IMPLEMENTACIAÔÇN-DE-PANELES-SOLARES-EN-CASA

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL 
 
 
 
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA 
MECÁNICA Y ELÉCTRICA 
 
 
 
IMPLEMENTACIÓN DE PANELES SOLARES EN CASA 
HABITACIÓN 
 
 
T E S I S 
 
 
 
 QUE PARA OBTENER EL TITULO DE 
INGENIERO ELECTRICISTA 
 
 
P R E S E N T A: 
JONATHAN MARTÍNEZ BORGES 
 
 
 
 
ASESORES: 
 
ING. JOSÉ LUIS DELGADO MENDOZA 
ING. EVERARDO LÓPEZ SIERRA 
México D.F., 4 de Diciembre de 2013 
 
 
 
DEDICATORIA 
 
A ti Madre pilar de la familia, principal apoyo y motivación de todo este esfuerzo que 
hemos realizado juntos desde el momento que decidimos que me realizara 
profesionalmente, permitiera desarrollarme, crecer y tener algo que tal vez a ti te falto, 
pero que hoy se ve recompensado con el cumplimiento de este sueño en el que ambos 
estamos y debemos sentirnos orgullosos porque ambos conseguimos llegar a cumplir este 
sueño. 
 
A ti hermana por tu compañía y apoyo en los momentos que hemos enfrentado problemas 
pero que a pesar de ellos siempre hemos mantenido nuestra hermandad y amistad, por ser 
mi confidente, brindarme tus palabras de aliento y tus sabios consejos que en muchas 
ocasiones me han ayudado mucho, pero sobre todo gracias por ser la persona que eres. 
 
A ti Padre por el apoyo que me has brindado porque a pesar de los errores cometidos de 
alguna u otra forma has demostrado el interés por ver mi superación y en este logro 
también eres parte importante de él. 
 
 
 
AGRADECIMIENTOS 
A Dios, por cada una de sus bendiciones, por el gran regalo de la vida, por haberme 
permitido llegar hasta donde ahora estoy y cumplido uno de mis sueños y anhelos, pero 
sobre todo por protegerme, acompañarme y darme la capacidad para elegir lo mejor para 
mí. 
A mis padres por todo el apoyo que he obtenido, por haberme acompañado y estado para 
mí en todo este recorrido para convertirme en el profesionista que ahora soy, además 
agradezco por todo su esfuerzo y consejos para convertirme en una mejor persona, en 
especial a ti Madre por ser la mejor mamá del mundo y que se que en todo momento puedo 
contar con tu apoyo. 
A mi familia por su gran apoyo en los momentos difíciles y que siempre hemos contado con 
todos ustedes. 
A mis amigos y compañeros por todos los momentos de alegría y diversión que pasamos, 
porque sin todos ustedes la vida estudiantil hubiera diferente. 
A mis maestros por su convicción para ser mejores profesionistas e intentar buscar un 
mejor futuro para nosotros, porque a través de sus conocimientos y anécdotas nos han 
permitido aprender y crecer tanto como persona como profesionistas, es especial a todos 
ellos que me impartieron clases; entre ellos el Ing. José Luis Delgado Mendoza, Ing. 
Everardo López Sierra y el Ing. Guillermo Taboada Reyes que con su apoyo se pudo 
realizar este trabajo. 
Así mismo agradezco a todas aquellas personas que en algún momento de mi vida fueron 
parte importante de ella y que forjaron de alguna manera a ser la persona que ahora soy. 
C.C.M.B. 
 
 
 
