This document provides definitions and explanations of key solar energy and photovoltaic concepts. It discusses solar radiation fundamentals, different types of solar cells including monocrystalline silicon and cadmium telluride, and components of photovoltaic systems like modules, arrays, and charge controllers. It also defines solar metrics and measurement devices, photovoltaic principles, standards, and optimal module installation parameters.

1. Plantas generadoras; energía solar
Fundamentos de la energía solar. Conceptos básicos
Energía solar térmica.
Esta energíaaprovechael espectroinfrarrojo(el calordel sol) pormediode colectoresy
concentradoressolares.
Energía solar fotovoltaica.
Esta energíaaprovechalosfotones(laluzdel sol) pormediode celdasfotovoltaicas.
Principios de radiación solar
La radiaciónprovenientedel sol viajaenformade ondaselectromagnéticasatravésdel espacio
hasta lafronterade laatmósfera.
Esta radiaciónformaun espectrode energíaenfunciónde lalongitudde ondaendonde cierta
cantidadde energíaestá asociadaa una longitudde ondaenparticular.
Para el caso de la radiaciónsolar,lamayor cantidadde energíacorresponde alas longitudesde
onda corta. La radiaciónsolarque incide enlasuperficie terrestre tambiénconocidacomo
irradiaciónsolar,esmenorque laque existe enel espaciodebidoaque unaparte de éstase
absorbió,dispersoyreflejóenlaatmósfera.
La magnitudde estairradiaciónsolarincidente depende ademásde suorientación,latitud,hora
del día y fechadel año.
La irradiaciónsolartotal incidente sobre unasuperficieestáformadaporirradiacióndirectae
irradiacióndifusa.
La irradiacióndifusacorresponde alairradiaciónque se recibe de laatmósferaylosalrededores.
La irradiaciónsolardirectaes,comosupropionombre indica,laque proviene directamente del
sol.
Por otra parte,un factormuy importante enlaproducciónde energíaa travésde sistemas
fotovoltaicosesque dependedirectamentedel lugardonde seráncolocados,porlotanto,es
imprescindible georreferenciarel proyectoatravésde coordenadasde latitudylongitud.
Muchos módulosfotovoltaicosestáninclinadosparacolectarmayorradiaciónsolar. La cantidad
optimade energíase colectacuandoel móduloestainclinadoenel mismoánguloque el ángulo
de latitud.
Sinembargo,el ángulomínimode inclinaciónque deberíatenerel móduloesde 15°para asegurar
que el agua de lluviadrene fácilmente,lavandoel polvoal mismotiempo.

2. Los módulosdebenestarinclinadosenladireccióncorrecta,estosignificaque enel hemisferiosur
losmódulosestándirigidoshaciael Norte yviceversa.Laorientacióncorrectadel módulomejora
la eficiencia.
Constante solar.
La irradianciasolareslapotenciaque depositael sol porunidadde superficie que estáexpuesta
directamente alaluzsolary es de 1367 Watts por metrocuadrado fuerade la atmosfera.Esta
medidase llamaconstante solar.
Radiación.
Propagaciónde energíaenforma de ondaselectromagnéticaode partículas,de acuerdo con el
conceptoondapartícula de la física moderna.
Irradiancia.
Es la densidadde flujode energíade radiación,obieneslarazóna lacual ciertacantidadde
energíade radiaciónesemitidaorecibidaporun objetoporunidadde superficie.Lairradianciase
expresageneralmente enWattspormetrocuadrado.
Irradiación.
Es la cantidadde energíade irradiaciónque índice sobre unasuperficie durante unciertotiempoy
por unidadde área,representadaporlaintegral de lairradianciapordensidad de flujo de energía
de radiaciónque recibe lasuperficie enunintervalode tiempodado,intervaloque engeneral
puede serporuna hora o un día.
Absortancia y reflectancia
La absortanciayla reflectanciarepresentanlafracciónde radiaciónincidenteenunasuperficie
que esabsorbiday reflejada,respectivamente.
Emitancia
La emitanciacorrespondealafracciónde radiaciónemitidaporunasuperficieconrespectoauna
superficie ideal que emite lamáximaradiaciónposible aunatemperaturadada.
Transmisividad
La transmisividadeslafracciónde laradiaciónincidente que se transmiteatravésdel vidrioyes
funciónde lalongitudde onda.
Hora solar.
Es el tiempoenhorasque el sol irradiaen una superficiea1000 W/m^2.

