Diseno-monitoreo-y-control-de-un-sistema-fotovoltaico-aplicado-a-una-red-de-transporte

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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO 
FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES 
CAMPUS ARAGÓN 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
“Diseño, monitoreo y control de un sistema 
fotovoltaico, aplicado a una red de 
transporte” 
 
T E S I S 
Que para obtener el título de: 
Ingeniero Mecánico Electricista 
 
P R E S E N T A: 
David Angel Ortíz Vergara 
 
ASESOR: 
Ing. Adrian Paredes Romero 
 
 SAN JUAN DE ARAGÓN MÉXICO, NOVIEMBRE DEL 2010 
 
 
UNAM – Dirección General de Bibliotecas 
Tesis Digitales 
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reproducción, edición o modificación, será perseguido y sancionado por el 
respectivo titular de los Derechos de Autor. 
 
 
 
 
 
AGRADECIMIENTOS. 
 
Primeramente a Dios que me permite dar pasos firmes cada día, por 
darme la oportunidad de existir y dejarme llevar la vida que 
quiero. 
 
A mis padres que siempre admiro, por el apoyo incondicional que 
me brindan y cuyos principios y consejos que siempre son 
considerados, gracias por soportarme como soy. 
 
A todas aquella personas por el apoyo que me ha brindado durante 
la realización de este trabajo. 
 
A mi asesor y amigo Ing. Adrian por sus conocimientos y 
experiencias que me ha aportado en el transcurso de este 
trabajo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Índice 
Pág. 
Objetivo 
 
1 
Introducción 
 
2 
Antecedentes (tipos de energía) 3 
 
Capítulo 1. Fuente energética 
 
1.1. Comienzo de la fuente energética 
 
5 
1.2. Constante solar 
 
5 
1.3. Componentes de la radiación solar que incide sobre los paneles 
 
7 
1.4. Intensidad solar sobre una superficie 
 
9 
1.5. Trayectoria solar 
 
11 
1.6. Radiación en México 
 
14 
1.7. Instrumentos de medida de la radiación solar 18 
 
 
Capítulo 2. Sistema Fotovoltaico 
 
2.1. Introducción al sistema fotovoltaico 
 
21 
2.2. Componentes y características 
 
23 
 2.2.1. Integración de celdas solares 
 
24 
 2.2.2. Constitución de las células fotovoltaicas 
 
25 
 2.2.3. Materiales densamente cristalinos 
 
28 
 2.2.4. Materiales de película delgada 
 
29 
 
 
 2.2.5. Tipos de paneles en función de la forma 
 
29 
 2.2.6. Rendimiento de un panel fotovoltaico 
 
32 
 2.2.7. Sistemas de seguimiento solar 
 
34 
 2.2.8. Baterías para los sistemas fotovoltaicos 37 
 
 2.2.9. Controlador o regulador de carga 
 
42 
 2.2.10. Inversores 
 
46 
2.3. Cables eléctricos 
 
49 
2.4. Lámparas de bajo consumo 
 
49 
2.5. Lámparas de leds 
 
2.6. Características de los paneles 
 
51 
 
52 
2.7. Mantenimiento que requiere un sistema fotovoltaico 
 
52 
2.8. Esquemas de instalaciones 
 
54 
 
Capítulo 3. Nuevas tecnologías 
 
3.1. Celdas solares plásticas 
 
61 
3.2. Aplicación de potencial 
 
61 
3.3. Energía Verde 
 
62 
3.4. Usar tecnología testada 
 
63 
3.5. Electricidad más barata 
 
64 
3.6. Sistemas híbridos 
 
64 
3.7. Células solares con forma de esfera 
 
66 
3.8. Paneles fotovoltaicos orgánicos y cigs 
 
67 
3.9. Aplicaciones resientes de los sistemas fotovoltaicos 68 
 
 
 
Capítulo 4. Desarrollo del proyecto. 
 
4.1. Aspectos a evaluar 
 
71 
4.2. Estructura de la propuesta 
 
71 
4.3. Módulos fotovoltaicos y lámparas de leds. 
 
71 
4.4. Baterías 78 
 
4.5. Controlador de carga. 
 
 80 
4.6. Indicador de nivel de carga 
 
 81 
4.7. Sistema Xbee 
 
 83 
4.4.8.- Ventajas de usar energía renovable. 
 
 92 
4.9. Mejoras continuas 
 
 92 
 
Anexos 
 
 93 
Conclusiones 
 
 
Glosario 
 
 
Fuentes de consulta 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 1 
 
 
 
OBJETIVO. 
 Mostrar la importancia de la necesidad de conocer la energía fotovoltaica para la 
generación de energía eléctrica, a partir de la radiación solar, como una energía 
renovable. 
 
 Proponer un sistema de energía fotovoltaica empleada para el sistema de transporte 
colectivo (metrobus), sin embargo esta aplicación es tan amplia que puede ser aplicada 
para el alumbrado público, consumo de aparatos eléctricos, o en plantas solares para uso 
común, entre otras. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 2 
 
 
 
INTRODUCCIÓN. 
 
El presente trabajo explica y describe la implementación de módulos fotovoltaicos, aplicado a 
una red de transporte, pretendiendo aprovechar el mayor tiempo posible, la existencia o 
presencia de dicha fuente de energía. Considerando que las condiciones climáticas y ubicación 
geográfica agraciadas con la que cuenta nuestro país, hacen posible la explotación y el uso de 
una opción más viable para el medio ambiente en cuanto a la utilización de energía alternativa. 
Esta investigación se encuentra distribuida de la siguiente manera: 
El Capítulo 1, comienza a hablar de la principal fuente energética, variaciones estacionales de la 
radiación, componentes de la radiación solar que incide sobre los paneles, describiendo algunas 
características y datos importantes a considerar. 
En el Capítulo 2, se describe cada uno de los componentes que sirven para integrar un sistema 
de energía fotovoltaica, características principales para un mejor funcionamiento de algunos 
componentes que conforman el sistema fotovoltaico, y sobre todo resaltar la importancia de las 
celdas fotovoltaicas como resultado circunstancial del proyecto como tal. 
El Capítulo 3, hablará de las investigaciones más recientes por compañías innovadoras sobre 
algunas aplicaciones energía fotovoltaica; y 
Finalmente en el Capítulo 4, se describen los componentes y cálculos para determinar el uso del 
un sistema fotovoltaico aplicado a una red de transporte (metrobus), cabe mencionar que la 
captación de la energía solar es libre de costo, no genera contaminación, está casi libre de 
mantenimiento y a sido desaprovechada durante mucho tiempo, debido a factores tales como 
costos de implementación, incompatibilidad por los sistemas eléctricos actuales y el más 
importante que es la oposición de empresas que se verían afectados económicamente por el 
ingreso de esta tecnología. 
 
 
 
 
 
 
 
 3 
 
ANTECEDENTES. 
Cuando en 1973 se produjeron eventos importantes en el mercado del petróleo en el mundo, 
que se manifestaron en los años posteriores en un encarecimiento notable de esta fuente de 
energía no renovable, resurgieron las preocupaciones sobre el suministro y precio futuro de la 
energía. 
 
Resultado de esto, los países consumidores, enfrentados a los altos costos del petróleo y a una 
dependencia casi total de este energético, tuvieron que modificar costumbres y buscar opciones 
para reducir su dependencia de fuentes no renovables. 
 
Entre las opciones para reducir la dependencia del petróleo como principal energético, se 
reconsideró el mejor aprovechamiento de la energía solar y sus diversas manifestaciones 
secundarias tales como la energía eólica, hidráulica y las diversas formas de biomasa; es decir, 
las llamadas energías renovables. 
 
Así, hacia mediados de los años setenta, múltiples centros de investigación en el mundo 
retomaron viejos estudios, organizaron grupos de trabajo e iniciaron la construcción y operaciónde prototipos de equipos y sistemas operados con energéticos renovables. 
 
Asimismo, se establecieron diversas empresas para aprovechar las oportunidades que se 
ofrecían para el desarrollo de estas tecnologías, dados los altos precios de las energías 
convencionales. 
 
En la década de los ochenta, aparecen evidencias de un aumento en las concentraciones de 
gases que provocan el efecto de invernadero en la atmósfera terrestre, las cuales han sido 
atribuidas, en gran medida, a la quema de combustibles fósiles. Esto trajo como resultado una 
convocatoria mundial para buscar alternativas de reducción de las concentraciones actuales de 
estos gases, lo que llevó a un replanteamiento de la importancia que pueden tener las energías 
renovables para crear sistemas sustentables. Como resultado de esta convocatoria, muchos 
países, particularmente los más desarrollados, establecen compromisos para limitar y reducir 
emisiones de gases de efecto de invernadero renovando así su interés en aplicar políticas de 
promoción de las energías renovables. 
 
Hoy en día, más de un cuarto de siglo después de la llamada crisis del petróleo, muchas de las 
tecnologías de aprovechamiento de energías renovables han madurado y evolucionado, 
aumentando su confiabilidad y mejorando su rentabilidad para muchas aplicaciones. Como 
resultado, países como Estados Unidos, Alemania, España e Israel presentan un crecimiento muy 
acelerado en el número de Instalaciones que aprovechan la energía solar de manera directa o 
indirectamente a través de sus manifestaciones secundarias. Además de la riqueza en 
energéticos de origen fósil, México cuenta con un potencial muy importante en cuestión de 
recursos energéticos renovables, cuyo desarrollo permitirá al país contar con una mayor 
diversificación de fuentes de energía, ampliar la base industrial en un área que puede tener 
valor estratégico en el futuro, y atenuar los impactos ambientales ocasionados por la 
producción, distribución y uso final de las formas de energía convencionales. 
 4 
 
 
 
 
 
 
 
 
Capítulo 1. 
 
