En México y en el mundo, la energía eléctrica es fundamental para llevar a cabo una vida plena que nos ayude a cubrir nuestras necesidades y brinde comodidades. En el sector industrial, la energía eléctrica es clave para poder desarrollar las actividades de cada una de las áreas que impulsan el desarrollo de los países, por lo que, el consumo de energía del mercado industrial es intensivo. Debido a esta constante necesidad eléctrica, el compromiso por el cuidado del medio ambiente y el interés por reducir los gases de efecto invernadero ha contribuido a que las empresas tengan más interés en aprovechar las energías limpias.
Dentro de la rama de energías limpias por fuentes renovables, se encuentra la energía solar fotovoltaica. De acuerdo con la Asociación Mexicana de Energía Solar (ASOLMEX), México tiene un enorme potencial en la materia, ya que puede convertirse en la séptima potencia a nivel mundial de energía solar, pues el 85% del territorio nacional es óptimo para proyectos solares. Mitre Calera Solar en Zacatecas es un ejemplo de cómo se pueden aprovechar las bondades del territorio para la producción de energías limpias.
Funcionamiento
Como punto de partida, debemos de conocer la forma en que inicia el efecto fotovoltaico, es decir, el proceso de conversión de la luz del sol en energía eléctrica. Este proceso comienza con los rayos ultravioleta que nos brinda el Sol y, que, en la Tierra, son recibidos por un elemento semiconductor que existe en abundancia en el planeta: el silicio.
Gracias al silicio es posible crear las celdas solares. Las celdas al recibir los fotones que vienen en los rayos ultravioletas y al interactuar con el silicio liberan un electrón. Este electrón canalizado por un medio de transmisión nos ayuda a crear la corriente directa. Sin embargo, una sola celda produce muy poca energía, por lo que es necesario agrupar muchas celdas interconectadas. De esta manera, se crean los módulos solares fotovoltaicos, que todos conocemos, y que podemos ver en muchos techos de hogares, fábricas y parques solares a gran escala como lo es Mitre Calera Solar.
Principales componentes
Una vez que conocemos el proceso del efecto fotovoltaico es necesario identificar los principales componentes que se involucran en un sistema solar fotovoltaico. Este conocimiento es clave para determinar cómo satisfacer las necesidades de consumo energético. Las celdas solares, o como se refiere con anterioridad, los módulos fotovoltaicos — varias celdas interconectadas para incrementar la producción de energía — son el primer componente clave a identificar. Los módulos solares están en el mercado en distintas presentaciones caracterizadas por su capacidad de potencia, eficiencia y tamaño. Esta última característica es un factor que se debe de considerar dado que es necesario contar con el suficiente espacio —superficie o área— para realizar la instalación de uno o varios módulos solares.
La estructura de montaje es donde se instalan directamente los módulos solares. Esta estructura es otro componente del sistema solar fotovoltaico a considerar dado que se busca que idóneamente sea en un terreno plano para una fácil instalación. No obstante, aunque los terrenos no sean uniformes, o de suelo muy duro o blando, la instalación es posible. En estos casos, se deben de buscar las soluciones óptimas para lograr que el módulo solar fotovoltaico se instale de manera segura para poder soportar las condiciones del clima como fuertes vientos o factores que puedan dañar su integridad. En cuanto a la estructura de montaje, se busca que los módulos cumplan con la orientación e inclinación necesaria para poder producir energía. Dentro de la industria del sector existen dos tipos de estructura:
- Fijas (sin movimiento)
- Sistema de movimiento automatizado (de un eje o dos) llamados comúnmente en la industria como“trackers”
Los trackers son las estructuras de montaje preferidas para los parques solares ya que pueden ser de diseñadas con distintos materiales solidos resistentes. Además, la mayor diferencia entre una estructura fija y una con la capacidad de seguimiento es lograr aumentar la eficiencia de generación de los módulos, en este caso del sistema solar fotovoltaico.
Otro componente clave del sistema solar fotovoltaico es el inversor solar, a este equipo se le interconectan los módulos solares del sistema por medio de un cableado y protecciones eléctricas. Su principal función es convertir por medio de electrónica de potencia la corriente directa proveniente de los módulos solares a corriente alterna que es el tipo de corriente que comúnmente se utiliza en la mayoría de los equipos desde lo convencional en una casa habitación hasta en las grandes industrias. Además, el inversor solar debe de ser capaz de cumplir con los requerimientos de calidad de energía necesarios para su uso según sea el caso asegurando no dañar los equipos y poder brindar protección ante cualquier desperfecto.