3. Mapa isogónico
Si se empleaunabrújulamagnéticaparaorientarlossistemasfotovoltaicos,se debeteneren
cuentaque se señalaráel norte magnético,el cual estadeclinadorespectoal norte geográfico,por
loque habrá de haceralgunascorrecciones.Estose debe principalmenteaque el campo
magnéticode latierrano es completamente paraleloalosmeridianosgeográficos.
Es necesariocorregirladirecciónladirecciónde labrújulamagnéticaenfuncióndel puntodonde
se elijaenlasuperficie terrestre.
En el mapa isogónicose observa cómose declinael campomagnéticoterrestre.

4. Efecto fotoeléctrico
El efectofotoeléctricoesel fenómenoenel que laspartículasde luzllamadasfotón,impactancon
loselectronesde unmetal arrancandosusátomos.El electrónse mueve durante el proceso,dado
origena una corriente eléctrica.Este fenómenoesaprovechadoenlasplantasque utilizanpaneles
solares,loscualesrecibenlaenergíalumínicadel sol transformándolaenelectricidad.
AlbertEinsteinpublicóen1905 variosartículos entre loscualesunotrataba del efecto
fotoeléctricoypor el cual recibióel premioNobelde Físicaen1922. Mucho antes,en1900, Max
Plankhabía explicadoel fenómenode laradiacióndel cuerponegrosugiriendoque laenergía
estabacuantizada,peroEinsteinllegóaúnmáslejosexplicando que nosololaenergíasino
tambiénlamateriay ambasson discontinuas.
Cuandouna láminade metal estáexpuestaalaluza unasola frecuencia,digamoslaluzsolar,se
produce electricidadensuinteriorde estamanera: laluzcuando viajase comporta comouna
onda,peroal intercambiarsuenergíacon cualquierobjetolohace comounapartícula que es
llamadafotón.Cuandoel fotónchocacon un electrónde unátomode la láminametálica,
desaparece ycede todasu energía al electrón,expulsándolohaciaotroátomo.Esta expulsión
electrónicaesprecisamente lacorrienteeléctrica.
Comoel fotóndesaparece durante lacolisión,se hace fácil comprenderque laenergíade
movimientoabsorbidaporel electróndepende de unsolo fotón.Estonosindicaque la
electricidadresultantenodependede laintensidadde laluz,sinomásbiende laenergíaque
porta el fotón.
Principio fotovoltaico
Los módulosutilizadosenplantasgeneradorassolaresestánfabricadosapartirde silicioque esun
elementosemiconductorel cual medianteunprocesode depuraciónse obtiene siliciopuro.Tiene
características aislantesabajastemperaturasyconductorascuandorecibe grandescantidadesde

5. energía.El siliciose alteraconfosforoparaobtener material de carganegativaypor el otro lado se
alteracon boro para obtenerunacapa positiva,estasdoscapasse mantienenseparadasporuna
finajuntapara que se mantenganneutras.
Cuandoun fotónchoca con la celdafotovoltaicaconsuficienteenergíaprovocaraque los
electronesde lacapaN absorbandicha energíay se conviertenenconductorescreándoseun
campo eléctrico.Loscampospositivosynegativosse conectanentre ellosmediante conductores
creándose así uncircuitode corriente electricaque estaráenfuncionamientomientrasreciba
radiaciónsolar.
Definiciones normativas
A continuación,se mencionanalgunasdefinicionescontenidasenel artículo690-2 de la Norma
Oficial MexicanaNOM-001-SEDE-2012.
Celdasolar:dispositivofotovoltaico básicoque generaelectricidadcuandoestáexpuestoaluz
solar.
Módulo:unidadcompletaprotegidaambientalmenteque constade celdassolares,ópticayotros
componentes,diseñadaparagenerarenergíade corriente continuacuandoesexpuestaalaluz
solar.
Panel:Conjuntosde módulosunidosmecánicamente,alambrados,ydiseñadosparaformaruna
unidadpara instalarse encampo.
Arreglo:Ensamble integradode módulosopanelesconunestructuray basesde soporte,sistema
de orientaciónyotroscomponentes.
Controladorde carga: Equipoque controlala tensiónde CCo la corriente continua,usadaspara
cargar unabatería.
Diodode bloqueo:Diodousadoparaimpedirel flujoinversode corrientehaciael circuitode la
fuente fotovoltaica.
Inversor:equipoque se utilizaparacambiarel nivel de tensiónolaformade onda o ambas de la
energíaelectrica.
Medición de datos solarimétricos
Piranómetros
Son instrumentosparamedirlaradiacióntotal (de ondacortay onda larga) proveniente de la
bóvedaceleste.Están diseñadosparamedirenunasuperficieplana.
Pirgeómetros
Están diseñadosparaefectuarmedicionesde radiaciónIR(infrarroja).Se utilizantantoenla
investigaciónatmosféricacomoenpruebade materiales.
Pirheliómetros
Están concebidosparaefectuarmedicionesde radiaciónsolardirecta,de incidencianormal,ysin
supervisión.