 
ÍNDICE 
RESUMEN ............................................................................................................... I 
ABSTRACT ............................................................................................................. II 
INTRODUCCIÓN ................................................................................................... III 
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA .................................................................... IV 
OBJETIVO GENERAL ............................................................................................ V 
OBJETIVOS ESPECIFICOS ................................................................................ V 
JUSTIFICACIÓN .................................................................................................... VI 
CAPÍTULO 1 ENERGÍA SOLAR ............................................................... 1 
1.1 Energía solar fotovoltaica ............................................................................... 2 
1.1.1 Interacción Sol- Tierra ............................................................................. 2 
1.1.2 Irradiancia e insolación ............................................................................ 4 
1.1.3 Factores que afectan el recurso solar ...................................................... 6 
1.2 Montaje optimo de paneles solares ................................................................ 7 
1.3 Radiación solar en México ............................................................................. 9 
1.4 Distribución del recurso solar en la región de Tula ...................................... 10 
1.4.1 Horas solares pico en la región de Tula ................................................. 12 
1.4.2 Días de autonomía en la región de Tula ................................................ 12 
CAPÍTULO 2 CELDAS Y PANELES SOLARES ................................... 13 
2.1 Efecto fotovoltaico ........................................................................................ 14 
2.2 Celda fotovoltaica ......................................................................................... 14 
2.2.1 Componentes de celda fotovoltaica ....................................................... 15 
2.2.2 Principio de funcionamiento de una celda fotovoltaica .......................... 16 
2.2.3 Tipos de celdas fotovoltaicas ................................................................. 17 
2.3 Panel solar .................................................................................................. 18 
2.3.1 Símbolo de un panel solar .................................................................. 19 
2.3.2 Características eléctricas de un panel solar .......................................... 19 
2.3.3 Curva característica I-V de un panel solar ............................................. 20 
2.3.4 Efectos ambientales sobre los paneles solares ..................................... 21 
2.3.5 Eficiencia del panel solar ....................................................................... 22 
 
 
CAPÍTULO 3 SISTEMA FOTOVOLTAICO .............................................. 23 
3.1 Clasificación de los sistemas fotovoltaicos ................................................. 24 
3.2 Subsistema de captación: Arreglo fotovoltaico ........................................... 26 
3.2.1 Asociación serie y paralelo de paneles solares ..................................... 26 
3.2.2 Diodos de bloqueo y bypass de paneles solares ................................... 28 
3.3 Subsistema de almacenamiento: Baterías .................................................. 30 
3.3.1 Capacidad de las baterías ..................................................................... 30 
3.3.2 Vida útil de las baterías .......................................................................... 31 
3.3.3 Estado de carga y profundidad de descarga de las baterías ................. 32 
3.3.4 Tipos de baterías ................................................................................... 33 
3.3.5 Asociación serie-paralelo de las baterías .............................................. 36 
3.4 Subsistema de regulación: Reguladores ..................................................... 38 
3.4.1 Principio de funcionamiento de los reguladores .................................... 39 
3.4.2 Tipos de reguladores ............................................................................. 40 
3.5 Subsistema de adaptación: Convertidores .................................................. 41 
3.5.1 Principio de funcionamiento de los inversores ....................................... 42 
3.5.2 Inversor monofásico en puente con modulación de onda cuadrada ...... 42 
3.5.3 Modulación por cancelación de tensión ................................................. 44 
3.5.4 Modulación por ancho de pulso .............................................................45 
3.5.5 Tipos de inversores comerciales............................................................ 46 
3.6 Cableado eléctrico en la instalación fotovoltaica .......................................... 47 
3.6.1 Ampacidad de los conductores .............................................................. 48 
3.6.2 Puesta a tierra del sistema fotovoltaico ................................................. 49 
3.6.3 Conductor del electrodo de tierra ........................................................... 49 
3.6.4 Puesta a tierra de los reguladores de carga .......................................... 49 
3.6.5 Puesta a tierra de equipos en corriente directa ..................................... 50 
3.6.6 Puesta a tierra en equipos de corriente alterna ..................................... 50 
3.6.7 Electrodo de tierra.................................................................................. 50 
3.7 Protecciones eléctricas en la instalación fotovoltaica ................................... 51 
3.7.1 Protección de la instalación fotovoltaica de corriente directa ................. 51 
3.7.2 Protección de la instalación fotovoltaica de corriente alterna ................ 51 
 
