¿Cómo funciona la energía solar paso a paso?

Desde la luz solar hasta el socket: cómo funcionan los sistemas de energía solar paso a paso

Aprovechar el poder del sol es una hazaña elegante de ingeniería y física. Un sistema completo de energía solar transforma los fotones de la luz solar directamente en electricidad utilizable para su hogar o negocio. Aquí hay un desglose detallado y paso a paso del proceso, destacando componentes clave como el sistema de montaje solar:

1. La luz solar llega a la Tierra: el proceso comienza a 93 millones de millas de distancia. El sol emite grandes cantidades de energía en forma de radiación electromagnética, incluida la luz visible y el calor infrarrojo. Esta radiación viaja a través del espacio y llega a la atmósfera de la Tierra.

2. Los fotones golpean los paneles solares: la luz solar golpea las células fotovoltaicas (PV) dentro de los paneles solares. Estas células están hechas de materiales semiconductores, más comúnmente silicio. Los jugadores clave son los fotones: partículas de energía de luz contenidas a la luz del sol.

3. El efecto fotovoltaico (generación de electricidad):

• Absorción: los fotones son absorbidos por el material semiconductor en las células PV.

• Excitación de electrones: cuando un fotón con suficiente energía golpea un átomo en el semiconductor, derriba un electrón suelto de su enlace atómico. Esto crea un 'agujero ' (una carga positiva) donde estaba el electrón.

• Creación de campo eléctrico: las células fotovoltaicas están especialmente diseñadas con un campo eléctrico incorporado, creado mediante capas de silicio dopadas con diferentes materiales (generalmente fósforo para una capa y boro negativo para una capa positiva). Este campo actúa como una calle de sentido único.

• Flujo de electrones (corriente de CC): el campo eléctrico obliga a los electrones liberados a moverse en una dirección específica, hacia la superficie conductora delantera de la celda. Este movimiento de electrones crea un flujo de electricidad de corriente continua (DC). Cada celda individual genera una pequeña cantidad de voltaje de CC (alrededor de 0.5-0.6 voltios) y corriente.

4. Combinación de potencia del panel: los paneles solares individuales contienen muchas células fotovoltaicas (típicamente 60, 72 o 144) conectadas en serie y/o paralelas. La conexión de las celdas en serie aumenta la salida de voltaje del panel, mientras que la conexión en paralelo aumenta la corriente. Un panel solar estándar generalmente genera entre 30 y 50 voltios DC y varios cientos de vatios de energía bajo la luz solar completa. Luego se conectan múltiples paneles juntos para formar una matriz solar, aumentando significativamente la potencia de salida total. El sistema de montaje solar mantiene de forma segura esta matriz completa.

5. El papel crucial del sistema de montaje solar: este marco estructural es mucho más que un soporte. Un sistema de montaje solar correctamente diseñado e instalado es fundamental para:

• Posicionamiento óptimo: ángula los paneles hacia el sol (basado en la latitud y las variaciones estacionales) para maximizar la exposición a la luz solar durante todo el día y el año. Este ángulo de inclinación óptimo es crucial para el rendimiento energético.

• Integridad estructural: ancla de forma segura toda la matriz solar al techo (soporte del techo) o el suelo (soporte de tierra), soportando el viento, la nieve, las cargas sísmicas y otras tensiones ambientales.

• Ventilación: a menudo proporciona un espacio de aire debajo de los paneles, lo que permite el flujo de aire que enfría los paneles (los paneles más fríos funcionan de manera más eficiente) y protege la superficie del techo.

• Durabilidad: hecho de materiales resistentes a la corrosión como el aluminio o el acero galvanizado, garantiza la estabilidad a largo plazo (más de 25 años) del sistema de energía solar. Los tipos incluyen bastidores con penetración de techo, sistemas de lastre (usando peso) y soportes de postes.

6. Conversión: DC a la potencia de CA (el inversor): la electricidad de CC generada por los paneles solares no es directamente compatible con la mayoría de los electrodomésticos y la red eléctrica, que usan corriente alterna (CA). Aquí es donde entra el inversor.

• La salida de CC combinada de la matriz solar se alimenta al inversor (s).

