Cómo crear un parque fotovoltaico

La producción de energía a partir de fuentes renovables sigue creciendo en todo el mundo. Según estimaciones de la Agencia Internacional de la Energía (AIE), a finales de 2023 se habrán instalado 450 GW de nueva energía verde en todo el mundo, dos tercios de los cuales serán sistemas fotovoltaicos. Pero, ¿cómo se construye un sistema fotovoltaico? ¿Y cómo se instalan los paneles solares? ¿Y cómo funciona un sistema de este tipo? Los principales elementos de un parque fotovoltaico Cada parque solar es diferente en tamaño, geometría, morfología del terreno y potencia instalada, pero los elementos principales son siempre los mismos. Paneles fotovoltaicos: son dispositivos formados por un módulo o un conjunto de módulos fotovoltaicos conectados a una estructura de soporte. Módulos fotovoltaicos: son dispositivos formados por células fotovoltaicas capaces de convertir la energía solar en energía eléctrica. Las células permiten la conversión directa de la radiación solar en energía eléctrica, aprovechando el efecto fotoeléctrico, y constituyen el elemento base de la planta fotovoltaica. Seguidor: estructura de soporte sobre la que se instalan módulos fotovoltaicos que permite ajustar automáticamente la orientación de los módulos para maximizar la producción de electricidad. Inversor: dispositivo que convierte la corriente continua producida por los módulos en corriente alterna. Transformador: dispositivo capaz de elevar la tensión antes de inyectarla en la red. Vías de acceso y obras de drenaje: útiles para las actividades de inspección y vigilancia y para proteger la planta en caso de lluvia e inundaciones. Conducto de cable: el cable tendido en una excavación que conecta la planta con la cabina primaria del operador de la red eléctrica. Pasos para construir un parque solar Antes de la apertura de la obra, tienen lugar las fases de autorización (por ejemplo, mediante conferencias de servicios), en las que los organismos involucrados autorizan la construcción de la instalación y, eventualmente, dictan ciertas prescripciones sobre el proyecto. Por ejemplo, la Superintendencia Arqueológica puede exigir la realización de pruebas arqueológicas sobre el terreno o prescribir la presencia de un arqueólogo en la obra. A esta fase le siguen las actividades previas a la apertura de la obra, como la verificación de la ausencia de dispositivos bélicos y las pruebas necesarias para el diseño (por ejemplo, pruebas sísmicas, geológicas y geotécnicas para verificar las características del suelo). La apertura de la obra propiamente dicha comienza con la construcción de los accesos, la instalación de oficinas provisorias y servicios higiénicos, seguida de la construcción de obras civiles, entre las que se da prioridad a las obras de drenaje, como canales de desagüe y balsas de laminación, que son esenciales para proteger una instalación de simples episodios de lluvia o inundación. En esta fase también tiene lugar el llamado «movimiento de tierras», cuya finalidad es remodelar el terreno en función de la construcción. En este punto comienzan las instalaciones mecánicas, divididas en tres fases. La primera, es la instalación de los postes del seguidor que, generalmente, se realiza mediante una máquina hincapostes que clava los postes en el suelo hasta una longitud determinada durante la fase de diseño ejecutivo. La segunda fase consiste en completar la instalación del seguidor sobre los postes, que se realiza manualmente, con el apoyo de montacargas para su elevación. Hay distintos tipos de seguidores en función del número de módulos que tengan que mover. La tercera fase es la instalación de los paneles fotovoltaicos. Aquí también se trabaja manualmente y un equipo de cuatro personas puede colocar 250 paneles al día. Para permitir un buen rendimiento de la producción, es esencial determinar la distancia óptima entre los seguidores durante la fase de diseño, de modo que los módulos fotovoltaicos tengan libertad para seguir el movimiento del sol a lo largo del día, manteniendo la orientación del seguidor lo más perpendicular posible a los rayos solares para no generar sombras que perjudiquen la capacidad receptiva. Todas las actividades descritas se ven facilitadas por el premontaje de muchos elementos, que se lleva a cabo en una zona especial por equipos especializados, de modo que solo queda completar el montaje final sobre el terreno. Luego, llega el momento de la instalación eléctrica, donde se preparan el cableado, las terminaciones y las conexiones eléctricas. En concreto, uno o varios módulos se conectan en serie para formar cadenas. Se requiere mucha