 
3.7.3 Protección contra sobrecorriente ........................................................... 52 
3.7.4 Fusibles limitadores ............................................................................... 52 
3.7.5 Capacidad de los limitadores de corriente ............................................. 53 
3.8 Medios de desconexión ............................................................................... 55 
3.8.1 Desconectador del campo fotovoltaico .................................................. 55 
3.8.2 Desconexión del equipo ......................................................................... 56 
3.8.3 Desconexión de la batería ..................................................................... 56 
CAPÍTULO 4 ANÁLISIS SISTEMA FOTOVOLTAICO VS. 
SISTEMA ELÉCTRICO TRADICIONAL ................................................................ 56 
4.1 Estimación de consumo de energía eléctrica en casa habitación ................ 57 
4.2 Elección de los elementos para el sistema fotovoltaico ............................... 61 
4.3 Dimensionado del sistema fotovoltaico aislado en casa habitación ............. 64 
4.3.1 Cálculo de perdidas ............................................................................... 64 
4.3.2 Cálculo de número de paneles solares .................................................. 65 
4.3.3 Cálculo de número de baterías .............................................................. 68 
4.3.4 Elección del regulador ........................................................................... 70 
4.3.5 Elección del convertidor ......................................................................... 71 
4.3.6 Diseño de instalación del sistema fotovoltaico a implementar ............... 71 
4.4 Sistema eléctrico tradicional ........................................................................ 76 
4.4.1 Consumo de energía eléctrica en casa habitación ................................ 76 
4.5 Análisis costo-beneficio ................................................................................ 83 
4.6 Propuesta de factibilidad económica para el sistema fotovoltaico ............... 86 
CAPITULO 5 RED PLC EN CASA HABITACIÓN ............................. 90 
5.1 Red PLC ...................................................................................................... 91 
5.1.1 Funcionamiento de la tecnología PLC ................................................... 92 
5.1.2 Modulaciones PLC ................................................................................. 94 
5.1.3 Protocolos de comunicación PLC .......................................................... 95 
5.1.4 Normas internacionales de regulación PLC ........................................... 96 
5.2 Implementación de PLC en casa ................................................................. 98 
5.2.1 Tecnologías de redes domesticas para PLC ....................................... 102 
 
 
5.3 Análisis de implementación de un sistema PLC con un sistema fotovoltaico
 ......................................................................................................................... 109 
CONCLUSIONES ................................................................................................ 113 
RECOMENDACIONES ....................................................................................... 115 
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................... 116 
ANEXOS ............................................................................................................. 113 
GLOSARIO DE TERMINOS ................................................................................ 127 
 
 
 
RESUMEN 
 
El objetivo de esta tesis es presentar la posibilidad de implementar un sistema 
fotovoltaico aislado de una vivienda situada en la región de Tula, en el Estado de 
Hidalgo, en conjunto con un sistema de comunicaciones por línea eléctrica (PLC) 
como una propuesta para optimizar el sistema general, y obtener una línea base 
para los proyectos de desarrollo sostenible de la región. Se investigó la viabilidad 
que representa la ubicación de la zona de estudio mediante el análisis de la 
energía solar y algunos datos específicos de radiación solar que dan la base para 
el dimensionamiento de cada uno de los dispositivos que forman parte del sistema 
fotovoltaico aislado, así como algunas de las características generales de estos. 
Todo esto se logró sin hacer primero una descripción del método para generar 
electricidad a través de paneles solares y el funcionamiento de cada dispositivo, 
como paneles solares, reguladores, baterías y convertidores, también se realizo 
de un análisis comparativo entre la inversión que representaría la aplicación de un 
sistema fotovoltaico aislado y el costo estimado que resultaría de tener las mismas 
condiciones de consumo de energía de un hogar con la tarifa de consumo 
eléctrico tradicional establecida. También se describe el método de 
funcionamiento de un sistema de comunicación por línea eléctrica y a través de 
referencias de estudios anteriores se muestra un análisis de los beneficios que 
representaría su uso con el sistema fotovoltaico aislado, este último como una 
propuesta de optimización de un sistema fotovoltaico y las cargas requeridas en 
una vivienda con características de consumo eléctrico estimadas para la región de 
Tula. 
 
 
I 
 
 
 
ABSTRACT 
The purpose of this thesis is submit the possibility of implementing an isolated 
photovoltaic system for a home located in the Tula region, State of Hidalgo in 
conjunction with a system of power line communication (PLC) like a proposed to 
optimize the general system, and get a baseline for sustainable development 
projects for the region. It was investigated the feasibility representing the location 
of the study area by analyzing the solar power and some specific solar radiation 
data which give the basis for sizing each of the devices that form part of the 
isolated photovoltaic system as well as some general features of these . All this 
was achieved without first making a description of the method to generate 
electricity through solar panels and the operation of each device like solar panels, 
controllers, batteries and converters, also conducting a comparative analysis 
between the investment that would represent implementing an isolated 
photovoltaic system and the estimated cost that would result to have the same 
conditions of power consumption of a home with the traditional electric 
consumption rate. It also describes the method of operation of a power linecommunication system and through from referrals previous studies shows an 
analysis of benefits that would represent their use with isolated photovoltaic 
system, the latter like a proposal of optimization of a photovoltaic system and theirs 
loads required in a home with characteristics of power consumption estimated for 
the region of Tula. 
II 
 
 
 