Fuente energética. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 5 
 
1.1. Comienzo de la fuente energética 
El Sol es la estrella más próxima a la tierra y nuestra fuente energética desde los primeros 
tiempos. Ocupa la posición central del sistema que lleva su nombre y dista de la tierra una 
medida de 149,5 millones de kilómetros. Está formado por hidrogeno (90%), helio (7%) y otros 
componentes, su potente fuerza de gravedad como consecuencia de masa contiene el 99% de la 
masa del sistema solar, es el motor de los 9 planetas hasta la fecha encontrados y de los miles 
de pequeños cuerpos que giran a su alrededor. Sin embargo, en la galaxia es una estrella de 
tamaño reducido entre los millones que la habitan. 
La energía que proviene del sol mueve los grandes ciclos planetarios geofísicos y geoquímicos 
que sustentan la vida en la biosfera entre otros el ciclo del agua, del oxigeno, del carbono y del 
clima. Este astro provee de alimentos a través de la fotosíntesis y de la mayor parte de 
combustible. 
Nuestra fuente de energía procede de la fusión nuclear que se produce en su interior como 
consecuencia de los componentes que lo forman, la materia se convierte así en energía en 
forma de radiación electromagnética, cuyo espectro y distribución son los siguientes: 
 
Franja Longitud de onda Valor 
Infrarrojo 0,7 – 3,5 µm 46% 
Visible 0,4 – 0,7 µm 46% 
Ultravioleta 0,29 – 0,4 µm 8% 
 
Tabla 1. “División de la radiación electromagnética.” 
La energía solar es la única fuente renovable que puede proporcionar unas condiciones de vida 
que convengan a más de 2500 millones de personas de todo el mundo. Personas que necesitan 
la tecnología solar para no desarraigarse del hábitat natural en la búsqueda de un espejismo 
huidizo de prosperidad humana. 
 
1.2. Constante solar 
La radiación solar incide sobre la superficie terrestre después de atravesar nuestra atmosfera en 
la que se debilita como consecuencia de los reflejos y la absorción de energía en las nubes, las 
cuales presentan diferentes estados que determinan la magnitud de la recibida. 
La necesidad de cuantificar tal energía para poder dimensionar las instalaciones receptoras 
terrenas conforme a los requerimientos de sus usuarios ha dado lugar a la determinada 
constante solar, con la que se indica la energía incidente fuera de la atmosfera por m2. 
Anualmente el planeta recibe energía solar equivalente a 500 billones de barriles de petróleo, 
cantidad similar a un millón de veces las reservas probadas de hidrocarburos. 
6
 
Si se tiene en cuenta que el Sol irradia cada segundo en todas las direcciones una energía 
correspondiente a 4 x 1026 Julios y que la distancia que nos separa tiene un valor medio de 149,5 
millones de kilómetros. 
Pero dado que su trayectoria es una elipse, la distancia de separación tiene los siguientes 
límites: 
En el solsticio de verano = 1,07 d 
En el solsticio de invierno = 0,987 d 
El valor 1,35 Kw/ m2 se ha dado en aproximación por tal motivo. No obstante teniendo en 
cuenta el valor medio, su valor de referencia es de 1,367 kw/ m2. 
La (Fig. 1.) Muestra un gráfico de la radiación solar. Se han indicado, así mismo, sus franjas 
electromagnéticas principales. 
La luz, sea de origen solar o generada por un foco incandescente o fluorescente, está formada 
por un conjunto de radiaciones electromagnéticas de muy alta frecuencia, que están agrupadas 
dentro de un rango llamado “Espectro Luminoso”. 
“Las ondas de baja frecuencia del espectro solar “infrarrojo” proporcionan calor, las de alta 
frecuencia (ultravioleta), hacen posible el proceso de la fotosíntesis o el bronceado de la piel. 
Entre esos dos extremos están las frecuencias que forman la parte visible de la luz solar. La 
intensidad de la radiación luminosa varía con la frecuencia”. 
 
 
Fig. 1. “Espectro de la radiación solar” 
 
7
 
Hay que tener en cuenta que no toda la energía solar alcanza la superficie terrestre. 
Aproximadamente un 20% se refleja en la atmósfera y se dirige al espacio exterior. Las nubes 
son las masas en suspensión que mas provocan el efecto de reflexión. Otra parte de la energía 
es absorbida por las moléculas de agua y por el ozono y el oxígeno de las capas altas de la 
atmósfera. 
 
1.3. Componentes de radiación solar que incide sobre los paneles. 
La radiación de procedencia solar que puede recibir un panel solar dispuesto sobre la superficie 
terrestre, con la inclinación adecuada, tal como se describe a continuación, corresponde a la 
suma de tres componentes de la misma procedencia: 
 La radiación directa, es aquella que no sufre ningún proceso de dispersión o variación. 
 La radiación difusa, cuyo origen es la directa, pero atenuada por la atmósfera como 
consecuencia de la reflexión en las nubes, en la que se modifica su dirección. 
 La radiación reflejada, que es la parte de la difusa y que procede del suelo; corresponde 
a una fracción de energía difundida por cualquier cuerpo luminoso. Por ejemplo, para un 
cuerpo negro, su valor es igual a cero, pero para la nieve es de 0,9; ante el suelo mojado 
es 0,18; con césped 0,125. 
La radiación total que incide sobre una superficie inclinada corresponde a la suma de las 
componentes indicadas: 
IT= ID +Idif +Iref 
 
Y su valor de referencia es 1.000 W/ m2; respecto a la radiación difusa, que es la más 
importante, ya que es la energía directa aunque atenuada por las nubes de la atmosfera, se dan 
en ella dos situaciones: 
1) Nubes en movimiento: se produce este fenómeno anisotrópico caracterizado por la 
dependencia de sus propiedades con la dirección del desplazamiento de las nubes. La 
atenuación que se produce es mínima. 
2) Cielo cubierto de nubes: el fenómeno de isotrópico (las nubestienen una condición) y se 
caracteriza esta situación porque sus propiedades son las mismas en todas las 
direcciones y con ello se produce la máxima atenuación 
8
 
 
Fig. 2. “Trayectoria de la luz solar hacia un panel fotovoltaico” 
 
Otro concepto importante es el de insolación, éste corresponde a la integración de la irradiancia 
en un período determinado. En otras palabras es la energía radiante que incide en una 
superficie de área conocida en un intervalo de tiempo dado. Este término tiene unidades de 
energía por área, comúnmente Watts-hora por metro cuadrado (W-h/m2). Generalmente se 
reporta este valor como una acumulación de energía horaria, diaria, estacional o anual. La 
insolación también se expresa en términos de horas solares pico. Una hora de energía es 
equivalente a una irradiancia promedio de 1,000 W/m2 como se muestra en la (Fig. 3), la 
energía útil que produce el arreglo fotovoltaico es directamente proporcional a la insolación que 
recibe. 
 
Fig. 3. “Irradiancia y horas solares pico (insolación) durante un día soleado” 
 9 
 
1.4. Intensidad solar sobre una superficie 
El ángulo con el que inciden los rayos de sol sobre una superficie determinara la cantidad de 
energía que recibe esta superficie. Como la radiación solar incide sobre la tierra en rayos 
prácticamente paralelos, una superficie perpendicular a los mismos será la que interceptara la 
mayor proporción de energía. Si los rayos se desvían de la perpendicular decrecerá la energía 
interceptada por la superficie. 
Quizás el mejor sistema de imaginar este fenómeno es pensar que los rayos solares paralelos 
son como un haz de lápices sostenidos con la mano sobre una mesa y apuntando hacia abajo. 
Las marcas realizadas por los lápices están perpendiculares a la mesa, los puntos están 
apretados al máximo. Cuando se inclinan los lápices todos a la vez, los puntos se separan y 
cubren superficies cada vez mayores, la densidad energética por unidad de superficie disminuye. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 4. “La densidad de energía se determina por el ángulo de incidencia” 
 
Sin embargo, una superficie que se separa hasta en un ángulo de 25° de la perpendicularidad 
respecto al sol todavía intercepta más del 90% de la radiación perpendicular a la superficie 
(también llamado ángulo de incidencia) determina el porcentaje de asoleo directo que 
intercepta la superficie. La tabla siguiente, relaciona los porcentajes de asoleo interceptados por 
una superficie para distintos ángulos de incidencia. 
 
Superficie de referencia. 
Superficie de referencia. 
10
 
Ángulo de 
incidencia 
(grados) 
Radiación 
solar 
interceptada 
(porcentaje) 
0 100,0 
5 99,6 
10 98,5 
15 96,4 
20 94,4 
25 90,6 
30 86,6 
35 8,9 
40 76,6 
45 70,7 
50 64,3 
55 57,4 
60 50,0 
65 42,3 
70 34,2 
75 25,8 
80 17,4 
85 8,7 
90 0 
 
Fig. 5. “Porcentajes de asoleo sobre una superficie.” 
La cantidad total de energía interceptada por una superficie no solo comprende la radiación 
directa, sino también la difusa y reflejada. La cantidad total de energía radiante que escoge una 
superficie es mayor que la contenida únicamente en la radiación directa. La radiación difusa o 
sea la difractada por la atmósfera y redirigida hacia la superficie terrestre, puede llegar a valer el 
50 % de la total cuando el sol está bajo en el horizonte y el 100% para un cielo enteramente 
cubierto. Sin embargo en días despejados la radiación difusa solo representa una pequeña parte 
del total. La intensidad de la radiación que se refleja sobre una superficie de material reflectante 
depende de la calidad del acabado, del material de la superficie y del ángulo de incidencia de los 
rayos solares sobre el reflector. Cuando mayor es el ángulo de incidencia, mayor es la 
proporción de radiación que se reflejará. 
Es importante comprender que la captación de radiación depende del área de las superficies 
receptoras. El contenido energético de la radiación solar está fijado por la posición del sol. Para 
captar una determinada cantidad de energía solar será necesario disponer de un área suficiente. 
Esta observación se aplica a todos los sistemas de calentamiento solar, desde la superficie 
vidriada al sur de una vivienda, a los captadores de concentración. El área que intercepta la 
radiación solar es al que determinara la cantidad máxima de energía radiante que podrá 
captarse. 
 
