El sistema de generación de energía fotovoltaica consta principalmente de paneles solares, inversores fotovoltaicos, cajas de conexión de CC, armarios de distribución de CC, cajas de conexión de CA o armarios de distribución, transformadores elevadores, soportes solares y algunos equipos auxiliares (como dispositivos de detección, monitorización y protección). Además, algunos sistemas también incorporan baterías de almacenamiento de energía para mejorar la estabilidad del suministro eléctrico.
(1) Paneles solares (módulos fotovoltaicos)
Los paneles solares (también conocidos como módulos fotovoltaicos) son los componentes principales de los sistemas de generación de energía fotovoltaica. Su función principal es convertir la energía de la radiación solar en corriente continua. Posteriormente, la corriente continua se convierte en corriente alterna mediante inversores fotovoltaicos para que los usuarios la utilicen o la conecten a la red eléctrica para generar energía.
Conexión en serie y en paralelo de módulos fotovoltaicos
Cuando se requiere una mayor tensión de salida, se conectan varios paneles en serie para formar un conjunto fotovoltaico.
Cuando se requiere una mayor corriente de salida, se conectan varios paneles en paralelo para aumentar la capacidad del sistema.
Clasificación de los módulos fotovoltaicos
Los módulos fotovoltaicos más utilizados actualmente incluyen:
Módulos de silicio cristalino:
Módulos de silicio monocristalino: alta eficiencia de conversión, adecuados para espacios reducidos.
Módulos de silicio policristalino: bajo coste, rendimiento estable y amplia aplicación en el mercado.
Módulos de película delgada:
Módulos de silicio amorfo y módulos de silicio microcristalino. Módulos de seleniuro de cobre, indio y galio (CIGS), módulos de telururo de cadmio (CdTe).
Ideales para entornos con poca luz, su instalación es flexible, pero su eficiencia de conversión es ligeramente inferior a la de los módulos de silicio cristalino.
(2) Inversor fotovoltaico (Inversor FV)
La función principal del inversor fotovoltaico es convertir la corriente continua (CC) generada por el panel solar en corriente alterna (CA) y suministrarla a la red eléctrica o a los usuarios.
Tecnología de seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT)
La potencia de salida del panel solar varía con la tensión en ambos extremos.
El inversor ajusta la tensión en tiempo real mediante el algoritmo MPPT para garantizar que el módulo se encuentre siempre en el punto de máxima potencia y mejorar la eficiencia del sistema.
Inversores conectados a la red y aislados
Inversor conectado a la red: se utiliza para la conexión a la red eléctrica pública.
Inversor aislado: se utiliza para sistemas de suministro de energía independientes, generalmente con baterías de almacenamiento de energía.
(3) Caja de Conexión de CC
La caja de conexión de CC se utiliza principalmente en sistemas de generación de energía fotovoltaica con una capacidad superior a cientos de kilovatios. Sus funciones son:
Agregar la salida de CC de múltiples módulos fotovoltaicos y conectarla a la entrada del inversor fotovoltaico.
Proteger el circuito: Está equipada con fusibles, disyuntores, pararrayos (SPD) y equipos de monitoreo inteligente para mejorar la seguridad y confiabilidad del sistema.
Simplificar el cableado del sistema y hacer que la conexión entre los paneles solares y el inversor sea más ordenada.
Mejorar la eficiencia de operación y mantenimiento: Cuando ocurre una falla local en el sistema fotovoltaico, la caja de conexión puede desconectarse parcialmente para realizar tareas de mantenimiento sin afectar el funcionamiento de todo el sistema, garantizando así la eficiencia y estabilidad de la generación de energía fotovoltaica.
(4) Armario de Distribución de CC
En sistemas de generación de energía fotovoltaica a gran escala, además de utilizar múltiples cajas de conexión de CC, los armarios de distribución de CC también se utilizan como equipos convergentes secundarios o terciarios. Sus funciones principales incluyen:
Agregar la salida de múltiples cajas de conexión de CC y luego realizar la convergencia secundaria o terciaria antes de la salida al inversor.
Optimizar el cableado, simplificar la instalación y mejorar la eficiencia de operación y mantenimiento del sistema.
Mejorar la seguridad y confiabilidad del sistema, y facilitar la monitorización y el mantenimiento.
(5) Armario de distribución de CA
El armario de distribución de CA se instala entre el inversor y la carga de CA o la red eléctrica. Se utiliza principalmente para recibir, despachar, distribuir y medir la energía eléctrica, y garantizar la seguridad del suministro eléctrico.
Funciones principales:
Recibir y distribuir la salida de CA del inversor y transmitirla a la carga o la red eléctrica.
Proporcionar protección de seguridad eléctrica y monitorizar el estado de operación del sistema, como voltaje, corriente, potencia y otros parámetros.
La caja de conexiones de CA (Caja de conexiones de CA) utilizada en el sistema de inversores de cadena integra la salida de CA de múltiples inversores en el armario de distribución de CA y luego se conecta a la red eléctrica.
(6) Transformador elevador
En el sistema de generación de energía fotovoltaica, el transformador elevador se utiliza principalmente para elevar la potencia CA de baja tensión (0,4 kV) emitida por el inversor al mismo nivel de tensión de media y alta tensión que la red (como 10 kV, 35 kV, 110 kV, 220 kV, etc.) para lograr la transmisión de energía a larga distancia.
