio se atornilla a bloques de hormigón o se ancla en el suelo. La inclinación y la orientación de los módulos no pueden modificarse después de la instalación.

El sistema montado en el suelo con montaje fijo tiene varias ventajas en comparación con un sistema montado en el techo:

• Suele haber más espacio disponible.
• La orientación puede elegirse libremente y no está dictada por un techo.
• Esto significa que la inclinación también se puede ajustar casi a voluntad.
• Más superficie significa también más módulos. En este caso, también vale la pena utilizar módulos de menor eficiencia, que son más baratos de adquirir.

Sistemas de seguimiento

En los sistemas de seguimiento, los módulos siguen la orientación del sol. Se distingue entre seguimiento uniaxial y biaxial. Con el seguimiento en un solo eje, la orientación de los módulos cambia horizontal o verticalmente según la posición del sol. El seguimiento horizontal sigue la posición del sol de este a oeste. En el seguimiento vertical, el módulo solar se orienta hacia el sur y gira sobre el horizonte, en función de la altura del sol. El seguimiento de doble eje es una combinación de seguimiento horizontal y vertical.

Ventajas del sistema de seguimiento:

• El rendimiento eléctrico del sistema PV es significativamente mayor que el de una instalación fija.
• Sólo en Europa Central, el aumento del rendimiento actual es del 20 % con el seguimiento de un eje y del 30 % con el seguimiento de dos ejes.

Desventajas del sistema de seguimiento:

• Se producen mayores costes de inversión.
• El sistema requiere más mantenimiento. Esto aumenta los costes de explotación.
• El sistema de seguimiento también requiere electricidad.

Planta flotante PV

Una forma especial de instalación en exteriores es el sistema flotante PV. Para ello, los módulos solares se montan sobre flotadores de plástico. Los costes de inversión son entre un 20 % y un 25 % más altos que los de un sistema convencional montado en tierra.

Sistemas conectados a la red pública

Los sistemas conectados a la red también se denominan sistemas conectados a la red. Llevan su nombre porque están conectados a la red eléctrica pública. La mayoría de los sistemas instalados en PV son sistemas conectados a la red.

Sistemas autónomos no acoplados

También hay plantas de PV que no están conectadas a la red pública. Como una isla en el mar que no tiene conexión con el continente, se denominan sistemas insulares. Como esto también elimina la posibilidad de inyectar electricidad en la red pública, estos sistemas suelen funcionar junto con un sistema de almacenamiento de electricidad.

Cómo planificar una instalación fotovoltaica

Requisitos para el uso de un sistema PV

Antes de empezar a planificar una instalación fotovoltaica, debe comprobar los requisitos previos:

• ¿Necesita un permiso de construcción para la planta? Puede informarse en la autoridad local de la construcción.
• ¿Es el techo lo suficientemente fuerte para un sistema PV?
• ¿La radiación solar es suficiente para que el sistema funcione de forma económica? Para responder a esta pregunta, merece la pena echar un vistazo al "Mapa de Irradiación del Servicio Meteorológico Alemán" (ver Figura 3). En Alemania, sin embargo, esto es así en casi todas partes.
• ¿Cómo es la financiación del sistema? ¿De qué subvenciones se puede beneficiar? A través de un motor de búsqueda se pueden encontrar varias opciones, por ejemplo, del Banco KfW.

¿Qué sistema PV es el adecuado?

En primer lugar, tienes que decidir si quieres un sistema montado en el techo o en el suelo. En el caso de un sistema de techo, se plantean las siguientes cuestiones:

• ¿En qué dirección de la brújula está orientado el techo?
• ¿Es un tejado inclinado o plano?
• ¿Hay alguna sombra en la superficie del tejado debido a los árboles o a los edificios circundantes?

Lo ideal sería un tejado inclinado hacia el sur con una inclinación de unos 30º. Pero incluso si su tejado tiene una inclinación de entre 10°-60° y está orientado al sureste o al suroeste, sigue siendo adecuado para un sistema PV. El rendimiento es sólo ligeramente inferior. Hay que tener cuidado con la tala de árboles grandes para evitar el sombreado. Averigüe de antemano si está permitido y qué medidas compensatorias puede tener que tomar.

Más información sobre la planificación de un sistema PV .

Apoyo a través del software PV

Con el software fotovoltaico se pueden diseñar sistemas fotovoltaicos de forma óptima para el tejado correspondiente y los módulos e inversores utilizados, y al mismo tiempo se puede seleccionar la mejor variante posible del sistema de montaje PV. El software PV le ofrece las siguientes opciones: planificación del diseño del inversor, cálculo del rendimiento con áreas de sombreado optimizadas y planificación de strings.

¿Cuántos metros cuadrados de planta PV necesita?

Dependiendo de si quiere cubrir una parte o la totalidad de sus necesidades, la cantidad de módulos que utilice será diferente. Si ahora se pregunta cuántos módulos hay que instalar para cubrir sus necesidades energéticas y si dispone de la superficie correspondiente, el siguiente artículo le ayudará:

→ Cómo calcular su propia demanda para su sistema PV

Deje el montaje y la instalación en manos de los profesionales

No hay duda de que debe dejar el montaje y la instalación de su nuevo sistema fotovoltaico en manos de una empresa especializada. En general, no aconsejamos a los aficionados que trabajen por su cuenta, ya que el trabajo con la electrónica es peligroso y puede ponerle en peligro a usted y a sus compañeros. Además, una instalación incorrecta suele anular la garantía de los componentes del sistema solar.