 
 
 
a 
b 
a= ángulo de incidencia 
b= altura angular 
 
11
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 6. “La reflexión cambia de acuerdo al área receptora” 
1.5. Trayectoria solar 
Para poder llevar cifras con aproximación, es necesario llevar a cabo el estudio de translación y 
rotación de la tierra con respecto al sol y como se sabe, la tierra efectúa un movimiento elíptico 
alrededor de este, encontrando al sol en uno de los focos de esta elipse la elíptica que es la 
trayectoria de la tierra tiene acercamientos máximos y mínimos al sol llamados perihelio y afelio 
respectivamente; además hay que considerar también que la tierra en su eje de rotación tienen 
23.45°de inclinación y por lo cual aun en el afelio y perihelio cada continente tiene una radiación 
o insolación diferente en cada estación del año. 
 
Perihelio Máxima aproximación al sol 1.45*10.8 Km 4 de enero de cada año 1.395 W/m
2
 
Afelio Posición más separada del sol 1.54*10.8 km 5 de julio de cada año 1.308 W/m
2
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 7. “Muestra la posición de la tierra con respecto al sol en su Afelio y Perihelio.” 
a b 
Superficie pulida 
Reflexión especular Reflexión difusa 
Superficie mate 
 
a= ángulo de incidencia 
b= altura angular 
Afelio Perihelio 
Eclíptica 
12
 
 
Solsticio de invierno 21 de diciembre Menos rayos solares en el 
hemisferio norte 
Mas rayos solares enel 
hemisferio sur 
Equinoccio de primavera 21 de marzo Soleamiento igual en ambos 
hemisferios 
Soleamiento igual en ambos 
hemisferios 
Solsticio de verano 21 de junio Mayor insolación en el 
hemisferio norte 
Menor insolación en el 
hemisferio sur 
Equinoccio de otoño 23 de septiembre Soleamiento igual en ambos 
hemisferios 
Soleamiento igual en ambos 
hemisferios 
 
Debido a los ajustes de fechas por las duraciones distintas de los años (a lo cual se debe la inserción de 
años bisiestos), la hora exacta del equinoccio varía cada año. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 8. “Posición de la tierra con respecto al sol relacionado con las diferentes estaciones del año” 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 9. “Posición de la tierra con respecto al ángulo de 23.45° y a la estación del año” 
Solsticio de 
verano 
Equinoccio 
de primavera 
Solsticio de 
invierno 
Equinoccio 
de otoño 
Solsticio 
de verano 
Solsticio de 
invierno 
Equinoccio 
de otoño 
Equinoccio 
de primavera 
13
 
Reflejo de lo anterior, es la ruta o trayectoria que sigue el sol (percibido desde la tierra) 
dependiendo de la posición en la elíptica, el sol se podrá observar que tiene una trayectoria más 
hacia el norte o hacia el sur. 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 10. “Trayectoria del sol desde latitud 16° (Cd de México) durante solsticios y equinoccios.” 
De lo anterior podemos plantear los siguientes puntos: 
 La trayectoria del sol percibida desde la tierra no es fija 
 La insolación recibida es variable en cada posición de la tierra de acuerdo a la elíptica 
 La insolación depende de las condiciones atmosféricas y latitud de cada región 
Para fines prácticos se considera una radiación promedio por unidad de tiempo 1,367 Watts/m2 
que es la cantidad de radiación recibida en el límite superior de la atmosfera y que se le 
denomina como constante solar. Sin embargo existen pérdidas, por lo cual la radiación se ve 
disminuida a un promedio de 1,000 Watts/m2. 
Además de las condiciones atmosféricas hay otro parámetro que afecta radicalmente a la 
incidencia de la radiación sobre un captador solar, este es el movimiento aparente del sol a lo 
largo del día y a lo largo del año, ver (Fig. 11) Se dice "aparente" porque en realidad la tierra es 
la que está girando y no el sol. La tierra tiene dos tipos de movimientos: uno alrededor de su 
propio eje (llamado movimiento rotacional) el cual da lugar al día y la noche y el otro; es 
alrededor del sol (llamado movimiento traslacional) siguiendo una trayectoria elíptica, el cual da 
lugar a las estaciones del año. 
 
Fig. 11. “Movimiento aparente del sol en la bóveda celeste en función de la hora del día y la época del año.” 
Solsticio de 
invierno 
Equinoccio Solsticio de 
verano 
S N 
 14 
 
Un arreglo recibe la misma insolación cuando se mantiene apuntado directamente al sol. Esto 
requeriría el ajuste de dos ángulos del arreglo: el azimut para seguir el movimiento diario del sol 
este a oeste, el ángulo de elevación para seguir el movimiento anual de la trayectoria solar en la 
dirección norte-sur. 
 
1.6. Radiación en México 
La radiación solar es la energía electromagnética que se forma en los procesos de fusión del 
hidrógeno (en átomos de helio) contenido en el sol. El centro de estudios para le energía solar 
(censolar) publica datos para la insolación media, en un plano horizontal, para una amplitud de 
países en el mundo. Se usan diferentes unidades para expresar el valor de la insolación de un 
lugar, la mas conveniente para nuestra aplicación es el Kilowatt hora por metro cuadrado 
(kWh/m2). Si la unidad colectora mantiene un ángulo de inclinación fijo el valor de la insolación 
en una dada localización depende de las condiciones atmosféricas y la posición del sol respecto 
al horizonte. La radiación solar que llega a la tierra en un año atreves de la atmosfera es de tan 
solo aproximadamente 1/3 de la energía total interceptada por la tierra fuera de la atmosfera y, 
de ella el 70% cae en los mares. 
 
Cualquiera que sea la fuente de los datos, hay que considerar que la insolación real del sitio del 
proyecto puede diferir hasta en un 15%. Los datos de insolación deben ser mensuales o por lo 
menos, trimestrales para que sean útiles en el diseño de sistemas fotovoltaicos. Se ha realizado 
un estudio en la CONAE (Comisión Nacional de Ahorro de Energía) el cual nos proporcionan 
lecturas reales de algunos estados de toda la república. Esta evaluación nos da un margen de 
utilidad, los datos pueden variar, cabe volver a mencionar por cambios climáticos, etc. Para el 
caso de México la irradiación media anual en nuestro país es del orden de los 4.2 kWh/m2 a los 
8.6 kWh /m2 según la CONAE, en las siguientes tablas se muestran algunos países, los cuales se 
menciona radiación que llega a la tierra: 
 
Localidad y sus latitudes Diciembre Junio Promedio anual 
 kWh/m
2
 kWh/m
2
 kWh/m
2
 
San Juan, Puerto Rico 18° N 4,858 6,309 6,123 
El Paso Texas 32°N 3,808 8,616 6,426 
Fresno, California 37°N 1,925 8,265 5,236 
Madison, Wisconsin 43°N 1,419 6,278 3,849 
Seattle, Washington 47°N 7,26 7,192 3,659 
Londres, Inglaterra 52°N 5,66 5,49 2,776 
Mesina, Sudáfrica 22°S 7,319 4,231 5,915 
Buenos Aires, Argentina 35°N 8,36 2,413 4,985 
Mt. Stronlo, Australia 35°S 7,413 4,368 4,952 
México City, México 19°N 4,407 6,323 5.365 
 
Tabla 2. “ Promedio anual de radiación de algunos países.” 
 
 15 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Tabla 3. “Insolación a la latitud en algunas ciudades de América Latina” 
Para el caso de México, la irradiación media anual es del orden de los 4.2 kWh/m2 a 8.6 kWh/m2, 
según la CONAE en los últimos estudios realizados. Sin embargo cabe mencionar que cada año 
se prevé un incremento de irradiación, debido al deterioro de la capa de ozono. 
 
 
 
Tabla 4. “Insolación a la latitud en algunas ciudades de la Republica Mexicana.” 
 
 
 
 
 
 16 
 
Tabla 5. “Insolación a la latitud en algunas ciudades de la Republica Mexicana.” 
 
 
 
 
 
 
17
 
Es notable que la radiación en todo el territorio nacional está distribuida dé manera más o 
menos equitativa durante todo el año. En nuestro país la radiación más intensa en el verano en 
parte se ve nivelada por los nublados propios de la temporada de lluvias, reduciéndose casi a los 
niveles de radiación del invierno. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 12. “Mapa de irradiación solar en la República Mexicana”. 
Debido a las condiciones climáticas en México ningún dispositivo de almacenamiento de energía 
a largo plazo es necesario. Hasta en los días con temperaturas nocturnas muy bajas, por lo 
general hay algunas horas con sol. La energía solar disponible en los altiplanos mexicanos se 
suman a aproximadamente 2000 kWh, por año para cada cuadro de colector solar. 
La cantidad de energía emitida por el sol, se recibe sobre la superficie de nuestro planeta, se 
calcula en 178 000 Tera watts por año (1 Tera watt = 1 billón de Watts). Si se captura tan sólo 
una pequeña parte de este flujo y se convierte en energía eléctrica disponible se resolvería la 
mayor parte de los problemas relacionados con la energía. 
La insolación es un parámetro clave en el diseño de sistemas solares. Los factores principales 
que afectan la insolación sobre una superficie captadora son las condiciones climáticas y el 
ángulo de la superficie captadora con respecto a la posición del sol. En lugares donde los días 
nublados son relativamente más frecuentes, la insolación promedio es menor. 
 
