Durante muchos años, se ha preferido la energía solar fotovoltaica para suministro energético de algunos edificios o viviendas en lugares remotos donde no llegaba la red eléctrica. A medida que los costes continúan decreciendo, los sistemas FV distribuidos en edificios conectados a la red eléctrica pueden alcanzar un elevado grado de comercialización.

El interés de la integración en edificios donde los módulos FV pueden entrar a formar parte como elementos constructivos sirviendo a menudo como cubierta exterior y reduciendo costes de construcción, esta creciendo, siendo potencialmente atractivos para la arquitectura mediante la incorporación de la tecnología como parte del diseño de edificios.

Los sistemas FV para edificios pueden ser autónomos o conectados a red. En los sistemas autónomos, el edificio no tiene conexión a red y posee un banco de baterías como sistema de almacenamiento energético para utilizar durante la noche o durante periodos con baja radiación solar. Los sistemas conectados a red son interactivos con la red, es decir, el edificio recibe tanto de la instalación FV como de la red.

La electricidad FV es producida por un generador de módulos FV conectados eléctricamente en serie y paralelo para proporcionar el voltaje y la corriente deseadas. Cada módulo, a su vez está formado por células solares individuales conectadas también en serie y paralelo. Una célula típica de silicio monocristalino tiene 100cm² y produce 1,75 Wp a 0,5 V y 3,5 A en condiciones estándar de medida ( Irradiancia de 1000 W/m² y 25ºC de temperatura de célula).

En la actualidad, hay básicamente dos tipos de módulos FV comercialmente disponibles: los de silicio cristalino y los de silicio amorfo. Los primeros dominan el mercado mientras que los de silicio amorfo, que comienzan a ser ampliamente utilizados, necesitan menor cantidad de material base y técnicas más simples para su fabricación por lo que son más baratos.

Otros módulos de lámina delgada como el diseleniuro de cobre-indio (CIS) y el telururo de cadmio (CdTe) están en desarrollo con un futuro prometedor.

En el diseño del sistema FV, el tamaño de generador viene determinado por uno o más de los siguientes factores: área disponible, recursos disponibles (económicos y de radiación solar) y las necesidades del consumo. El voltaje del generador se determina por el voltaje de entrada del inversor (o en sistemas autónomos por el voltaje de batería).

Los sistemas FV tienen otros componentes además de los módulos FV. Normalmente denominado "resto del sistema" que incluye el cableado, las estructuras soporte, los inversores, las baterías, los reguladores de carga, las protecciones (contra rayos, sobretensiones, fallos a tierra, e interruptores). A continuación se da una breve descripción de cada uno de estos elementos:

Muchos son los beneficios que lleva consigo la energía solar:

· Laminación de horas punta. La producción se realiza sobre todo en horas punta de consumo cuando más interesante es producirla pudiendo evitar que las compañías Eléctricas tengan que sobredimensionar sus instalaciones para el abastecimiento de estos picos de consumo.

· Reducción de costes. Se obtiene en los puntos de consumo, lo que reduce las pérdidas que se originan con el transporte de energía.

· Gratuita. El único gasto que origina la energía solar fotovoltaica es el coste inicial de la instalación.

· Bajo mantenimiento. Los módulos fotovoltaicos instalados hace 5-30 años continúan en perfecto estado de operación.

· No contamina. Las emisiones de contaminantes son muy bajos y están originados en los procesos de producción de las células solares.

· Fuente inagotable.

· Se proporcionan nuevos materiales constructivos.

· Permite dotar al edificio de una personalidad que combina tecnología, estética y ecología.

· Inclinación y orientación:

Normalmente se tiende al aprovechamiento de las propias superficies de los tejados o fachadas para la instalación de los módulos fotovoltaicos. En general, la orientación e inclinación de estas superficies no coincide con el óptimo (para el caso de Madrid la inclinación óptima que maximiza la energía recibida anual es orientada al sur e inclinada 35 grados sobre la horizontal con un valor medio anual de 5.16 kWh/ m².

· El módulo FV como elemento constructivo:

Los módulos FV se presentan en forma de placas listas para instalar ya que disponen de algún elemento de sujeción, además están protegidos contra la acción de la intemperie y sus partes eléctricas activas están protegidas del exterior.

Existen numerosas formas de integrar arquitectónicamente los módulos en los edificios (dependiendo en cada caso de sus características constructivas). En cualquier caso es necesario tener en cuenta que suponen un peso adicional que la estructura del edificio debe ser capaz de soportar (25 kg/m² incluyendo la estructura de soporte). Además pueden suponer cargas adicionales por efecto del viento ( como en el caso de distribución de aleros).