INTRODUCCIÓN 
Las fuentes de energía alternativa se han vuelto una solución viable y necesaria 
para prevenir las consecuencias que trae consigo el cambio climático, ya que 
actualmente se tienen resultados de este fenómeno como los altos niveles de 
temperatura y lluvias atípicas, y es un problema que a la mayoría de la población 
afecta. Por ello la necesidad desarrollar e instrumentar proyectos, tales como la 
generación de energía eléctrica a través de fuentes renovables (eólica, biomasa, 
hidráulica, solar) resultando como objetivo la tarea de reducir las emisiones de 
gases de efecto invernadero, en especifico de sectores estratégicos en los que 
existen beneficios importantes como la eficiencia energética, la competitividad 
industrial y el cuidado al medio ambiente. El caso que pretende abordar esta tesis 
es el de la región de Tula perteneciente al estado de Hidalgo; ya que para el país y 
específicamente para la región centro se ha convertido en un punto industrial 
estratégico importante en materia energética, pero que desde la inclusión de 
parques industriales y las ya existentes industrias como la Central Termoeléctrica 
Francisco Pérez Ríos y la refinería Miguel Hidalgo, la contaminación atmosférica 
se convirtió en un problema que ha ido en aumento, además de la proyección de 
incremento poblacional de algunos estudios realizados en la región, que 
ocasionaran una mayor demanda de servicios como el de energía eléctrica, han 
hecho necesario proponer ideas que permitan tener un desarrollo sostenible para 
esta zona. Por ello se pretende evaluar la factibilidad que se tiene al implementar 
un sistema fotovoltaico aislado en casa habitación en conjunto con un sistema de 
optimización de cargas para nuevos desarrollos habitacionales, considerando 
aspectos técnicos y económicos. Por principio se contemplara un estudio general 
de radiación solar de acuerdo a la zona geográfica de la región de Tula ya que 
determinara un factor importante para la implementación del sistema fotovoltaico, 
por consiguiente se procederá a un análisis de cada uno de los subsistemas 
(captación, almacenamiento, regulación-conversión y de distribución), para 
después realizar un análisis comparativo con un sistema eléctrico tradicional y al 
final proponer la optimización de cargas mediante un sistema PLC (sistema de 
comunicación por línea de potencia). 
III 
 
 
 
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 
En la actualidad el consumo de energía eléctrica generada de forma convencional 
y que empresas como Comisión Federal de Electricidad (CFE) proporciona es tan 
común que por ello es difícil pensar que la generación eléctrica por medio de 
energías alternativas no tendrá la misma eficiencia. Sin embargo, existen pruebas 
suficientes de lo que provocan las actuales formas de generar energía eléctrica, 
por ejemplo una termoeléctrica llega a generar en promedio 0.85 kg/kW de dióxido 
de carbono (CO2) utilizado para la generación de energía eléctrica, aunado a esto 
ciertas regiones concentran parques industriales que aportan niveles mayores de 
contaminantes al medio ambiente; estas causas permiten que las energías 
alternativas de manera indirecta se conviertan en una posible solución para su uso 
en casa habitación. Un caso con estos problemas es la región de Tula, que tienen 
industrias como de generación de energía, refinación de petróleo entre otras, que 
provocan niveles de contaminación elevados, según una publicación del diario 
Milenio en 2011 la Secretaria de Medio Ambiente y Recursos Naturales 
(SEMARNAT) entre otras publicaciones declaran que el corredor industrial de Tula 
genera 99 por ciento de las emisiones contaminantes del estado de Hidalgo, al 
producir al año aproximadamente 682 millones de toneladas de sustancias 
tóxicas; al problema de contaminación se une el de crecimiento poblacional que se 
estima tendrá en los próximos años la región que de acuerdo un estudio hecho en 
2010 del Consejo Nacional de Población (CONAPO), la región crecerá 5% en 
comparación con la población actual, lo que conllevara a una mayor demanda de 
energía eléctrica tanto por la edificación de una nueva refinería como la 
construcción de nuevos desarrollos habitacionales. Por ello una alternativa para 
reducir el problema de contaminación es aprovechar una fuente inagotable de 
energía como la del sol mediante la implementación de un sistema fotovoltaico 
aislado instalado en casa habitación, además de complementarlo con un sistema 
de optimización de cargas que permita reducir más el consumo eléctrico. 
¿Implementando un sistema fotovoltaico y de optimización en casa habitación se 
obtendrá un ahorro de energía eléctrica y disminución de emisiones 
contaminantes al ambiente en la región de Tula? 
IV 
 
 
 
OBJETIVO GENERAL 
 
 Evaluar la factibilidad para la implementación de un sistema fotovoltaico 
aislado y de optimización de carga eléctrica en casa habitación con un 
consumo eléctrico promedio considerando aspectos técnicos y económicos 
que permitan el ahorro de energía eléctrica y reducir las emisiones 
contaminantes al medio ambiente de la región de Tula, Hidalgo. 
 