precisión porque los cables de las cadenas también pueden desembocar en las cajas de cadenas para optimizar la cantidad de cable instalado y aumentar la fiabilidad del sistema. La última y decisiva fase es la puesta en funcionamiento, que se divide en «fría» y «caliente». En el primer paso, se realizan todas las pruebas eléctricas antes de la conexión a la red. A continuación, el sistema se energiza en sentido inverso, es decir, de la red a los módulos, bajo la supervisión del gestor de Puesta en Funcionamiento. A partir de este momento, comienza la producción de energía. Cómo funciona un sistema fotovoltaico instalado en tierra Para el funcionamiento de un sistema fotovoltaico, todo empieza con los módulos que convierten la energía recibida del sol en energía eléctrica aprovechando el llamado efecto fotovoltaico. Los módulos fotovoltaicos se componen, principalmente, de un material semiconductor, el silicio, que es uno de los minerales más extendidos en la Tierra y, por tanto, fácil de encontrar. Cuando hablamos de semiconductores, nos referimos a materiales que pueden convertirse en conductores de energía cuando sus átomos reciben energía suficiente para poner electrones en conducción. En el caso de los módulos fotovoltaicos, la energía procede del sol en forma de fotones. Cuando esta energía es suficiente para que el electrón del silicio rompa el enlace al que está ligado y pase a la conducción, se produce el efecto fotovoltaico. Los semiconductores como el silicio tienen pocos electrones libres y, por tanto, una baja conductividad. Para aumentarla, se utilizan técnicas de dopaje del cristal de silicio, en las que se insertan «impurezas» en el cristal, como átomos de fósforo o boro que tienen un número de electrones diferente al del silicio. De esta manera, se obtienen electrones que no se acoplan estrechamente a los electrones del otro átomo y, por tanto, son libres de moverse y conducir energía. Las células solares se fabrican alternando diferentes capas de cristales de silicio dopado, normalmente con una unión p-n que une silicio dopado con boro (p, es decir, positivo) con silicio dopado con fósforo (n, es decir, negativo), creando así un campo eléctrico que proporciona una dirección preferente para los electrones en movimiento. Así, cuando un fotón incide con suficiente energía en una de estas zonas de unión, rompe el enlace p-n, liberando electrones que se moverán por un determinado camino y, entonces, se puede recoger la electricidad que se ha creado. Cada una de las células así formadas puede producir un voltaje débil, en torno a 0,5 - 0,6 V. Un módulo fotovoltaico está formado por muchas células solares conectadas; varios módulos solares conectados en serie forman cadenas fotovoltaicas; varias cadenas conectadas entre sí en paralelo forman el generador solar o conjunto fotovoltaico. La función del inversor es transformar la corriente continua producida por los módulos en corriente alterna. Existen diferentes tipos, siendo los más comunes los inversores centralizados y los inversores de cadenas. Las cadenas pueden conectarse entre sí mediante cajas de cadenas y converger en el inversor centralizado o directamente en el inversor de cadenas. El factor discriminante entre estos dos tipos de inversores es la potencia. Un inversor centralizado es muy grande, recoge potencias de 1 a 4 MW, es decir, una parte muy grande del campo solar; los inversores de cadenas manejan potencias mucho menores (150/300 kW), pueden colocarse en el campo cerca de las cadenas, reduciendo la longitud de los cables y la dispersión. Luego es necesaria otra conversión de tensión, además de la del inversor. De hecho, este funciona a baja tensión (hasta 1000 V CA), pero cuando se trata de potencias elevadas, es necesario pasar a media tensión (de 10 a 40 kV) mediante un transformador. En los sistemas más pequeños (hasta unos 10 MW), se pasa directamente del transformador a la subestación de entrega, donde la energía se introduce en la red de distribución; en cambio, en los sistemas más grandes es necesario pasar por una subestación eléctrica que recoge las líneas de media tensión y las conduce a un gran transformador que lleva la corriente de media a alta tensión, es decir, hasta 120/220 kV, antes de introducirla en la red. Hoy en día, la eficiencia de un sistema fotovoltaico ronda el 24 %. Esto significa que la tecnología permite transformar en electricidad una cuarta parte de la energía solar recibida por los módulos.

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Cómo se construye y cómo funciona un sistema fotovoltaico

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