6. Albedómetros
Son piranómetrosdoblescapacesde medirlairradianciasolartantoglobal comoreflejada,enun
soloinstrumento.
Tipos de celdas
Las celdasfotovoltaicasse clasificande acuerdoconlatecnologíase fabricación,lasmás comunes
son de siliciomonocristalinoypolicristalino.
Silicio monocristalino
Estas celdasestánhechasde siliciomonocristalinopuro.El siliciotiene unaúnicaestructurade red
cristalinacontinuacasi sindefectosoimpurezas.
La principal ventajade lasceldasmonocristalinas essualtaeficiencia,que generalmentees18%
La desventajade estasceldasesque se requiere uncomplicadoprocesode fabricaciónpara
producirsiliciomonocristalino,que generaencostosmásaltosrespectoa otras tecnologías.
Silicio policristalino
Se producenutilizandonumerososgranosde siliciometalúrgico.Enel procesode fabricación,el
siliciopolicristalinofundidose cuelaenlingotesque posteriormentese cortanenobleasmuy
delgadasyensamblanenceldascompletas.Lasceldaspolicristalinassonmásbaratas ensu
producciónque lasmonocristalinas,sinembargo,sonmenoseficientesconunpromediode
eficienciade 15%.

7. Silicio amorfo
A diferenciade lasanteriores este tipode celdase compone de átomosde silicioenunacapa
homogéneadelgada,ademásel silicioamorfoabsorbe laluzde unamaneramás eficiente que el
siliciocristalino,loque conduce aceldas másdelgadas,conocidas comounatecnología
fotovoltaicade películadelgada.
La mayorventajade estasceldasesque el silicioamorfose puede depositarsobre unaamplia
gama de sustratos,tanto rígidoscomo flexibles.Sueficienciarondael 10%.
Teluro de cadmio (CdTe)
De igual maneraque el tipode celdaanterioresuna tecnologíade películadelgada.Enlosúltimos
años se comercializanmódulosparagrandesáreas,normalmentesobre placasde vidrio.Mientras
lasceldasde siliciosonnormalmenteazulesocasi negras,lasceldasCdTe sonde un tono marrón
o azul oscuro.
Su eficienciaesde 20% aproximadamente atemperaturaselevadas.
Los módulosgeneralmente songarantizadosparaunperiodode vidaútil de 25 a 30 años.

8. Placa de datos de un módulo FV
Para conocerlos parámetrosde operaciónesnecesariosaberel comportamientode unmódulo
fotovoltaico.
Controlador de carga
Es un equipoelectrónicocapazde evitarlacarga y descarga excesivade unabateríacuandose
alcanzandeterminadosumbrales,generalmente determinados porlatensiónenbornesde la
batería.
Las características principalesde uncontroladorde cargason: diodode bloqueo,reguladorde
tensión,cargay descargade bateríasy adicionalessegúnel fabricante.
Generaalarmasen funcióndel estadode cargade lasbaterías.