Sistema fotovoltaico pequeño conectado a la red:
Generalmente se conecta directamente a la red de distribución de baja tensión (0,4 kV) del lado del usuario, se autogenera y se autoconsume. El exceso de energía se conecta directamente a la red, sin necesidad de un transformador elevador.
Sistema fotovoltaico grande conectado a la red:
Es necesario utilizar un transformador elevador para elevar la tensión a alta tensión y así reducir las pérdidas de transmisión y mejorar la eficiencia de la transmisión.
Tipos comunes de transformadores:
Transformador monofásico
Transformador trifásico (apto para centrales fotovoltaicas a gran escala)
Transformador seco (apto para interiores o entornos relativamente limpios)
Transformador sumergido en aceite (apto para exteriores, altas temperaturas y otros entornos)
(7) Soportes fotovoltaicos (Soportes FV)
Los soportes fotovoltaicos se utilizan para fijar los paneles solares y garantizar su orientación e inclinación óptimos para maximizar el aprovechamiento de la luz.
Tipos de soportes fotovoltaicos:
Soportes de inclinación fijos: económicos, de estructura sencilla, comúnmente utilizados en sistemas de generación de energía fotovoltaica distribuida.
Soportes de inclinación ajustables: el ángulo de inclinación se puede ajustar manualmente para adaptarse a los cambios en la altitud solar en las diferentes estaciones y aumentar la generación de energía.
Soportes de seguimiento automático:
Soportes de seguimiento de un solo eje: Se pueden dividir en soportes de seguimiento de un solo eje planos, de un solo eje inclinados y de un solo eje azimutal. Estos soportes pueden seguir el movimiento este-oeste del sol y optimizar el aprovechamiento de la luz.
Soportes de seguimiento de dos ejes: Pueden seguir la trayectoria del sol a lo largo del día, con la mayor eficiencia de generación de energía, pero su costo es relativamente alto.
(8) Instalaciones auxiliares del sistema fotovoltaico (Instalaciones Auxiliares)
Las instalaciones auxiliares incluyen sistemas de monitorización, protección contra rayos y sistemas de puesta a tierra, entre otros, para garantizar el funcionamiento seguro y estable del sistema fotovoltaico.
Sistema de monitorización y detección:
Monitorización en tiempo real del estado operativo del sistema fotovoltaico, incluyendo:
El estado de funcionamiento del panel solar.
El estado de funcionamiento del inversor.
Los datos de tensión, corriente y potencia del conjunto fotovoltaico.
Tensión, frecuencia y otros parámetros de la red.
Datos ambientales como la intensidad de la radiación solar.
Monitorización remota: Los datos se pueden obtener de forma remota a través de redes cableadas o inalámbricas, y el estado del sistema se puede monitorizar mediante ordenadores o terminales móviles para facilitar el mantenimiento y la gestión.
Sistema de protección contra rayos y puesta a tierra:
Dispositivo de protección contra rayos (SPD): Protege los equipos de los daños causados por la caída de rayos.
Sistema de puesta a tierra: Garantiza la seguridad del sistema y previene descargas eléctricas y daños a los equipos.
(9) Sistema de Almacenamiento de Energía
La función del sistema de almacenamiento de energía es almacenar la electricidad generada por paneles fotovoltaicos para proporcionar electricidad durante la noche, en días nublados o en caso de fallo de la red eléctrica.
Requisitos básicos del sistema de almacenamiento de energía:
Baja tasa de autodescarga para garantizar el almacenamiento de electricidad a largo plazo.
Larga vida útil para reducir los costes de mantenimiento y sustitución.
Alta eficiencia de carga y descarga para optimizar el uso de la energía.
Capacidad de descarga profunda para aumentar la capacidad disponible de la batería.
Amplio rango de adaptabilidad térmica, adecuado para diversas condiciones ambientales.
Sin mantenimiento, lo que reduce los costes operativos.
Tipos comunes de baterías de almacenamiento de energía:
Batería de plomo-ácido sin mantenimiento (bajo coste, vida útil relativamente corta).
Batería de plomo-carbono (larga vida útil, adecuada para cargas y descargas frecuentes).
Batería de fosfato de hierro y litio (LiFePO₄) (alta seguridad, larga vida útil, alta densidad energética, convirtiéndose en la batería de almacenamiento de energía más utilizada).
Sistema de almacenamiento de energía de gran capacidad:
Es necesario conectar varias baterías en serie o en paralelo para formar un paquete de baterías (paquete de baterías) y así proporcionar una mayor capacidad de almacenamiento de energía.
Resumen
El sistema de generación de energía fotovoltaica consta de múltiples dispositivos centrales, como módulos fotovoltaicos, inversores, equipos de distribución de energía CC/CA, transformadores, soportes, sistemas de monitorización, sistemas de almacenamiento de energía, etc., y cada componente trabaja en conjunto para lograr una generación de energía fotovoltaica eficiente y estable. Para sistemas fotovoltaicos de diferentes escalas y escenarios de aplicación, la selección de equipos y el diseño del sistema son cruciales para garantizar una eficiencia energética y una economía óptimas.
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