Conceptos clave de energía solar fotovoltaica: Posicionamiento, radiación y conexión de células

Posicionamiento y Ángulos Solares

Para entender el funcionamiento y optimización de los sistemas fotovoltaicos, es crucial comprender los siguientes conceptos:

• Latitud (φ): Distancia angular entre un punto de la superficie terrestre y el ecuador, medida sobre el meridiano de ese punto (0º a 90º).
• Longitud: Distancia angular entre un punto de la superficie terrestre y el meridiano de Greenwich, medida sobre el paralelo de ese punto (0º a 180º).
• Declinación (δ): Ángulo entre el plano del ecuador terrestre y la línea que une los centros del Sol y la Tierra (en el plano de la eclíptica).
• Elevación solar (γs): Ángulo formado por los rayos solares y la horizontal.
• Acimut solar (ψs): Ángulo entre el meridiano del Sol y el meridiano local, referenciado al Sur en el hemisferio Norte y al Norte en el hemisferio Sur.
• Ángulo o distancia cenital (θzs): Ángulo entre la dirección del Sol y la vertical.
• Carta solar: Herramienta para determinar las pérdidas por sombras en un generador fotovoltaico.
• Ángulo de acimut (α) (para generadores): Ángulo entre la proyección horizontal de la perpendicular a la superficie del generador y la dirección Sur.
• Ángulo de inclinación (β) (para generadores): Es el ángulo que hay entre la superficie del generador y el plano horizontal.

Tipos de Radiación Solar y Conceptos Relacionados

La energía solar que llega a un receptor se compone de:

• Radiación directa: Rayos solares recibidos directamente del Sol.
• Radiación difusa: Rayos dispersados por la atmósfera hacia el receptor.
• Radiación reflejada: Rayos reflejados por la superficie terrestre hacia el receptor.

Otros conceptos importantes son:

• Irradiancia: Potencia de la radiación solar incidente por unidad de superficie (W/m²).
• Irradiación: Energía solar recibida durante un período (J/m² o kW·h/m²).
• Potencia máxima: Punto de la curva característica I-V (corriente-tensión) donde la potencia entregada por la célula es máxima.
• Eficiencia (η): Porcentaje de energía solar recibida que se convierte en energía eléctrica.

Conexión de Células Solares

Las células solares individuales producen una potencia limitada (aprox. 1.5 W, 0.5 V y 3 A para una célula de 100 cm²). Para alcanzar niveles de tensión y corriente útiles para aplicaciones prácticas, las células se conectan en:

• Conexión serie: Aumenta la tensión del generador.
• Conexión paralelo: Aumenta la intensidad del generador.
• Conexión serie/paralelo: Aumenta tanto la tensión como la intensidad.

La mayoría de los módulos fotovoltaicos comerciales contienen entre 36 y 96 células conectadas en serie.