Puede esperar estos costes

En general, las plantas más grandes de PV son algo más baratas en precio por kWh que las plantas más pequeñas:

• Para un tejado pequeño con una superficie de 25 m², los módulos cuestan 216 €/m² o el sistema completo 5.400 €.
• Para un tejado de tamaño medio con una superficie de 50 m², los módulos cuestan 180 euros/m² o el sistema completo 9.000 euros.
• Para un tejado grande con una superficie de 72 m², los módulos cuestan 172 €/m² o el sistema completo 12.900 €.

Fuente: www.solaranlagen-portal.com

Cómo funciona una instalación fotovoltaica

Limpieza: Los módulos sucios reducen el rendimiento

Un sistema PV está expuesto a todo tipo de influencias ambientales las 24 horas del día, los 365 días del año. Poco a poco se va acumulando el polvo, los excrementos de los pájaros, la caída de las hojas, el polen de las plantas, etc. La suciedad tiende a acumularse especialmente en las uniones entre el marco y el cristal y no se elimina fácilmente con la lluvia y la nieve. El musgo o el liquen pueden incluso instalarse allí. Esto significa que el sistema PV debe limpiarse a intervalos regulares. Sólo debería hacerlo usted mismo si todas las partes del sistema pueden ser alcanzadas por pértigas telescópicas, etc., sin necesidad de escalar. De lo contrario, debería dejar este trabajo en manos de empresas especializadas en la limpieza de sistemas fotovoltaicos . Los costes varían de una región a otra. Calcula con 1,00 € a 2,50 € por metro cuadrado de superficie del módulo.

Para la limpieza, recomendamos agua sin cal, un producto de limpieza no agresivo y un paño o esponja, sin elementos que rayen.

Garantizar el buen funcionamiento mediante el mantenimiento y el servicio

Para ello, lo mejor es firmar un contrato de mantenimiento con la empresa que ha instalado el sistema. Los expertos ya conocen su sistema y no tienen que familiarizarse con él. El mantenimiento incluye una inspección visual de los módulos solares y una comprobación de las conexiones eléctricas y los inversores. Los costes oscilan entre 150 y 250 euros para una vivienda unifamiliar.

Asegurado con un seguro

Dado que su sistema PV está constantemente expuesto a las influencias ambientales, el seguro puede merecer la pena. Los daños causados por el granizo, la lluvia intensa o los rayos pueden producirse rápidamente. Por lo tanto, tiene sentido contratar un seguro adecuado para su sistema PV.

Una buena póliza de seguro debe cubrir los siguientes riesgos:

• Fuego
• Tormenta
• Salve
• Presión de la nieve
• Sobretensión
• Mordeduras de animales
• Robo
• negligencia grave

Aclarar si se debe pagar el impuesto

Si no consume usted mismo toda la electricidad producida por el sistema PV, se convierte en empresario a efectos fiscales. La tarifa de alimentación es el precio por kWh,
que la compañía energética le paga por la electricidad que usted vierte en la red pública. Por lo tanto, la tarifa de alimentación también está sujeta al impuesto sobre la renta. Siempre que no gane más de 22.000 euros al año con ella, puede solicitar la exención del IVA para pequeñas empresas.

Si no lo hace, deberá pagar el IVA tanto por la electricidad que vierte a la red como por la que consume.

Gestión de la energía: alimentación de la red pública

Para alimentar su excedente de electricidad a la red pública, necesita un contrato con el proveedor público de energía. Por lo general, también le alquilarán un contador de alimentación o un contador bidireccional.

Cuanto más electricidad se consuma, más interesante es el sistema PV desde el punto de vista económico. La tarifa de alimentación es significativamente menor que el precio de la electricidad que tiene que pagar por la electricidad que compra. Por lo tanto, suele merecer la pena adquirir una unidad de almacenamiento de electricidad para salvar las épocas de menor radiación solar.

A partir de qué momento un sistema de PV es realmente rentable

Según Frauenhofer ISE, una planta de PV genera un rendimiento de los fondos propios de alrededor del 5 %. Pero cada sistema es diferente y también depende del comportamiento del operador. Lo importante es lograr el mayor autoconsumo posible de electricidad mediante el uso de almacenamiento en baterías y/o control inteligente.

Esto será aún más importante en el futuro, ya que la tarifa de alimentación en el marco de la EEG está disminuyendo constantemente. En este momento, no es posible evaluar cómo evolucionará la tarifa de alimentación.

Al cabo de cuántos años vale realmente la pena un sistema PV(después de la amortización) depende de los siguientes factores:

• Costes de adquisición
• rendimiento eléctrico previsto
• Cuota de consumo propio
• Importe de la tarifa de alimentación
• Evolución del precio de la electricidad
• Costes de financiación
• impuesto a pagar

Por regla general, una instalación fotovoltaica se amortiza al cabo de nueve a doce años. Con una vida útil de al menos 20 años, le quedan bastantes años para obtener beneficios.

Oportunidades de financiación para su nueva instalación fotovoltaica

Tanto para los nuevos edificios como para la modernización de los existentes, el KfW (Kreditanstalt für Wiederaufbau) tiene programas de financiación para promover la compra e instalación de sistemas fotovoltaicos. La financiación consiste en préstamos a bajo interés con uno, dos o tres años de arranque sin intereses y plazos de hasta 20 años.

Los estados federados, los municipios y las ciudades también ofrecen programas especiales de financiación para el uso de energías renovables. Estas subvenciones también pueden consistir en ayudas a los costes de inversión. Varios bancos y el KfW también ofrecen préstamos solares especiales. La característica especial de estos préstamos es que la tarifa de alimentación prevista se acepta como garantía para los préstamos.