Como recomendaciones generales se puede decir:

· A la hora de la sujeción debe prevalecer la estanqueidad de las cubiertas del edificio.

· El ángulo de inclinación debe ser tal que permita que el agua de lluvia o la nieve escurra con facilidad ( normalmente la inclinación del tejado ya contempla este hecho).

· Se ha de procurar evitar en la medida de lo posible los sombreados sobre partes del generador FV.

· Se ha de procurar que cada tira de módulos conectados en serie tengan la misma orientación e inclinación para evitar pérdidas. Se estima que las pérdidas por cada grado de desviación en inclinación y orientación están en el rango de 0.2 y 0.008% del valor óptimo. Es importante señalar que el ángulo de inclinación óptimo es el que da la mayor radiación para el peor mes.

La incorporación de la instalación FV no debe suponer ningún riesgo añadido. La instalación eléctrica ha de cumplir como mínimo las indicaciones del Reglamento Electrónico de Baja Tensión (REBT), en su versión más actualizada por el Ministerio de Industria.

En general se recomienda:

· No superar los 120 en el generador FV.

· Realizar una correcta puesta a tierra de la instalación, según lo indicado en el REBT.

· Minimizar la posibilidad de cortocircuitos separando los terminales positivo y negativo provenientes del generador FV en la caja de conexiones.

· Utilización de materiales debidamente homologados para realizar los cableados.

A continuación se resume las características generales en cuanto al funcionamiento y protecciones que deben cumplir las instalaciones FV conectadas a la red eléctrica nacional:

· Fluctuación de tensión: la tensión debe mantenerse entre 85% el 110% de su valor nominal.

· Fluctuaciones de frecuencia: la frecuencia debe mantenerse entre 49 y 51 Hz.

· El factor de potencia ha de ser mayor de 0.86 inductivo.

· La distorsión armónica total (THD) menor del 5%.

· Protecciones mínimas necesarias (para conexión en baja tensión):

• Contra sobre cargas y cortocircuitos (3 relés)
• Contra sobre tensiones y subtensiones fuera de los márgenes establecidos: 3 relés con rearme manual
• Contra desequilibrios en la red del más del 7% en cualquier sentido: 1 relé
• Contra variaciones de frecuencia: 2 relés, uno de máxima y otro de mínima

Las exigencias de la normativa de cara a la red eléctrica persiguen básicamente dos objetivos: uno no alterar las condiciones de seguridad y calidad del suministro de la red a otros abonados. El otro, no dar origen a condiciones peligrosas de trabajo al personal de mantenimiento y explotación de la red.

La calidad de suministro a la red depende de los inversores utilizados, que pueden ser monofásicos o trifásicos, autoconmutados o guiados por la red.

Los requisitos impuestos a los inversores son:

· Incorporar en los controles del inversor, independientemente de la tipología, la desconexión automática de la red cuando alguna de las fases del inversor se sale de las siguientes márgenes.

• Tensión de 0.85 a 1.1 veces el valor nominal
• Factor de potencia superior a 0.9
• Frecuencia entre 49 y 51 Hz

· Utilizar los inversores trifásicos para potencias superiores a 5 K V A

· Utilizar inversores cuyos niveles de THD cumplan con la norma EN 60555

· Aislar galvánicamente las partes AC DC

· Incorporar las protecciones inversas al inversor.

• Un interruptor automático, denominado frontera, actuando por relés de mínima y máxima tensión y frecuencia
• Un interruptor manual, denominado de bloqueo, accesible en todo momento a la compañía eléctrica.

El interruptor frontera es parte de la instalación FV, mientras que el interruptor de bloqueo pertenece a la compañía eléctrica.

Para no alterar la conexión a red de la vivienda, después de la acometida general, del ICP y del protector diferencial.

El contador tradicional de la compañía se ha de sustituir por un contador bidireccional que permita realizar el balance entre la energía generada y la consumida para la emisión de la factura.

Aparte de la protección del generador FV mediante diodos by-pass y diodos antiparalelos, es conveniente una detección precoz de las pérdidas de aislamiento que se puedan producir.

La forma de detectar estas pérdidas de aislamiento, que pueden producir daños irreversibles en el módulo FV, dependen de cómo estén configurado el generador en cuanto a su puesta en tierra.

En el caso de la configuración flotante, con los polos positivo y negativo aislados de tierra (las estructuras soporte y las cajas de los equipos siempre deben estar conectadas a tierra), las fugas afectan igualmente a ambos polos y el único modo de detectarlas es mediante la medida directa del aislamiento entre polos y tierra (también puede hacerse automáticamente mediante un vigilante de aislamiento que mide la resistencia ohmnica entre polos y tierra).