 
 
 
 
 
 
 De 4.2 kWh/m
2
 a 7.8 kWh/m
2
 
 18 
 
Cuando la latitud del lugar sobrepasa los 15o, los días de invierno son apreciablemente más 
cortos que los días de verano. Esto resulta en una mayor insolación promedio en el verano. Por 
ejemplo, en las regiones lluviosasdel sur de México, la insolación horizontal alcanza 4.4 kWh/m2 
por día en el invierno, 5.7 kWh/m2 por día en el verano y 5.3 kWh/m2 por día como promedio 
anual. En las regiones áridas del norte de México, la insolación horizontal alcanza 5 kWh/m2 por 
día en el invierno, 8 kWh/m2 por día en el verano y 6.5 kWh/m2 por día como promedio anual. 
Debido a que la insolación depende del ángulo del arreglo con respecto a la posición del sol, se 
usa la insolación horizontal para referirse al potencial solar del lugar. A partir de la insolación 
horizontal se puede estimar la insolación a un azimut y elevación determinado. Existen tablas y 
mapas de insolación horizontal para diferentes regiones y épocas del año provenientes de varias 
fuentes para diferentes regiones de México, como las tablas ya vistas anteriormente. 
La Insolación diaria Promedio comúnmente se expresa en horas solares pico (HSP). Una Hora 
Solar Pico es la energía recibida durante una hora, a una irradiación promedio de 1 kWh/m2. Es 
decir, 1 kWh/m2 es igual a 1 HSP. Las HSP son relevantes para el diseño de sistemas FV. La 
insolación diaria promedio varía entre las 3 y las 7 HSP, dependiendo el lugar. Como ejemplo 
podemos ver la (Fig. 3). 
 
1.7. Instrumentos de medida de radiación solar. 
La medida de la radiación solar en la superficie terrestre es de gran importancia para el estudio 
de las condiciones climáticas y atmosféricas. Con estas mediciones puede hacerse posible la 
utilización de los sistemas fotovoltaicos en una cierta área, que garantice su máximo uso a lo 
largo de todo el año, dónde las variaciones de la intensidad de la radiación solar sufren las 
alteraciones significativas. 
Conforme a la normas fijadas por OMM (Organización Meteorológica Mundial), se dan ciertos 
límites de precisión para cuatro tipos de instrumentos: Piranómetro, Pirheliómetro, Heliógrafo y 
Albedómetro. Las medidas que realizan estos instrumentos son: Radiación global y difusa en el 
plano horizontal y la radiación directa normal. 
Los parámetros de la radiación solar se cuantifican mediante un conjunto de instrumentos 
destinados a diferentes situaciones. Algunos de ellos son los indicados por su uso frecuente y 
resultados obtenidos a continuación: 
 
 
 
19
 
 
 
Fig. 13. “Instrumentos de medición de Radiación Solar”. 
 
Heliógrafo. 
 
Instrumento registrador de los intervalos de tiempo 
durante los cuales la radiación solar alcanza una 
intensidad suficiente para producir sombras distintas, 
en este tipo de heliógrafo el sol quema una cartulina 
graduada en horas, la cual está arrollada 
concéntricamente debajo de la esfera de vidrio. El 
recuento de intervalos quemados proporciona las 
horas de sol efectivo del día. 
 
 
Piranómetro. 
 
Instrumento que mide el flujo solar global 
correspondiente a los rayos directos y a los dispersos 
que se reciben en todas las direcciones. Es un 
instrumento sencillo que no requiere la incorporación 
de mecanismos de seguimiento solar. 
 
 
Pirheliómetro. 
 
Instrumento para medir la radiación total que 
proviene de un ángulo sólido pequeño y que incide en 
una superficie plana normal al eje de este ángulo. 
Se utiliza para medir la radiación solar directa. 
 
 
Albedómetro. 
 
El medidor de radioactividad RD110 se ha 
perfeccionado técnicamente respecto a modelos 
anteriores. Este medidor de radioactividad profesional 
es un instrumento para la protección de personas que 
se utiliza en sectores de riesgo de radiación; la 
persona lo puede llevar consigo cómodamente. 
 
El medidor es superior a todos los modelos 
antecesores en funciones, especificaciones, peso y 
dimensiones, así como varios parámetros, como son 
su amplio rango de medición. 
El medidor de radioactividad se puede llevar 24 horas 
por día, y le detecta de forma continuada la dosis de 
radiación. 
 
 
 
 
 20 
 
 
 
 
 
Capítulo 2. 
 
SISTEMA FOTOVOLTAICO. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 21 
 
2.1. Introducción al sistema fotovoltaico 
La palabra fotovoltaica se compone de dos términos: Foto = Luz, Voltaica = Electricidad. En otras 
palabras se puede decir que es un dispositivo que convierte directamente la luz solar en 
electricidad. 
La luz solar entra sobre la superficie del arreglo fotovoltaico, donde es convertida en energía 
eléctrica de corriente directa por las celdas solares, después esta energía es recogida y 
conducida hasta un controlador de carga con la función de enviar toda o parte de esta energía 
hasta el banco de baterías en donde es almacenada, cuidando que no se excedan los limites de 
sobrecarga y sobre descarga. 
La energía almacenada o enviada a la red se utiliza para abastecer las cargas durante la noche, 
en días de baja insolación o cuando el arreglo fotovoltaico es incapaz de satisfacer la demanda 
por si solo. Si las cargas a alimentar son de corriente directa, estas pueden hacerse a través del 
arreglo fotovoltaico o desde la batería. Cuando las cargas son de corriente alterna, la energía 
proveniente del arreglo y de las baterías limitadas por el controlador, es enviada a un inversor 
de corriente, en donde es convertida a corriente alterna. 
El componente básico de este modo directo de conversión de la energía es la denominada célula 
solar, con la que se construyen los paneles o módulos solares, los cuales proporcionan una 
corriente eléctrica de valor dependiente de la energía solar que incide sobre su superficie. 
Un conjunto de componentes complementarios al panel permiten acumular la energía electica 
para utilizarla en tiempos diferentes a los de su obtención, cambiarla de formato a corriente 
alterna para alimentar algún aparato eléctrico o electrónico, y adaptarla para su inyección a las 
redes públicas de distribución de energía eléctrica, operación esta ultima que requiere el 
proceso de sincronización de fase. Así es posible dimensionar instalaciones para obtener energía 
eléctrica de los modos DC y CA o ambos. 
Debemos notar, antes que nada que las celdas solares son dispositivos que convierten la 
radiación solar en energía eléctrica y que, por lo tanto solo operaran durante los periodos en los 
que hay luz solar, es decir durante el día. Por tal razón, es común (aunque no en todos los caos) 
que se necesite usar algún sistema de almacenamiento, de manera que las cargas que requieren 
energía no interrumpan su funcionamiento, durante la noche. 
Hay diversas formas de almacenar energía eléctrica; algunas a un bajo estudio, como es la 
producción de hidrógeno a partir de la electrólisis del agua, y su posterior utilización en celdas 
de combustible, así como el uso de superconductores (con altas temperaturas criticas para el 
almacenamiento de energía en campos magnéticos, en relación lo último se espera que pronto 
se pueda tener materiales que sean súper conductores, e incluso temperatura ambiente. 
Actualmente uno de los métodos más común de almacenamiento de energía eléctrica es a 
través de las baterías que usamos en los automóviles, y en los aparatos electrónicos portátiles. 
 
 22 
 
En todo sistema donde se usen baterías como medio para almacenar energía será necesario 
contar con un dispositivo adicional llamado regulador de carga; este controlador tiene como 
función evitar que las baterías se dañen como consecuencia de que en cierta época se haya 
usado poca o nada de la energía almacenada. O sea que las baterías estén suficientemente 
cargadas, y que la energía generada durante el día por los módulos sea proporcionada a dichas 
baterías. Esto podría dañarlas permanentemente, o al menos reducir su tiempo de vida útil. 
La energía generada por medio de sistemas fotovoltaicos corresponde a lo que se llama 
corriente directa; es decir con polaridad constante, a diferencia de la que recibimos a través de 
la línea que nos proporciona la compañía de luz, que es corriente alterna, o seasin una 
polaridad fija, esto se hace por medio de un inversor. 
Otro aspecto muy importante que hay que tomar en cuenta es que normalmente la radiación 
solar se mide sobre un plano horizontal, pero la intensidad luminosa cambia si el plano de 
medición se coloca en posición perpendicular a la dirección de los rayos solares, como 
anteriormente se había mencionado. Como el ángulo de incidencia de los rayos varia a lo largo 
del año, se requerirá tener seguimiento del sol, para lograr mayor cantidad de energía captada. 
Sin embargo, esto generalmente un costo adicional, y por lo tanto se acostumbra poner el plano 
de captación a un ángulo (respecto a la horizontal) que optimice la cantidad de energía para 
determinada estación del año. 
En otras palabras un sistema fotovoltaico es el conjunto de dispositivos (celda solar, batería, 
inversor, etc.) cuya función es convertir la energía solar directamente en energía eléctrica, 
acondicionando esta última a los requerimientos de una aplicación determinada para trabajar 
según se requiera o se necesite. 
Las celdas foto-voltaicas individuales tienen una producción eléctrica limitada, es por eso que 
pueden ser utilizadas en equipos o aparatos pequeños como son juguetes, relojes y las 
calculadoras de bolsillo. Si se desea aumentar la salida de voltaje y amperaje de una fuente foto-
voltaica, las celdas individuales se unen eléctricamente en diferentes formas como son 
módulos, paneles y arreglos fotovoltaicos. 
La forma más popular de arreglo fotovoltaico está hecha de paneles planos y puede responder a 
la luz difusa de todo el cielo (esto es, puede producir electricidad aun en días nublados). Los 
paneles fotovoltaico planos pueden estar fijos en un soporte o moverse para seguir la 
trayectoria del sol. 
La incorporación de un sistema con seguimiento solar, mejora el rendimiento de captación 
fotovoltaica, pero cabe mencionar que depende del clima y del tipo de aplicación. En 
condiciones ideales el rendimiento del sistema puede mejorar hasta un 40%, pero el mayor 
costo que supone no compensa el aumento que se consigue. Su aplicación se limita a aquellos 
casos en que el mayor rendimiento coincide con la mayor demanda. 
 
