Fundamentos de fotovoltaica

La energía solar irradiada en todo el mundo es de unos 1.540.000.000.000.000.000 kWh/año (1.540 peta kWh/año). Esta cifra corresponde 15.000 veces al consumo de corriente. Le felicitamos por su decisión de aprovechar activamente el mayor depósito de energía del mundo. Por cierto, el primero en descubrir la fotovoltaica fue el físico Alexandre-Edmond Becquerel en 1839. El nombre fotovoltaica que suena un poco extraño, procede de la fuerza impulsora que está detrás de esta tecnología, que es el rayo de luz. El rayo de luz se compone de unas partículas infinitamente pequeñas, los fotones.    

Para simplificar, vamos partir de una pura célula solar de silicio. Si nos acordamos de nuestras clases de física, el silicio tiene en su vaina de electrones exterior cuatro electrones alrededor de su núcleo atómico, los llamados electrones de valencia. Los fotones, es decir, la luz solar entran en las células solares y enriquecen los electrones de valencia con energía. El electrón se separa finalmente del átomo de silicio y deja atrás un átomo de carga positiva. Para que los electrones libres puedan fluir en un sentido y generar de este modo una corriente, es necesario que la polaridad del lado delantero y posterior de la célula sea diferente. A los átomos de silicio en el lado frontal se aplica (dota) una insignificante cantidad de átomos de fósforo que tienen un electrón de valencia adicional. A cambio, en el lado posterior de la célula se aplican adicionalmente a los átomos de silicio unos átomos de boro con tan sólo tres electrones de valencia. El desequilibrio generado de este modo entre el polo positivo y negativo permite el flujo de los electrones y se genera una corriente. Muchas de estas células solares agrupadas y colocadas detrás de un vidrio forman uno de sus módulos solares.

La corriente continua generada en los módulos solares sólo puede ser utilizada en el ámbito doméstico y ser suministrada a la red pública si previamente ha sido convertida en corriente alterna. Ésta es precisamente la misión central del Fronius IG. Su Fronius IG es un inversor solar de última generación. Supone el sofisticado elemento de unión entre los módulos solares y la red de corriente pública. Como tal debe asumir toda una serie de exigentes tareas.  

Conversión de corriente continua en corriente alterna     
 
El Fronius IG convierte en corriente alterna la corriente continua generada por los módulos solares. Esta corriente alterna se suministra junto con la tensión de red a su red doméstica o a la red de corriente pública. El Fronius IG ha sido desarrollado exclusivamente para la aplicación en instalaciones fotovoltaicas acopladas a la red. Información más detallada sobre el concepto de conmutación figura en el manual de instalación y servicio.  

El servicio del Fronius IG se realiza completamente automático. La unidad de control y regulación comienza con la supervisión de la tensión de red y de la frecuencia de red, así como de la oferta de energía cuando los módulos solares hayan comenzado a generar suficiente potencia después del alba. Su inversor solar comienza con la alimentación cuando existe suficiente irradiación solar. ¡Según la versión, es suficiente con tan sólo algunos vatios de potencia solar! El Fronius IG trabaja siempre de tal modo que se tome la máxima potencia posible de los módulos solares. Esta función se denomina MPPT (Maximum Power Point Tracking) y se lleva a cabo con una precisión superior al 99 %. Si después de que oscurece no hubiera disponible energía para suministrar la corriente a la red, el Fronius IG separa la conexión a la red por completo e interrumpe el servicio. Por supuesto, se mantienen todos los ajustes y datos memorizados.    

El Fronius IG ha sido concebido para el empleo en módulos solares con una amplia gama de tensión de entrada. De este modo, se permite el empleo de los más diversos tipos de módulos solares. No obstante, resulta imprescindible que jamás se excedan los valores indicados para la máxima tensión DC (tensión total de las células solares conectadas). Gracias a su construcción y funcionamiento, el Fronius IG Plus ofrece un máximo de seguridad, tanto durante la instalación y el montaje como también durante el servicio. Como primer inversor solar, el Fronius IG dispone de un transformador AF (AF = alta frecuencia) que garantiza la separación galvánica entre el lado de corriente continua y la red. El concepto AF permite además reducir drásticamente el transformador y, de este modo, una reducción considerable del espacio y, sobre todo, del peso. A pesar de la separación galvánica realizada por completo, el Fronius IG alcanza un alto rendimiento, gracias a los innovadores conceptos de conmutación.

El Fronius IG se encarga de la tarea de vigilancia de la red. Aquí se incluyen las medidas para la protección de las personas y del aparato en caso de una avería de la red. El Fronius IG está programado para interrumpir inmediatamente su servicio y detener la alimentación de la red de corriente cuando se producen situaciones anómalas de la red (por ejemplo, desconexión de la red, interrupción). El Fronius IG dispone de una serie de posibilidades para detectar una desconexión de la red: 

• Vigilancia de tensión
• Vigilancia de frecuencia
• Medición de la resistencia de la línea (sólo Fronius IG con ENS) 
• Alimentación intencionada de una frecuencia o tensión ligeramente modificada

En este contexto es de relevancia que el mismo Fronius IG realice los procedimientos de supervisión específicos nacionales vigentes en cada caso sin ningún sistema electrónico de medición adicional. Así se reducen considerablemente los trabajos de instalación y los costes correspondientes.

La alta complejidad técnica de los novedosos inversores solares requiere un esmerado diseño de las pantallas, es decir, de la interfaz con el usuario. El diseño está orientado decididamente hacia un manejo sencillo y la disponibilidad permanente de los datos de la instalación. El FRONIUS IG dispone de una fundamental función "Logging" para la captación de los valores mínimos y máximos de los datos en base al día, al año y en su totalidad, directamente en la pantalla.

Opcionalmente, la pantalla permite también la indicación de los siguientes datos del tiempo:

• 2 diferentes valores de temperatura (por ejemplo, temperatura de los módulos solares, temperatura exterior a la sombra) 
• Irradiación solar
• Velocidad del viento
• Presión de aire atmosférica 
• Humedad relativa del aire 
 
De forma complementaria a las funciones implantadas en el Fronius IG, la amplia oferta de elementos para la comunicación de datos permite un gran número de variantes de registro y visualización. Las ampliaciones del sistema necesarias a tal fin pueden instalarse muy fácilmente. La caja visualmente atractiva ofrece suficiente espacio para una gran multitud de ampliaciones del sistema. En este sentido, en un primer plano estaba la sencilla conexión a todos los medios actuales y nuevos. Estamos hablando de la posibilidad de realizar consultas a distancia mediante módem, correo electrónico, Internet, mensaje SMS, fax, etc.  

Cuantas más de las tareas anteriormente descritas se encarguen al Inverter de fotovoltaica, tanto más sencilla y económica resultará la instalación, ya que no se requerirán otros aparatos periféricos adicionales. Gracias a nuestra experiencia y al empleo de las tecnologías más innovadoras, el Fronius IG es capaz de gestionar todas estas tareas al mismo tiempo. El Fronius IG cumple además toda una serie de condiciones previas para proteger a las personas, a oros aparatos electrodomésticos y a sí mismo. Entre estas condiciones previas figuran, por ejemplo, las siguientes:

• Vigilancia de la red
• La forma de la corriente suministrada
• Sensibilidad frente a influencias perturbadoras (por ejemplo, teléfonos móviles)
• Alimentación intencionada de una frecuencia o tensión ligeramente modificada