OBJETIVOS ESPECIFICOS 
 
 Determinar los factores de radiación y potencial solar que permiten la 
implementación de un sistema fotovoltaico en la región de Tula. 
 
 Conocer el principio de funcionamiento fotovoltaico así como de cada 
subsistema que compone al sistema fotovoltaico aislado para casa 
habitación. 
 
 Realizar una comparación de un sistema fotovoltaico con un sistema 
eléctrico tradicional. 
 
 Investigar y proponer un sistema de optimización para las cargas eléctricas 
de una casa habitación en conjunto con los sistemas fotovoltaicos. 
 
 
 
 
V 
 
 
 
JUSTIFICACIÓN 
 
Las principales ventajas que ofrece un sistema fotovoltaico son las siguientes: 
• En muchos casos reduce la dependencia energética de la compañía 
suministradora y por ende se reducen las emisiones contaminantes de las 
industrias generadoras como el de las termoeléctricas. 
• La energía solar es una fuente de energía limpia, libre y sin costo alguno. 
• Tienen un riesgo de falla y mantenimiento bajo. 
• Su instalación a base de módulos permite aumentar o distribuir la potencia 
eléctrica generada según se requiera. 
• Es una tecnología de rápido desarrollo que tiende a reducir sus costos. 
• En instalaciones conectadas a la red se pueden obtener subvenciones. 
La región de Tula por ejemplo, su situación geográfica y la gran franja horaria de 
luz solar para la utilización de este tipo de energía alternativa es un factor 
preponderante que permite la implementación de estos sistemas en la región, ya 
que registros de la NASA (Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio) 
en su programa Surface Meteorology and Solar Energy (Meteorología de la 
Superficie y Energía Solar), la región cuenta al año con un promedio de 5.6 
kWh/m2 al día horizontalmente y si se implementa un sistema fotovoltaico para 
una demanda promedio estimada de 2.4 kWh para casa habitación se proyectaría 
tener un ahorro aproximado del 80% de la demanda eléctrica, esto sin considerar 
el ahorro que permitiría en conjunto con un sistema de optimización de carga 
eléctrica que aumentaría el tiempo de vida del subsistema de captación del 
sistema fotovoltaico. 
Además de que este tipo de tecnologías también denominadas energías verdes 
representarían un parte aguas en la utilización de este tipo de sistemas en casa 
habitación para desarrollos habitacionales del estado y la región, asemejando lo 
realizadoen otros países que ya utilizan estos sistemas para el ahorro de energía 
eléctrica. 
VI 
 
 
 
 
 
 
CAPÍTULO 1 
ENERGÍA SOLAR 
 
 
 
 
 
 
1.1 Energía solar fotovoltaica 
La energía solar es la energía obtenida a partir del aprovechamiento de la radiación 
electromagnética procedente del Sol, es entonces que la energía solar fotovoltaica 
transforma en electricidad la radiación procedente del Sol por medio de celdas 
fotovoltaicas y que forman parte de paneles solares. 
 
1.1.1 Interacción Sol- Tierra 
El Sol es una estrella formada casi en su totalidad de hidrogeno y una pequeña 
proporción de helio, en la que se desarrolla una gran cantidad de energía, su 
radiación es de 6.35*107 W/m2, pero esta radiación no es en su totalidad la que llega 
a la Tierra ya que existen factores que determinan los niveles de radiación, entre 
esos factores tenemos que la radiación solar es aleatoria , lo que hace complicado 
determinarla de manera exacta o definitiva, además del movimiento relativo Sol-
Tierra respecto a un punto en la superficie terrestre. 
La Tierra órbita alrededor del Sol con dos movimientos diferentes que lleva a cabo al 
mismo tiempo. 
Movimiento de traslación: La Tierra se traslada alrededor del sol siguiendo 
aproximadamente una trayectoria elíptica de pequeña excentricidad. El plano que 
contiene la trayectoria de traslación de la Tierra se conoce como plano de la elíptica. 
Movimiento de rotación: La Tierra gira sobre sí misma alrededor de un eje 
denominado eje polar o de rotación terrestre, el cual mantiene una dirección 
aproximadamente constante formando un ángulo de 23.45º con el plano de la 
elíptica. 
La figura 1.1 se muestra a la Tierra orbitando alrededor del sol con dos movimientos 
diferentes que lleva a cabo al mismo tiempo. 
2 
 