En el caso de que uno de los polos (en general el polo positivo) esté puesto a tierra la pérdida de aislamiento se traduce en fugas a corriente a tierra y un desequilibrio entre la corriente de los polos positivo y negativo, lo que posibilita su detección mediante un interruptor diferencial.

Otra medida de protección es la inclusión de dispositivos de descarga de sobre tensiones (producidas por fenómenos atmosféricos) de ambos polos a tierra median varistores. Otros dispositivos suelen instalarse en las cajas donde se conexionan las distintas ramas de módulos conectados en serie y se ponen los diodos antiparalelo.

No hay normativa específica para las perturbaciones producidas en redes de alimentación por sistema fotovoltaicos conectadas a la red. No obstante, y a modo de ejemplo comparativo, presentamos las indicaciones de la norma europea EN-60 555/2 "perturbaciones producidas en las redes de alimentación por los aparatos electrodomésticos y los equipos análogos" parte dos: armónicos, equivalencia española UNE 21-806-90.

En principio los sistemas FV autónomos podrían producir energía durante más de 20 años si se dimensionaran correctamente, se diseñaran adecuadamente y se instalaran cuidadosamente.

Los módulos FV van montados en estructuras soporte que pueden ser de hierro, aluminio, acero inoxidable o madera. Estas estructuras soporte han de proteger al generador frente a los fenómenos atmosféricos, como la fuerza del viento. De entre los diferentes tipos de estructuras soporte se ha de evitar en la medida de lo posible la instalación sobre el tejado de los edificios (excepto en las instalaciones de integración en edificios donde las estructuras soporte ya han sido diseñadas específicamente).

Las baterías han de estar protegidas contra los elementos atmosféricos y han de situarse en lugares donde no implique ningún riesgo humano debido al gaseo o posibilidad de explosión por cortocircuito. Lo más recomendable es instalarla en compartimentos especialmente diseñados (que permitan la suficiente ventilación) con acceso restringido a personal autorizado (no permitir el acceso a niños o animales).

Los equipos electrónicos, como reguladores de carga e inversores, han de estar protegidos contra la intemperie para asegurar una larga vida útil. Especialmente importante es la protección contra la humedad y el polvo y contra el exceso de temperatura.

Si la instalación lo requiere, se la habría de dotar de una buena conexión de tierra tal y como indica el reglamento electrotécnico de baja tensión.

La venta a red consiste en vender a la compañia eléctrica la energía generada por paneles fotovoltaicos (o aerogeneradores).

Las instalaciones de venta a red funcionan automáticamente en paralelo con la red eléctrica convencional. La instalación fotovoltaica genera electricidad que se inyecta en la red (vendemos energía). Todo el proceso es totalmente automático y pasivo, carece de partes móviles con lo que el mantenimiento y desgaste son prácticamente nulos. Una vez realizada la instalación no hay que ocuparse de nada. La compañía eléctrica instala un contador que registra la energía inyectada a la red para abonarsela al usuario.

Si además de producir energía se consume, este consumo se realizara de forma convencional de la red, con un contador normal.

La compañía eléctrica cobrará la energía consumida (si la hay) a 13 ptas/kWh y pagará la energía generada a 66 pesetas/kWh. Estos precios son aproximados y pueden variar.

Existen subvenciones de cada Comunidad Autónoma cuya cuantía se cifra en hasta 800 ptas. por cada Watio instalado para conexión a red.

Este tipo de instalaciones evitan la emisión de partículas contaminantes a la atmósfera como Azufre, CO2, CO, Plomo, (por cada 10 kWh generados se emiten 10 kg de CO2 a la atmósfera) etc., ya que introducen en la red nacional energía limpia generada con radiación solar y evitan la generación de electricidad mediante otras formas de energía como térmica, nuclear, etc., que son perjudiciales para el medio ambiente.

Una instalación de venta a red se puede amortizar en un período de 5 a 8 años, ya que una instalación de 5 kW genera anualmente entre 420.000 y 650.000 pesetas (dependiendo de la ubicación de la instalación) y cuesta aproximadamente 5 millones de pesetas.

Estas instalaciones se pueden realizar del tamaño que se desee y, para conocer los costes aproximados se puede decir que cada kilowatio instalado cuesta aproximadamente 1.000.000 de pesetas. A partir de 5kW la instalación debe ser obligatoriamente trifásica, para potencias menores es conveniente pero no imperativo.

Por otro lado la vida media de los paneles solares fotovoltaicos es de 25 a 30 años, si bien después de este tiempo siguen siendo operativos pero con un rendimiento inferior.