 
23
 
2.2. Componentes y características 
 
Un sistema fotovoltaico no siempre consta de la totalidad de elementos mencionados en este 
trabajo, puede prescindir de uno o más de éstos, dependiendo del tipo y tamaño de las cargas a 
alimentar, el tiempo, hora, época de operación y la naturaleza de los recursos energéticos 
disponibles en el lugar de la instalación. 
La conexión de células fotovoltaicas, su posterior encapsulado y enmarcado, da como resultado 
la obtención de los conocidos paneles o módulos fotovoltaicos de utilización doméstica e 
industrial, como elementos generadores eléctricos de corriente continua. 
 
Las instalaciones fotovoltaicas se caracterizan por: 
 
a) Por su simplicidad y fácil instalación 
b) Ser modulares 
c) Tener una larga duración (aproximadamente 30 años) 
d) No requerir mucho mantenimiento 
e) Tener una elevada fiabilidad 
f) No producir ningún tipo de contaminación ambiental 
g) Tener un funcionamiento silencioso 
 
Los principales componentes que forman un sistema fotovoltaico son: 
 
1. Célula, modulo, panel, o arreglo solar 
2. Controlador de Carga o Regulador de carga 
3. Inversor de Corriente cd/ca o convertidor 
4. Batería 
5. Carga a entregar 
 
 
 
 
Fig. 14. “Esquema típico de una instalación fotovoltaica”. 
 
 
24
 
No todos los sistemas llevan los mismos componentes, puede haber sistemas muy sencillos o 
más complejos, esto dependerá de la necesidad, sin embargo todos llevan mínimo los 
componentes mencionados. 
 
2.2.1. Integración de celdas solares 
El panel solar es el elemento encargado de captar la energía del sol y de transformarla en 
energía eléctrica que se pueda ser usada. Para la fabricación de paneles solares fotovoltaicos se 
emplea tecnología muy avanzada y compleja. Sin bien está al alcance de muchos fabricantes la 
producción de colectores solares térmicos con un grado de eficacia aceptable, no ocurre lo 
mismo con los paneles solares fotovoltaicos, donde muy pocas compañías en el mundo cuentan 
con la capacidad y los recursos técnicos necesarios para producirlos. 
El funcionamiento de los paneles se basa en el efecto fotovoltaico, dicho efecto se produce 
cuando sobre materiales semiconductores convenientemente tratados, incide la radiación solar 
produciéndose electricidad. Cabe mencionar que un panel fotovoltaico está formado por un 
conjunto de células solares conectadas entre si eléctricamente, conectadas en serie y paralelo 
hasta conseguir el voltaje adecuado para su utilización. 
 
 
Fig. 15. “Un módulo FV, es el conjunto básico de celdas FV donde se puede incluir menos de una docena hasta cerca 
de 100 celdas. Un panel FV, es un conjunto de módulos fotovoltaicos. Arreglo FV, es la combinación de paneles en 
arreglos en serie y/o en paralelo”. 
 
 
Celda 
Módulo 
Conjunto 
 
Celda 
fotovoltaica 
 
 Panel solar 
 
 25 
 
2.2.2.- Constitución de las células fotovoltaicas. 
La conversión de la radiación solar en una corriente eléctrica, la podemos encontrar en una 
célula fotovoltaica. La célula fotovoltaica es un dispositivo formado por una delgada lámina de 
un material semiconductor, frecuentemente de silicio. Generalmente, una célula fotovoltaica 
tiene un grosor que varía entre los 0,25 y los 0,35 mm y una forma generalmente cuadrada. 
Hay diversos materiales para realización de las células solares, sin embargo la celda fotovoltaica 
es más evidente encontrarla de silicio, que es el material más usado. Cuando la luz solar choca 
en la celda una cierta porción de ella es absorbida dentro del material semiconductor. Las dos 
capas de silicio (silicona tipo P y tipo N), capas separadas entre sí por una sustancia 
semiconductora. Al incidir los fotones en la lámina primera (P), se liberan electrones del silicio, 
que son lanzados a través del filtro semiconductor, que permite que atraviesen en una única 
dirección (no pueden regresar). Entonces, la capa N adquiere una polarización diferente de la P, 
y mediante un conductor eléctrico externo, vuelven a la capa P cerrando el círculo de corriente y 
perpetuando el proceso. Esto significa que la energía de la luz absorbida y es transferida al 
semiconductor. La energía golpea los electrones libres permitiéndoles fluir libremente. 
El silicio tiene algunas propiedades químicas especiales, sobre todo en su forma cristalina. Un 
átomo de silicio tiene 14 electrones dispuestos en tres capas diferentes. Las primeras dos capas, 
las más cercanas al centro están completamente llenas. La capa exterior sólo está semi llena, 
por cuanto tiene sólo cuatro electrones. Un átomo de silicio siempre buscará llenar su última 
capa con 8 electrones. Para hacer esto compartirá cuatro electrones de su átomo vecino. Este 
proceso forma la estructura cristalina y esta estructura resulta ser importante para este tipo de 
celdas fotovoltaicas. Este silicio puro no sirve como conductor, por eso se utiliza silicio con 
impurezas. Normalmente se utilizan estructuras de silicio con fósforo ya que este al tener 5 
electrones, deja uno libre no atado a la estructura. Al aplicar energía, por ejemplo en forma de 
calor, este electrón es liberado de su posición más fácilmente que en una estructura de silicio 
puro. Este proceso de agregar impurezas al silicio, se denomina Doping. Cuando al silicio se le 
hace doping con fósforo resulta un silicio llamado tipo-N, porque prevalecen los electrones 
libres. El silicio tipo-N es mucho mejor conductor que el silicio puro. 
Cuando al silicio se le hace doping con boro, el cual tiene 3 electrones en la última capa, se 
denomina silicio tipo-P. El silicio tipo-P, en lugar de tener electrones libres tiene huecos libres. 
Los huecos son ausenciade electrones, llevando así carga opuesta a la del electrón, es decir 
carga positiva. Estos se mueven igual como lo hacen los electrones. 
Las celdas fotovoltaicas sin un campo eléctrico no funcionarían. Este campo eléctrico lo 
podemos formar al poner en contacto un silicio tipo-N y un silicio tipo-P. En la juntura se 
produce una barrera que hace difícil que los electrones del lado N crucen hacia el lado P, 
tenemos un campo eléctrico que separa los 2 lados. Este campo actúa como un diodo 
permitiendo con ayuda de la aplicación de energía externa los electrones fluyan desde el lado P 
al N. 
 
26
 
 
Fig. 16. “Partes de celda fotovoltaica”. 
Cuando la luz en forma de fotón choca con nuestra celda, libera pares de electrón-hueco. Cada 
fotón liberará exactamente un electrón dejando un agujero libre. Si esto sucede lo bastante 
cerca del campo eléctrico, este hará que se envié un electrón al lado N y un hueco al lado P. Esto 
provoca la ruptura de la neutralidad eléctrica. Si además se le proporciona un camino externo, 
los electrones fluirán hacia su lado original (Lado tipo-P) para unirse con los agujeros. Los 
electrones que fluyen constituyen la corriente y el campo eléctrico de la celda constituye el 
voltaje. Con la corriente y voltaje tenemos la potencia de la celda. 
Todas celdas fotovoltaicas tienen uno o más campos eléctricos que actúan para forzar a los 
electrones liberados por la acción de la luz para fluir en una cierta dirección. Este flujo de 
electrones es una corriente y poniendo los contactos de metal en la parte superior e inferior de 
la celda fotovoltaica. Esta corriente junto con el voltaje de celda, define la potencia que puede 
entregar la celda solar. 
Podemos decir que el conjunto de células está envuelto por unos elementos que le confieren 
protección frente a los agentes externos y rigidez para acoplarse a las estructuras que los 
soportan, permiten aguantar condiciones meteorológicas muy duras tales como el hielo, la 
abrasión, cambios bruscos de temperatura, o los impactos producidos por el granizo. 
Los elementos básicos de la estructura de un módulo fotovoltaico son los siguientes: 
 Encapsulante: constituido por un material que debe presentar una buena transmisión a 
la radiación y una degradabilidad baja a la acción de los rayos solares. 
 Cubierta exterior: de vidrio templado, que además de facilitar al máximo la transmisión 
luminosa, debe resistir las condiciones climatológicas más adversas y soportar cambios 
bruscos de temperatura. 
 Cubierta posterior: constituida normalmente por varias capas opacas que reflejan la luz 
que ha pasado entre los intersticios de las células, haciendo que vuelvan a incidir otra 
vez sobre éstas. 
27
 
 Marco de metal: normalmente de aluminio, que asegura rigidez y estanqueidad al 
conjunto, y que lleva los elementos necesarios (generalmente taladros) para el montaje 
del panel sobre la estructura del soporte. 
 Caja de terminales: incorpora los bornes para la conexión del módulo. 
 