• La sofisticada electrónica del inversor cambia rápidamente la corriente de CC, transformándola en electricidad de CA limpia y estable (típicamente 120V/240V, 60Hz en América del Norte).

• Los inversores modernos también realizan funciones cruciales como el seguimiento máximo de Power Point (MPPT), que ajusta constantemente la carga eléctrica para extraer la potencia máxima absoluta de los paneles en condiciones de luz solar variables.

7. Distribución y uso de energía:

• La electricidad de CA producida por el inversor fluye al panel de servicio eléctrico principal de su hogar (caja de interruptores).

• Desde aquí, se distribuye en toda su casa a luces de energía, electrodomésticos, electrónica y cualquier otro dispositivo que actualmente atraiga electricidad.

• Demanda de reuniones: el sistema de energía solar suministra energía en tiempo real. Si su sistema solar está produciendo más electricidad de la que su hogar está utilizando actualmente, el exceso de energía fluye ...

8. Manejo del exceso de potencia (medición o almacenamiento neto):

• Medición neta (sistemas atados a la cuadrícula): en la configuración más común, el exceso de electricidad fluye hacia atrás a través de su medidor de servicios públicos y en la red eléctrica local. Su medidor de servicios públicos gira efectivamente hacia atrás, acreditándole por el poder que exporta. Más tarde, cuando sus paneles solares no producen lo suficiente (por ejemplo, por la noche), extrae energía de la red, usando sus créditos. Esto se llama 'Medición neta. '

• Almacenamiento de la batería (sistemas híbridos): alternativamente, o además, el exceso de energía solar se puede almacenar en un banco de baterías (como baterías de iones de litio). El inversor (o un inversor/cargador híbrido separado) administra la carga de las baterías. La energía almacenada se puede usar cuando la producción solar es baja o durante una interrupción de la cuadrícula, aumentando el autoconsumo y proporcionando energía de respaldo.

9. Monitoreo y control: la mayoría de los sistemas modernos de energía solar incluyen monitoreo de hardware y software. Esto permite a los propietarios rastrear la producción de energía en tiempo real e histórica de su sistema, el consumo, el estado de la batería (si corresponde) y la salud general del sistema a través de aplicaciones de teléfonos inteligentes o portales web. Algunos sistemas ofrecen controles inteligentes para optimizar el autoconsumo o el uso de la batería en función de los precios de la electricidad o los patrones de uso.

El sistema integrado de energía solar:

Un sistema de energía solar funcional integra todos estos componentes sin problemas:

• Paneles solares: capturar la luz solar y generar energía DC.

• Sistema de montaje solar: asegura y posiciona de manera óptima los paneles.

• Cableado de CC: lleva de forma segura la potencia de CC desde los paneles hasta el inversor (s).

• Inverter (s): Convierte DC en potencia de CA utilizable, administra MPPT e interfaces con la cuadrícula/baterías.

• Cableado de CA: lleva la potencia de CA desde el inversor al panel de servicio principal.

• Panel de servicio eléctrico: distribuye la energía a los circuitos domésticos y administra la conexión de la red.

• Medidor de servicios públicos: mide la potencia importada y exportada a la cuadrícula (para la medición neta).

• Almacenamiento de la batería (opcional): almacena el exceso de energía solar para su uso posterior.

• Sistema de monitoreo: rastrea el rendimiento y proporciona información del usuario.

Conclusión:

El viaje desde la luz solar para alimentar sus dispositivos implica una fascinante interacción de física, ingeniería y tecnología inteligente. Comenzando con fotones que golpean las células de silicio para generar electricidad DC, el proceso se basa en gran medida en la columna vertebral estructural del sistema de montaje solar para maximizar la captura. La conversión vital a la potencia de CA ocurre en el inversor, lo que permite una integración perfecta con el sistema eléctrico de su hogar y la cuadrícula, a menudo administrada de manera inteligente a través del software de monitoreo. Ya sea que alimentar el exceso de energía a la red o almacenarla en baterías, un sistema de energía solar bien diseñado proporciona electricidad limpia y renovable, reduciendo la dependencia de los combustibles fósiles y la reducción de los costos de energía, todo gracias a la abundante energía del sol.