Así como los módulos y la estructura de montaje aparecen en el mercado en distintas presentaciones, podemos encontrar inversores solares en distintos modelos. No existe el inversor ideal, sino que existen muchas opciones. Lo importante, es tener en clara la necesidad que se quiere cubrir, principalmente porque puede ser por demanda de consumo y así determinar la mejor opción y seleccionar el que mejor convenga. Entre los tipos de inversores que podemos encontrar son:
- Tipo“micro”para pequeños consumos a los cuales es posible poner en funcionamiento conectándole 1 o 2 módulos solares.
- Tipo “String” para consumos de mediana o gran demanda energética, ya que es posible interconectar desde cinco módulos hasta 90 según sea el caso.
- Tipo “central”para grandes consumos principalmente a nivel industrial a los cuales es posible conectar más de 20,000 módulos (considerando arreglos de conexiones de gabinetes eléctricos).
Uno de los principales componentes a considerar —pues además conlleva medidas de seguridad— es el cableado y las protecciones eléctricas, así como el sistema de puesta a tierra que se debe utilizar en este tipo de sistemas e instalaciones. El cálculo del sistema solar fotovoltaico debe de incluir el correcto dimensionamiento y selección del tipo de conductor a utilizar principalmente para parte de la corriente directa y alterna dado que el riesgo eléctrico es muy grande, además de asegurar una correcta transmisión de la energía y evitar pérdidas eléctricas o sobrecalentamiento en los conductores y afecte la eficiencia del sistema.
Mismo caso para la selección de las protecciones eléctricas, ya que estas ayudarán a salvaguardar la integridad del personal que pueda interactuar con los equipos y las instalaciones como casas, edificios o áreas donde el sistema sea instalado para en caso de un desperfecto el equipo no cause daños o perdidas. Como último, pero no menos importante, se debe considerar un buen diseño e instalación de un sistema de puesta a tierra para el sistema solar fotovoltaico. La instalación apropiada es vital para el correcto funcionamiento, puesto que evita accidentes relacionados con descargas eléctricas o cables expuestos que pongan en riesgo al personal, equipo y/o las instalaciones.
En el caso de los parques solares, un componente clave es un sistema interconectado a la red eléctrica. En el caso de Mitre Calera Solar resaltamos la importancia de la instalación del medidor bidireccional, que, para el caso de México, nos ayuda a poder interconectar nuestro sistema con la red de la Comisión Federal de Electricidad (CFE). Este medidor es el que mide y contabiliza tanto la energía consumida como la generada que aportan los sistemas solares fotovoltaicos con el fin de poder determinar los costos de energía que los consumidores o generadores facturan.
Óptimo funcionamiento
El óptimo funcionamiento de un sistema solar se mide con el cálculo de rendimiento de la instalación considerando algunas métricas, como lo es el desempeño de la central midiendo su energía generada comparándolo contra su rendimiento proyectado y energía proyectada. Todo esto se considera desde el diseño de la central utilizando algunos softwares especializados, para ello, además de considerar algunas variables meteorológicas como el recuso solar y temperatura ambiente, es necesario que sea correctamente diseñado y sus componentes sean seleccionados según su necesidad y el área y lugar geográfico instalado. Además, la instalación y mantenimiento debe ser por profesionales esto con el fin de asegurar una buena disponibilidad de los equipos y su funcionamiento y rendimiento no sean afectados por mala instalación, fallas o averías para que puedan cumplir el objetivo para que fuese diseñado y asegurar la generación de energía estimada indicada en su rendimiento teórico.
Citando a Ryan Holiday, “el obstáculo es el camino”, este es el camino que ahora presupone ser un obstáculo por algunos factores como los costos de instalar un sistema solar fotovoltaico, el mal hábito de consumo de energía o el escepticismo en confiar si es funcional o realmente rentable. No obstante, pese a los “obstáculos”, todos debemos ser partícipes del cambio a a través de la migración a fuentes limpias renovables, así como a un estilo de vida de eficiencia de consumo responsable y moderado para lograr un balance con el medio ambiente, logrando cubrir nuestras necesidades, la comodidad que buscamos y deseamos, pero así mismo brindarle “luz” al planeta tratando de evitar la contaminación al generar energía eléctrica para el desarrollo de nuestras actividades.
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