Fig. 17. “Estructura panel fotovoltaico”. 
Existen en el mercado otros materiales, como lo son el silicio policristalino, pero no es más 
eficiente que el silicio cristalino. Estos materiales tienen diferentes intervalos de bandas y 
parecen estar sintonizados a diferentes longitudes de onda o a fotones con diferentes energías. 
Se ha probado que el uso de dos o más capas de diferentes materiales con diferentes intervalos 
de bandas de energía resulta ser muy eficiente. El material con mayor banda se coloca en la 
superficie y más abajo los que requieren fotones con menor energía. Estas celdas reciben el 
nombre de multijuntiras, y pueden tener más de un campo eléctrico. 
La célula monocristalina de silicio, es la más usada y es comercializada como el conversor directo 
de energía solar en electricidad; la tecnología utilizada para la producción de éste, es mediante 
el siguiente procedimiento; La producción de la célula de silicio empieza con la extracción del 
silicio o cristal del dióxido. Este material se desoxida en los grandes hornos, purificado y 
solidificado. Este proceso alcanza un grado de pureza en 98 y 99% lo que es bastante bueno bajo 
el punto de vista de energía y costo. Este silicio es trabajado como fotovoltaico de células y otros 
semiconductores y de un alto grado de pureza, donde el más grande debe llegar a 99,9999%. 
Para usar el silicio en la industria electrónica además del alto grado de pureza, el material debe 
tener ser de estructura monocristalina y de baja densidad. El proceso más utilizado se denomina 
"proceso Czochralski". 
 
28
 
 El silicio se funde junto con una cantidad pequeña de otro elemento, generalmente Boro y a 
altas temperaturas; luego va extrayéndose ligeramente del material fundido un gran cilindro 
de monocristalino de silicio. Este cilindro está cortado en partes o rodajas de aproximadamente 
300mm. 
Después del corte y limpiezas de lodos de las rodajas, debe introducirse nuevamente para 
obtener la unión. Terminado este proceso las rodajas de silicio se exponen en el vapor en un 
horno dónde la temperatura varía entre 800 a 1000°C. 
Entre las células fotovoltaicas que tienen como base el silicio, los que tienen como base los 
monocristalinas tienen mayor eficacia. Los fotocélulas comerciales obtuvieron con el proceso 
descrito una eficacia de aproximadamente 15% podría llegar a 18% en células hechas en los 
laboratorios. 
 
 Fig. 18.” Célula fotovoltaica monocristalina”. Fig. 19. “Silicon Policristalino” 
 
2.2.3.- Materiales densamente cristalinos. 
 Simple silicio cristalino: Rebanado desde simple cristal de silicio crecido, estas celdas 
son de un grosor de 200 micrones. La celda investigada ha alcanzado un 24% de 
eficiencia, los módulos comerciales exceden el 15%. 
 
 Silicio policristalino: Rebanado de bloques del molde de silicio, estas celdas son menos 
caras para fabricar y menos eficientes que las celdas de simples de cristal de silicio. Las 
celdas investigadas alcanzan un 18% de eficiencia y los módulos comerciales alcanzan un 
14%. 
 
 Redes dendríticas: Una película de cristales simples de silicio sacado desde Silicio 
fundido, como una burbuja de jabón, entre dos cristales dendríticos. 
 
 Arseniuro galio (gaas): Un material semiconductor III-V desde los cuales hacen celdas 
fotovoltaicas de gran eficiencia, son usados en sistemas de concentradores y en 
sistemas de potencia espacial. Investigaciones dicen que alcanzan 25% de eficiencia bajo 
luz solar y 28% bajo luz solar concentrada. Las celdas de multijuntura están basadas en 
gas y relacionadas con aleaciones III-V han excedido el 30% de eficiencia.
 
 29 
 
2.2.4. Materiales de película delgada. 
1. Silicio amorfo (A-SI): El silicio amorfo que es una estructura no cristalina. Primer uso 
en materiales fotovoltaicos en 1974. En 1996, el silicio amorfo constituyó más del 
15% de la producción mundial de fotovoltaicos. Pequeños módulos experimentales 
de Si-a superan el 10% de eficiencia, en los módulos comerciales se alcanza un rango 
entre el 5-7%. Usado en productos de consumo, el Si-A es la gran promesa para la 
construcción de sistemas integrados, reemplazando los vidrios tintados con módulos 
semi-transparentes. 
 
2. Telurio de cadmio (CDTE): Una delgada película de material policristalino, depositado 
por electrodeposición. Pequeños laboratorios se han acercado al 16% de eficiencia y 
con un modulo comercial de tamaño (7200-cm2) midieron 8,34% de eficiencia real, y 
producción de módulos de 7%. 
 
3. Diseleniuro de cobre indio (CUINSE2, OR CIS): Una película de material policristalino, 
el cual alcanza una eficiencia de 17.7%, en 1996, con un prototipo modulo de 
potencia alcanza los 10.2%. La dificultad en tomar esta tecnología es la dificultad de 
evitar la formación de defectos durante la deposición que previene la formación de 
capas uniformes.2.2.5. Tipos de paneles en función de la forma. 
También es posible clasificar los tipos de paneles en función de su forma. Empleándose 
cualquiera de los materiales antes comentados se fabrican paneles en distintos formatos para 
adaptarse a una aplicación en concreto o bien para lograr un mayor rendimiento. Algunos 
ejemplos de formas de paneles distintos del plástico plano son: 
4. Paneles con sistemas de concentración: Un ejemplo de ellos es el modelo 
desarrollado por una marca española, el cual mediante una serie de superficies 
reflectantes concentra la luz sobre los paneles fotovoltaicos. Aunque el porcentaje de 
conversión no varié, una misma superficie de panel producirá más electricidad ya que 
recibe una cantidad concentrada de fotones. Actualmente se investiga en sistemas 
que concentran la radiación solar por medio de lentes. La concentración de la luz 
sobre los paneles solares es una de las vías que están desarrollando los fabricantes 
para lograr aumentar la efectividad de las células fotovoltaicas y bajar los costos. 
30
 
 
Fig.20. “Panel solar con reflejantes”. 
 
5. Paneles de formato “teja o baldosa”: Estos paneles son de pequeño tamaño y están 
pensados para combinarse en gran número para así cubrir las grandes superficies que 
ofrecen los tejados de las viviendas. Aptos para cubrir grandes demandas energéticas 
en los que se necesita una elevada superficie de captación. 
 
 
Fig.21. “Panel de formato teja”. 
 
Paneles bifaciales: Basados en un tipo de panel capaz de transformar en electricidad la 
radiación solar que le recibe por cualquiera de sus dos caras. Para aprovechar 
convenientemente esta cualidad se coloca sobre dos superficies blancas que reflejan la 
luz solar hacia el reverso del panel. 
 
 
 
Fig.22. “Panel bifical”. 
 
 31 
 
Como se ha mencionado hay diversos arreglos fotovoltaicos en la actualidad, que van a 
depender tanto en modelos, marcas, costos, diversos materiales, tamaños, duración etc. Entre 
ellos va a ver distintas diferencias obviamente ya mencionadas por mencionar algunas 
diferencias entre los paneles fotovoltaicos se pueden observar en (la tabla 6) Están compuestos 
por celdas fotovoltaicas de silicio monocristalino o policristalino. La diferencia entre una y otra 
radica en el procedimiento de fabricación. Las celdas de silicio monocristalino se obtienen a 
partir de silicio muy puro, que se refunde en un crisol junto con una pequeña proporción de 
boro. Una vez que el material se encuentra en estado líquido se le introduce una varilla con un 
"cristal germen" de silicio, que se va haciendo recrecer con nuevos átomos procedentes del 
líquido, que quedan ordenados siguiendo la estructura del cristal. De esta forma se obtiene un 
monocristal dopado, que luego se corta en obleas de aproximadamente 3 décimas de milímetro 
de grosor, estas obleas se introducen después en hornos especiales, dentro de los cuales se 
difunden átomos de fósforo que se depositan sobre una cara y alcanzan una cierta profundidad 
en su superficie. Posteriormente y antes de realizar la serigrafía para las interconexiones 
superficiales, se recubren con un tratamiento anti reflexivo de bióxido de titanio o zirconio. 
En las celdas policristalinas, en lugar de partir de un monocristal, la pasta de silicio se deja 
solidificar lentamente sobre un molde, con lo cual se obtiene un sólido formado por pequeños 
cristales de silicio, que pueden cortarse luego en finas obleas policristalinas. 
La configuración de un sistema fotovoltaico dependerá de las aplicaciones para las cuales sea 
diseñado, por lo general, los sistemas fotovoltaicos se diseñan para alimentar cargas eléctricas a 
través de un sistema de baterías. Mediante este arreglo, un sistema fotovoltaico es capaz de 
suministrar la energía requerida por la carga, aún cuando no este disponible el sol, que es la 
fuente del suministro eléctrico. Por lo tanto, el sistema FV será capaz de suministrar energía 
eléctrica a la carga las 24 hrs del día. Pero obviamente esto va a depender del material de 
construcción y del trabajo en donde sea empleado sin olvidarnos primordialmente del costo 
 
Los paneles fotovoltaicos aun en días nublados generan electricidad aunque su rendimiento 
disminuye. La producción de electricidad varía linealmente con la luz que incide sobre el panel. 
Por ejemplo, un día totalmente nublado equivale aproximadamente a un 10% de la intensidad 
total del sol, lo que ocasiona que el rendimiento del panel disminuya proporcionalmente a este 
valor. 
Tipo de célula Rendimiento Características 
Monocristalino 15-18%  Cristal único 
 Buen rendimiento 
 Color azul homogéneo 
Policristalino 12-14%  Diferentes cristales elementales 
 Precio inferior al del interior 
 Diferentes tonalidades de azul o Puede ser 
negro 
Amorfo <10%  Capa delgada 
 Células flexibles en forma de laminas 
 Color marrón homogéneo 
 