 
 
Figura 1.1 Movimiento de la Tierra respecto al Sol 
 
Debido a la oblicuidad de la elíptica, el ángulo formado por el plano ecuatorial de la 
Tierra con la elíptica, es decir, la recta que une los centros de la Tierra y el Sol está 
cambiando permanentemente entre +23.45º y -23.45º. Este ángulo se conoce como 
declinación solar (δ). 
La declinación solar se anula en los equinoccios de primavera (22/23 sept.) y de 
otoño (20/21 marzo), en estos días el Sol se encuentra en el ecuador, y la duración 
de día es igual a la de la noche en toda la Tierra, además, las posiciones de salida y 
de puesta del sol coinciden con el este y oeste, respectivamente. 
En el solsticio de verano la declinación es de +23.45º y el Sol se encuentra en el 
trópico de Cáncer lo que en el hemisferio norte se traduce en el día más largo y la 
noche más corta. 
En el solsticio de invierno la declinación es de -23.45º y el Sol se encuentra en el 
trópico de Capricornio lo que se traduce en el hemisferio norte en el día más corto y 
la noche más larga del año, ver figura 1.2. 
 
 
 
EJE POLAR
DECLINACIÓN -23.5 º 
DECLINACIÓN +23.5º
23.5 º 23.5 º 
TRASLACIÓN
ROTACIÓN
SOL
TIERRA
TIERRA
3 
 
 
 
 
Figura 1.2 Movimiento anual de la Tierra alrededor del Sol y las estaciones en el 
hemisferio norte y sur con el ángulo de declinación. 
 
1.1.2 Irradiancia e insolación 
La irradiancia es el valor de la potencia luminosa (energía por unidad de tiempo) que 
recibe una superficie de 1 m2 en un determinado instante, su unidad de medida es 
W/m2 generalmente se usa el símbolo G. Por su diferente comportamiento, la 
irradiancia se separa en 3 componentes: la radiación directa, difusa y de albedo, la 
suma de estas es la radiación total incidente sobre una superficie, ver figura 1.3. 
• Radiación directa: Aquella que procede del Sol e incide sobre la superficie sin 
cambiar de dirección, es una radiación que proviene de una dirección 
claramente definida. 
 
• Radiación difusa: Es la radiación que se recibe del Sol, después de ser 
derivada por dispersión atmosférica. Es radiación difusa la que se recibe a 
través de las nubes, así como la que proviene de toda la bóveda del cielo 
visible desde la superficie, no es direccional. 
 
21/22 JUNIO
SOLSTICIO DE
VERANO
=23.5 ºδ
21/22 DICIEMBRE
SOLSTICIO DE
INVIERNO
º=-23.5 δ
22/23 SEPTIEMBRE
EQUINOCCIO DE
OTOÑO
º= 0 δ
20/21 SEPTIEMBRE
EQUINOCCIO DE
PRIMAVERA
º= 0 δ
SOL
TIERRA
TIERRA
TIERRA
TIERRA
4 
 
 
 
• Radiación albedo: Radiación que llega a la superficie considerada, después de 
haberse reflejado en las superficies del entorno como montañas, edificios, etc., 
y depende de la naturaleza de los elementos a su alrededor. 
Figura 1.3 Componentes de la radiación total incidente sobre una superficie inclinada 
La insolación es la cantidad de energía solar recibida durante un intervalo de tiempo, 
sus unidades son kilowatts-hora/m2, para dimensionar el sistema fotovoltaico, es 
necesario conocer la insolación diaria promedio, de preferencia si es para cada mes 
del año. Este valor de insolación solar se expresa por lo general en Horas Solares 
Pico (HSP). En la figura 1.4 se puede observar las curvas que describen la 
irradiancia, insolación y las horas solares pico sobre una superficie determinada. 
Figura 1.4.a Curva de irradiancia y Figura 3.8.b Curva característica de HSP 
 
5 
 
 
 
1.1.3 Factores que afectan el recurso solar 
La atmosfera de la Tierra es en su totalidad tranparente a la luz visible, pero es 
mucho menor a la radiación infrarroja. Esta es la razón por la cual casi 58% de la luz 
solar recibida por nuestro planeta alcanza la superficie terrestre, de la cual 50% es 
absorbida por la Tierra. 
El resto de la radiación proveniente del Sol es absorbida por la atmosfera (20% 
aproximadamente), 22% y 8% aproximadamente es reflejada por las nubes y por las 
superficies de la Tierra respectivamente. En la figura 1.5 se observa en forma 
general un balance radioactivo tierra-atmosfera con los valores porcentuales de 
radiación solar. 
Figura 1.5 Balance de radiación solar del sistema Tierra-Atmosfera 
 