9. Tipos de controladores de carga
Controladores PWM
Su nombre se debe ala modulaciónde anchode pulsoque sussiglaseninglessonprecisamente
PWM.
Prendenyapaganrápidamente permitiendounacargade bateríasmuy dinámica.Mantiene las
baterías al máximode carga ofreciendolamayorcantidadde energíadisponible.
Controladores MPPT
Los controladoresMPPT,puedenencontrarel puntoenel que el móduloFV operade manera
eficienteparaluegocargar lasbaterías.Se utilizannormalmente en sistemasde mayortamaño y
permitenel usode módulosde mayortensiónnominal.Puedenproporcionarhasta30% más
capacidadde carga desde lospanelesFV haciael bancode baterías.
Controlador para iluminación urbana
Sus característicastécnicasson:señalizacióndel estadode cargade lasbaterías mediante 3LED’s,
regulaciónpormodulaciónde anchode pulsode tipoSerie,cargaa fondode baterias,ecualización
y flotación,detecciónautomáticade tensiónnominalde 12V o 24V, desconexiónporbajatensión
de baterias,portensiónoestadode carga.
Controlador de alta potencia
Soportan60 A de salidamáximade CC (hasta40° sinreducciónde potenciatérmica),soporta
tensionesde bateríade 12, 24, 36, 48 y 60 V,pantallaretroiluminada(LCD),registrode losúltimos
128 días a partir de losdatos operativosde registro.
Controlador de uso básico
Usa unalgoritmoque mide temperatura,tensión,ylatasa de descarga para así regularel
comportamientode labateríay ofrecerampliarsuvidaútil. Se caracterizapor determinaciónde
estadode carga, selecciónautomáticade tensión,tecnologíade carga escalonada,compensación
de temperatura,registradorde datosintegrado.
Baterías
Los tiposde bateriasgeneralmente sonde plomo-acido,de plomo-acidoconválvulareguladoray
de tipogel,perolas másusadas sonlas de Plomo-Acidoensistemasde generaciónde energíayse
clasificande lasiguientemanera:
 Tensiónde labatería
 Ciclode descarga
 Capacidadcoulombica
Tensión de la batería
La tensiónestádirectamente relacionadaconlacorriente que puede aportar,unatensiónmenor
se traduce enuna corriente elevada,unacorriente menoroperaconunvoltaje elevado.Se deben
adecuaral controlador,así como hacerarreglosenserie oparalelosegúnlorequerido encuestión
de tensión.

10. Ciclo de descarga
Las bateriasde cicloprofundotienenplacasgruesasyestándiseñadasparadescargarse enforma
repetitivaporhorassinsufrirdaño.
Las bateriasde arranque tienenplacasmásfrágilesyestándiseñadasparaentregarcorriente de
valorelevadodurante pocossegundos
Las bateriasde cicloprofundosoportancientosomilesde ciclosde descargasi solobajanun 20%
su capacidad.
Capacidad coulómbica
La capacidadde almacenamientose definecomolacapacidadde corriente que unabatería podrá
entregarpor unnumerodadode horasa su tensiónnominalya unatemperaturade 25°.
Inversores
La funciónde uninversorescambiarunvoltaje de entradade corriente continuaaun voltaje
simétricode salidade corriente alterna,conlamagnitudyfrecuenciadeseadaporel usuariooel
diseñador.
Los inversorestambiénse utilizanparaconvertirlacorriente continuageneradaporlospaneles
solaresfotovoltaicos,acumuladoresobaterías,etc.encorriente alternayde estamanerapoder
serinyectadosenlared eléctricaousadoseninstalacioneseléctricasaisladas.
Clasificación de los inversores
Inversores de onda cuadrada
Son inversoresbásicosysuconfiguraciónelectrónicaesmuysimple,abase de interruptores
electrónicosIGBT(InsulatedGate BipolarTransitor).Soneconómicos,de bajaeficiencia,y
producendemasiadosarmónicosque generaninterferencias.
Inversores de onda senoidal modificada
Son mássofisticados,utilizanmodulaciónde anchode pulso(PWM), paraacercar lomás posible a
una ondasenoidal.Lasalidanoesuna auténticaondasenoidal,peroestábastante próxima.Lo
cual reduce engran medidalacantidadde distorsiones.

11. Inversores de onda senoidal pura
Con unaelectrónicamáscomplejase puede conseguirunaondasenoidal pura,parael usode
equipoelectrónicomássensible,tieneneficienciasde 90% debidoala incorporaciónde
microprocesadores.Mide parámetrosde energíaconsumidaytiempode operacióny
programaciónde trabajo.
Inversores autónomos polifásicos de mayor tensión
Son inversoresparaaplicacionesespeciales,loscualesgeneranunaondasenoidal polifásicay
operana tensionesde 230 V ensu salida,atravésde lamáximatransferenciade potencia,noson
muycomerciales.
Bibliografía
Max Enrique AlvaradoContreras,GerardoCruzPeralta.(2016). Manual del instaladorfotovoltaico,
sistemasautónomos.Oaxaca,México:CCEEA.
DanielaMaldonadoP.(2012). Plantade energíasolarfotovoltaica.12-octubre-2017,de
sustentabitSitioweb:http://biblioteca.cchc.cl/datafiles/24095-2.pdf