Tabla 6. “Variantes entre paneles solares”. 
 32 
 
2.2. 6. Rendimiento de un panel fotovoltaico. 
Una placa o célula solar puede operar en un amplio rango de voltajes e intensidades de 
corriente. Esto puede lograrse variando la resistencia de la carga en el circuito eléctrico, por una 
parte, y por la otra variando la irradiación de la célula desde el valor cero (valor de cortocircuito) 
a valores muy altos (circuito abierto) y se puede determinar el punto de potencia máxima 
teórica, es decir, el punto que maximiza “V” y tiempo frente a la “I”, o lo que es lo mismo, la 
carga para la cual la célula puede entregar la máxima potencia eléctrica para un determinado 
nivel de radiación. 
El punto de potencia máxima de un dispositivo fotovoltaico varía con la iluminación incidente. 
Para sistemas bastante grandes se puede justificar un incremento en el precio con la inclusión 
de dispositivos que midan la potencia instantánea por medida continua del voltaje y la 
intensidad de corriente (y de ahí la potencia transferida), y usar esta información para ajustar, 
de manera dinámica, y en tiempo real, la carga para que se transfiera, siempre, la máxima 
potencia posible, a pesar de las variaciones de luz, que se produzcan durante el día. 
La eficiencia de una célula solar (η, "eta"), es el porcentaje de potencia convertida en energía 
eléctrica de la luz solar total absorbida por un panel, cuando una célula solar está conectada a 
un circuito eléctrico. Este término se calcula usando la relación del punto de potencia máxima, 
Pm, dividido entre la luz que llega a la celda irradiante (E, en W/m²), bajo condición estándar de 
prueba (SCR) y el área superficial de la célula solar (Ac en m²). 
 
 
 
La (SCR) especifica una temperatura de 25 ºC y una irradiancia de 1000 W/m² con una masa de 
aire espectral de 1,5 (AM 1,5). Esto corresponde a la irradiación y espectro de la luz solar 
incidente en un día claro sobre una superficie solar inclinada con respecto al sol con un ángulo 
de 41,81º sobre la horizontal. 
Esta condición representa, aproximadamente, la posición del sol de mediodía en los equinoccios 
de primavera y otoño una superficie orientada directamente al sol. De esta manera, bajo estas 
condiciones una célula solar típica de 100 cm2, y de una eficiencia del 12%, aproximadamente, 
se espera que pueda llegar a producir una potencia de 1,2 watts. 
 
 
Otro término para definir la eficacia de una célula solar es el factor de forma (FF), que se define 
como la relación entre el máximo punto de potencia dividido entre el voltaje en circuito 
abierto (VOC) y la corriente en corto-circuito ISC: 
 
 
 
 
http://es.wikipedia.org/wiki/Voltaje
http://es.wikipedia.org/wiki/Intensidad_de_corriente
http://es.wikipedia.org/wiki/Intensidad_de_corriente
33
 
El módulo fotovoltaico es el componente más confiable del sistema. Es la calidad de la 
instalación, especialmente de las interconexiones entre los módulos, la que determina la 
confiabilidad del arreglo fotovoltaico ensu conjunto. Finalmente, la potencia nominal del 
arreglo es la suma de la potencia nominal de cada módulo. 
La intensidad de corriente que genera el panel aumenta con la radiación, permaneciendo el 
voltaje aproximadamente constante. En este sentido tiene mucha importancia la colocación de 
los paneles (su orientación e inclinación respecto a la horizontal), ya que los valores de la 
radiación varían a lo largo del día en función de la inclinación del sol respecto al horizonte. 
El aumento de temperatura en las células supone un incremento en la corriente, pero al mismo 
tiempo una disminución mucho mayor, en proporción de la tensión. El efecto global es que la 
potencia del panel disminuye al aumentar la temperatura de trabajo del mismo. Una radiación 
de 1.000 W/m2 es capaz de calentar un panel unos 30 grados por encima de la temperatura del 
aire circundante, lo que reduce la tensión en 2 mV/ (célula x grado) X 36 células X 30 grados = 
2,16 volts y por tanto la potencia en un 15%. Por ello es importante colocar los paneles en un 
lugar en el que estén bien aireados. 
 
 
 
 
Fig. 23. “Variación de intensidad y tensión con la radiación y la temperatura según potencia nominal” 
 
 
 
 
34
 
2.2. 7. Sistemas de seguimiento solar 
En los sistemas solares fotovoltaicos existe la posibilidad de emplear elementos seguidores del 
movimiento Solar que favorezcan y aumenten la captación de la radiación solar. 
Existen tres tipos de soporte para los colectores solares: 
1.-Colocación sobre soporte estático: soporte sencillo sin movimiento, dependiendo de la 
latitud de la instalación y de la aplicación que se quiera dar se dotan a los paneles de la 
inclinación más adecuada para captar la mayor radiación solar posible. Es el sistema más 
habitual que se encuentra en las instalaciones. 
Los soportes estáticos consisten en colocar dichos paneles sobre soportes metálicos anclados a 
la superficie asignada, su orientación es el sur y su inclinación corresponde a la de la latitud del 
lugar, pero es de tener en cuenta la variación estacional que se produce, con signo positivo en 
invierno y signo positivo en verano, lo que altera aunque no sustancialmente, el rendimiento 
energético de los paneles fotovoltaicos. 
Esta es una de las soluciones económicas que se emplean en la mayoría de las instalaciones 
fotovoltaicas de tamaño pequeño y mediano, en las que es más favorable económicamente 
sobredimensionar el tamaño de los módulos fotovoltaicos a emplear que incorporar 
mecanismos de seguimiento solar. 
 
 
Fig. 24. “Variantes de soportes estáticos de los paneles solares”. 
35
 
2.-Sistemas de seguimiento solar de 1 eje: estos soportes realizan un cierto seguimiento solar. 
La rotación del soporte se hace por medio de un solo eje, ya sea horizontal, vertical u oblicuo. 
Sin embargo, este sistema es incompleto ya que sólo podrá seguir o la elevación o el azimut del 
sol, pero no ambas a la vez. 
 
 
Fig. 25. “Panel con seguidor solar de un solo eje”. 
 
3.- Sistemas de seguimiento solar de 2 ejes: con este sistema ya es posible realizar un 
seguimiento total del sol en elevación y en azimut y siempre se conseguirá que la radiación solar 
incida perpendicularmente obteniéndose la mayor captación posible. Existen tres sistemas 
categorías de regulación del seguimiento del sol por dos ejes: 
36
 
a).-Sistemas mecánicos: el seguimiento se realiza por medio de un motor y de un sistema de 
engranajes. Dado que la inclinación del sol varía a lo largo del año es necesario realizar ajustes 
periódicos, para adaptar el movimiento del soporte. 
 
 
Fig. 26. “Panel con seguimiento solar sobre 2 ejes”. 
b).-Mediante dispositivos de ajuste automático: el ajuste se realiza por medio de sensores que 
detectan cuando la radiación no incide perpendicular al panel corrigiéndose la posición por 
medio de motores. 
c).- Dispositivos sin motor: sistemas que mediante la dilatación de determinados gases, su 
evaporación y el juego de equilibrios logran un seguimiento del sol. 
 37 
 
Para este sistema el movimiento es de Este a Oeste sobre un eje que puede girar más de 180° 
(seguimiento azimutal) y un segundo eje con movimiento desde su posición horizontal 90° 
(elevación) hasta los 10° de su vertical. Se estima que con estos sistemas se puede lograr un 
aumento de entre el 20% y el 30% de la energía captada. Se hace necesario evaluar el costo del 
sistema de seguimiento y la ganancia derivada del aumento de la energía para determinar su 
rentabilidad. 
2.2.8 .Baterías para los sistemas fotovoltaicos. 
La batería almacena la energía eléctrica generada por los módulos durante los periodos del sol. 
En este caso las baterías se utilizaran durante las noches o periodos nublados, el intervalo que 
incluye un periodo de carga y uno de descarga, recibe el nombre de ciclo. Idealmente las 
baterías se recargan al 100% de su capacidad durante el periodo de carga de cada ciclo. Si existe 
un controlador las baterías no se descargaran totalmente durante el ciclo, de igual manera no 
corren el peligro de sobrecargarse durante periodos de poco uso. 
La capacidad de Amperios-hora (A-h) es simplemente el número de A que la batería puede 
descargar, multiplicado por el número de horas en que se entrega dicha corriente. Este 
parámetro determina cuanto tiempo el sistema puede operar una carga determinada sin que 
haya necesidad de recarga. En teoría una batería de 200 A-h podría entregar 200 A durante una 
hora, 100 A durante 2 horas, 1 A durante 200 horas y así sucesivamente. Sin embargo, en 
realidad este no es el caso ya que en las baterías siempre se debe especificar el régimen en 
horas. Si la batería es cargada y descargada a una razón diferente a la especificada en el 
régimen, la capacidad en A-h puede variar. Generalmente, si la batería se descarga a una razón 
menor, entonces la capacidad será ligeramente menor. Por ejemplo, una batería que está 
diseñada con una capacidad de 100 A-h a un régimen de 8 horas puede descargar 12, 5 A 
durante 8 horas (C=12,5 x 8=100 A-h), mientras que si la misma batería se descarga a un 
régimen de 20m horas podría proporcionar 5,8 A durante 20 horas (C=5,8 x 20=116 A-h). 
 Las baterías para aplicación en instalaciones fotovoltaicas, deben reunir ciertas especificaciones 
muy concretas de capacidad, ciclos de carga/descarga/autodescarga, diferentes a otros usos, lo 
que a determinado su elección hacia las de plomo-acido, las cuales están compuestas por 2 
electrodos inmersos en un electrolito de acido sulfúrico diluido en agua. Tal electrolito puede 
estar en el recipiente en las formas de líquido gel. Como se muestra en (la Fig. 27) Que muestra 
la disposición básica de un vaso o célula, de cuyo número en el acumulador depende del voltaje 
de salida a obtener, tal como se ha indicado. 
Vaso elemental de plomo-ácido cargado. 
 