Una superficie que absorbe toda la energía recibida tal como una superficie negra 
tiene un albedo de 0, mientras que un perfecto reflector como lo es una superficie 
blanca tiene un albedo de 1. Sin embargo la acción humana especialmente los 
trabajos de construcción están disminuyendo el albedo de las superficies que de 
manera indirecta podrían reducir el potencial solar de los paneles solares y aumentar 
el calentamiento global, ya que según “Heat Island Group” de la Universidad de 
Berkeley, California aumentando en 1% el albedo de las superficies equivaldría a 
reducir 2.5 kg/m2 de CO2 de la superficie de la Tierra. 
SUPERFICIE TERRESTRE
RADIACIÓN 
REFLEJADA 
POR NUBES
RADIACIÓN 
ABSORBIDA
POR LA
ATMOSFERA
RADIACIÓN 
ABSORBIDA
POR LAS
NUBES
RADIACIÓN 
INFRARROJA
ABSORBIDA
POR LAS
NUBES
RADIACIÓN 
INFRARROJA
PERDIDA
DIRECTAMENTE
AL EXTERIOR
6 
 
 
 
En la figura 1.6 se pude observar los diferentes rangos de albedo que contienen las 
distintas superficies de una típica zona urbana según fuente de la NASA, Akbari y 
Thayer en 2007. 
Figura 1.6 Rangos de albedo de una típica zona urbana 
 
1.2 Montaje optimo de paneles solares 
Las opciones comunes para el montaje de paneles solares serán hacia el sur si nos 
encontramos en el hemisferio norte, y hacia el norte si no encontramos en el sur, es 
decir, siempre buscando la perpendicularidad al Sol en las horas del mediodía. En la 
figura 1.7 se puede observar la trayectoria anual del Sol en latitudes del hemisferio 
norte. 
Figura 1.7 Trayectoria anual del Sol en latitudes del hemisferio norte 
TECHOS
CORRUGADOS
0.10 - 0.15
PINTURA DE
COLOR
0.15 - 0.33
ARBOLES
0.15 - 0.18
PASTO
0.25 - 0.30
CONCRETO
0.25 - 0.70
PINTURA
BLANCA
0.50 - 0.90
TECHO
ALTAMENTE
REFLECTIVO
0.60 - 0.70
TECJADO CAFE
Y ROJO
0.10 - 0.35
ASFALTO
0.05 - 0.20
LADRILLO
0.20 - 0.40
E
O
SN
8 a.m.6 a.m.
5 a.m.
12 p.m.
12 p.m.
12 p.m.
7 p.m.
6 p.m. 4 p.m.Solsticio
de verano Equinoccio Solsticiode invierno
7 
 
 
 
Par conocer el ángulo óptimo de los paneles solares es necesario tener en cuenta las 
características de instalación y su uso ya que la altura solar en invierno es inferior 
que en verano, y es por esta razón es lógico pensar que para la primera instalación 
se usaran ángulos de inclinación mayores y para el segundo menores. 
Una forma sugerida para calcular el ángulo de inclinación seria como la que se 
presenta en la tabla 1.1 y en la figura 1.8. 
 
Periodo de diseño Angulo β optimo (⁰) 
Invierno λ + 20 
Uniforme anual λ + 15 
Primavera y Verano λ 
Conexiones a red eléctrica λ * 0.85 
Tabla 1.1 Ángulo de inclinación de paneles solares según diseño 
 
 Donde λ corresponde a la latitud del lugar en valor absoluto y grados. 
 