ÁNADO CÁTADO
Fig. 27. “Estado del electrólito: alta densidad”. 
ÁNODO 
 38 
 
Los dos electrodos, que constituyen la salida de corriente del acumulador, son uno de bióxido de 
plomo para el ánodo, que corresponde al de la polaridad positiva, y el otro de plomo para el 
cátodo con polaridad negativa. 
La carga de energía eléctrica se produce por aplicación directa o indirecta (regulador de carga) 
del generador fotovoltaico o similar, o bien mediante el denominado cargador de baterías 
conectado a la red eléctrica. 
Durante ese proceso, se forma oxido de plomo en el ánodo y plomo en estado puro en el 
cátodo, y se libera acido sulfúrico al electrolito, con lo que se aumenta la concentración en 
orden creciente hasta la carga total. Una aplicación práctica de este proceso es que, midiendo la 
concentración de acido se puede determinar el estado de la carga, operación que requiere el 
empleo de un instrumento denominado densímetro. La carga describe una curva que representa 
la tensión obtenida cuyo valor es de 2 V, por vaso o elemento,con el estado de la carga dado en 
porcentaje. Tal curva corresponde a un parámetro específico de cada fabricante aunque las 
diferencias no son notables. 
La corriente de carga debe ser controlada para evitar el deterioro prematuro de la batería. Si 
estando la carga próxima al 100% se mantiene la corriente, se produce gasificación por exceso 
de oxigeno y los separadores de las celdas, se oxidan, independientemente de otros efectos 
perjudiciales. Por tal motivo, es preciso reducir al mínimo la gasificación del electrolito, que se 
consigue reduciendo la corriente de carga. En la práctica se aplica una tensión de carga de 2 a 
38V, por vaso a una temperatura de 25°C, proporcionando así una aceptable nivel de 
gasificación. En cuanto a la descarga atreves de circuitos a alimentar, esta situación da lugar a la 
formación de sulfato de plomo, en ambos electrodos y se absorbe acido sulfúrico del electrolito, 
tal como se muestra: 
 Vaso de plomo-ácido descargado. 
 
 
En conjunto, el proceso de carga/descarga libera gases formados por hidrogeno y oxigeno, lo 
que da lugar a la necesidad de ventilar el habitáculo de las baterías. Si bien la mayoría de las 
baterías empleadas en las instalaciones fotovoltaicas son de tipo plomo-acido, la industria 
fabricante proporciona diferentes modelos constructivos con esa tecnología para adaptarse a 
otras situaciones, especialmente en lo relativo al grado de gasificación y de protección ante 
roturas del envase. 
ÁNADO CÁTADO
Fig. 28. “Estado del electrólito: baja densidad”. 
ÁNODO 
 39 
 
 
Tabla 7. “Tipos de baterías”. 
 
Las aplicaciones de la betería están determinadas por la carga, conectadas a la dicha batería. 
Una vez que la carga de batería está establecida el nivel de capacidad Amper-horas (A-h) se 
puede determinar por 2 métodos: 
1.- Calculando la corriente que se consume 
2.- Mediante la lectura de la capacidad de la lectura de la capacidad de la batería. Por 
ejemplo una batería con un consumo de 25 A. que opera a 25°C, tiene 
aproximadamente una capacidad nominal de 80 A-h. 
La profundidad del desgaste diario no debe exceder el 15% de del nivel de la capacidad de A-h 
de la batería para una vida prolongada. 
La batería debe de obtener un mínimo de 50% de la duración de carga durante las peores 
condiciones de operación debido al clima. 
Se pueden usar para obtener condiciones correctas de funcionamiento en paralelo para 
aumentar los A-h y en serie para aumentar el voltaje. 
El mejor funcionamiento se consigue entre las temperaturas de 5 °C a 35 °C. 
Tipo de batería Descripción 
 
Ácido abiertas 
Corresponden estas baterías al modelo básico con los 
tapones de rellenado para agua destilada, lo que 
constituye su característica diferenciadora. 
 
 
Ácido selladas (herméticas) 
Corresponde a las denominadas baterías estacionarias, 
sin mantenimiento (no es posible rellenarlas con agua 
destilada). 
Producen poco oxigeno, por lo que se emplean en 
habitáculos cerrados. 
Estas baterías pueden tener una vida mas corta por lo 
de la imposibilidad del mantenimiento. 
 
Gel selladas (herméticas) 
Baterías igualmente sin mantenimiento, en las que el 
ácido se ha gelificado, conforme a su denominación, 
para evitar el derrame del acido sulfúrico en caso de 
rotura del envase. 
 
 
AGM selladas (herméticas) 
Baterías sin mantenimiento en las que el gel esta en 
forma de masas esponjosas, incorpora una válvula de 
protección. 
Estas baterías reciben la denominación de VRLA (Valve 
Regulated Lead Acid o Baterías de plomo ácido con 
vulva de regulación). 
Su principal característica es qué presenta una vida 
larga. 
40
 
Una excelente protección contra congelación del electrolito está asegurada, hasta para estados 
de carga muy bajos. Un ejempló seria tener una batería al 25% no se congelara antes de 
aproximadamente -10%. 
El voltaje de carga es de 15.5 volts a 27% por cada grado centígrado de incremento o 
disminución, suba o baje el voltaje 33mV. 
La batería cale solar puede ser probada para propósitos generales de diagnóstico por una 
revisión visual de hidrómetro integrado. Una marca verde indica que la batería tiene un nivel de 
carga de 80% o más, que es lo recomendable para la vida óptima de la batería el hidrómetro 
oscuro indica una batería defectuosa. Por lo tanto una batería debe ser cargada antes de 
probarse, si es necesario la batería debe ser cargada por un equipo y método convencional. El 
hidrómetro claro indica que hay un nivel de electrolito demasiado bajo y que la batería debe ser 
remplazada. 
 
 
Fig. 29. “Pruebas realizadas a una batería cale solar”. 
 
 
 
 
41
 
Características físicas y de operación. 
Voltaje de operación 12/16 Volts 
Capacidad 105 A=h mínimo, 115 A=h máximo 
(100 horas de descarga 25°) 
Mantenimiento libre 
Dimensiones Altura 23,7 cm 
Ancho 17,2 cm 
Longitud 33,0 cm 
Vida útil 5,5 años (descarga diaria 10¨%) 
Ciclos de carga 2000 ciclos (10% de descarga) 
 
 
 
Fig. 30. “Se observa que la marca verde indica que la batería tiene un nivel de carga de 80% o más, que es lo 
recomendable para la vida óptima de la batería el hidrómetro oscuro indica una batería defectuosa. Cuando el 
hidrómetro es de color claro indica que hay un nivel de electrolito demasiado bajo y que la batería debe ser 
remplazada”. 
 
 
 
 
´ 
42
 
2.2.9. Controlador o regulador de carga. 
La conexión directa de los paneles solares o módulos fotovoltaicos a las baterías y estas a su vez 
unidas de modo directo, con los dispositivos a alimentar, podría dar lugar a ciclos de carga y 
sobrecarga, diferentes a los requeridos por esas, lo que supondría su deterioro prematuro. 
La sobrecarga de las baterías puede ser provocada por la disminución o anulación del consumo, 
lo que supone el aumento de la tensión proporcionada por los dispositivos generadores, los 
paneles fotovoltaicos, y la sobrecarga; por el efecto contrario, como consecuencia de un 
incremento notable del consumo eléctrico. 
En pocas palabras el controlador de carga protege las baterías. Si no utilizas un controlador de 
carga las baterías pueden sufrir daños irreparables. Sirve fundamentalmente para preservar los 
acumuladores de un exceso de carga por el generador fotovoltaico y de la descarga por el 
exceso de uso. Ambas condiciones son nocivas para la correcta funcionalidad y duración de los 
acumuladores. 
El controlador de carga bloquea la corriente de los paneles solares cuando las baterías están 
totalmente cargadas, evitando así la sobrecarga. Si sobrecargas una batería de manera excesiva 
constantemente, el electrolito se gasificará y las placas se dañarán de forma irreversible. 
Ya que normalmente, la potencia requerida por el usuario no es proporcional a la radiación solar 
(y, por consiguiente, a la producción eléctrica de un sistema fotovoltaico), una parte de la 
energía producida por el campo fotovoltaico tiene que ser almacenada para poder ser 
reutilizada cuando el usuario la necesite. 
 
 
 Fig. 31. “Controlador de carga”. 
Se puede decir que la energía suministrada es el consumo que procede directamente de la 
batería, la cual carga el regulador con su régimen necesario, tal como se ha indicado. 
Existe una amplia variedad de reguladores de carga desde los sencillos y económicos a los 
complejos con múltiples funciones, entre las que se pueden destacar la aportación de datos de 
situaciones mediante pantalla local o transferencia a un puerto serie para un sistema 
informático. 
43
 
Sus funciones más notables son las siguientes: 
1.-Estado de batería: indicación de la tensión de la batería y su estado, tal como la carga, 
situación de flotación, etc. 
2.-Corriente: indicación del valor de la corriente generada por los paneles o la resultante entre 
generación y consumo 
 
Fig. 32. “Conexión del regulador entre el