 
 
 
Figura 1.8 Ángulos de inclinación sugeridos para tres posiciones 
 
 
 
 
Latitud Latitud +15º Latitud -15º 
Todo el año Uso en invierno Uso en verano 
8 
 
 
 
1.3 Radiación solar en México 
Los recursos solares en México son de lo mejor en el planeta, superiores a Alemania 
y España, quienes son reconocidos como líderes mundiales en sistemas 
fotovoltaicos instalados. Como se puede observar en la figura 1.9, México se 
encuentra dentro de la franja con gran captación del recuso solar lo que permite sea 
factible la implementación de tecnologías fotovoltaicas. 
Figura 1.9 Intensidad de radiación solar en el mundo (Fuente: 
http://www.ez2c.de/ml/solar_land_area) 
 
En especifico nuestro país cuenta con índices que van de los 4.4 kWh/m2 por día en 
la zona centro, a los 6.3 kWh/m2 por día en el norte del país (ver figura 1.10), y que 
determinan un factor importante para la factibilidad de implementación de un sistema 
fotovoltaico. 
9 
 
http://www.ez2c.de/ml/solar_land_area
 
 
Figura 1.10 Insolación en México (Fuente: Servicio Meteorológico Nacional) 
 
1.4 Distribución del recurso solar en la región de Tula 
El área de Tula se encuentra en latitud norte de 20.03 ° y una longitud oeste de 99, 
21 °, con la elevación sobre el nivel del mar es de 1751 m. El clima en la zona 
pertenece al tipo templado en verano y frío en invierno. En verano, la temperatura es 
aproximadamente 20.1 ° C en promedio. En invierno, con una media anual de 
temperatura de 12.4 ° C. 
La insolación total mensual en el área de Tula (ver figura 1.11 y figura 1.12) no se 
distribuye uniformemente y tiene una diferencia significativa. La insolación total 
mensual comienza a aumentar a partir de Enero, el valor de pico aparece en el mes 
de Julio, con un valor 6.67 kWh/m2 en un día. Después comienza a disminuir con la 
valor de valle que aparece en Diciembre, de 4.31 kWh/m2 horizontalmente. 
 
 
10 
 
 
 
Figura 1.11 Insolación horizontal mensual de la región de Tula (Fuente: NASA 
Surface Meteorology and Solar Energy) 
El promedio de la insolación solar recibida en esta zona geográfica de Tula 
anualmente es de 5600 Wh/m2. Resultando superior a la media anual de irradiación 
de países como Alemania y España líderes mundiales en instalaciones fotovoltaicas, 
según datos de la publicación “Programa innovación orientada: Sector Energía Solar” 
publicado por del Programa Gacela de la Secretaría de Economía y de FUMEC 
(Fundación México – Estados Unidos para la Ciencia) en 2010. 
 
Figura 1.12 Distribución de insolación por estaciones del año en la región de Tula 
29%
27%
22%
22%
Primavera
Verano
Otoño
Invierno
4.6
5.6
6.48
6.67
6.56
6.15
5.98
5.95
4.93
4.75
4.31
0 1 2 3 4 5 6 7 8
Enero
Febrero
Marzo
Abril
Mayo
Junio
Julio
Agosto
Septiembre
Octubre
Noviembre
Diciembre
Insolación mensual total kWh/m2
M
es
11 
 
 
 
 1.4.1 Horas solares pico en la región de Tula 
Para obtener el valor de horas solar pico (HSP) se debe dividir el valor de la 
insolación (Rβ) entre el valor de potencia de insolación incidente (Iβ) como se muestra 
en la ecuación 1.1. 
𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻 = 𝑅𝑅𝛽𝛽
𝐼𝐼𝛽𝛽
 [ℎ] (1.1) 
Donde el valor de potencia de insolación incidente (Iβ) en condiciones estándar de 
prueba (CEP), de es de 1 kW/m2 
Como se observo en la figura 1.11 los datos de insolación tomados por la NASA en 
su programa Surface Meteorology and Solar Energy son de acuerdo a una insolación 
cuando la posición de los paneles es horizontal a la incidencia de la luz solar, es 
decir, que el ángulo de inclinación de los paneles corresponde a la latitud de la zona 
en estudio, en este caso de 20.03 º norte para la región de Tula. Esto tiene una 
correspondencia con los datos de la tabla 1.1 y la figura 1.12 en el que la insolación 
es mucho mayor en primavera y verano. 
Así pues para determinar las horas solares pico de la región de Tula, tomando como 
referencia el promedio anual de insolación de 5.6 kW/m2, tenemos que: 
𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻 =
5600 𝑊𝑊 𝑚𝑚2�
1000 𝑊𝑊 𝑚𝑚2�
 
𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻 = 5.6 ℎ 
 1.4.2 Días de autonomía en la región de Tula 
Se conoce como días de autonomía a la cantidad de días con baja o nula insolación 
durante la cual funcionara la instalación, es decir, que la instalación funcione sin 
necesidad de que se suministre energía desde los paneles. Para sistemas 
domésticos se toman entre 3 y 5 días de autonomía. 
En el caso de la región de Tula por su posición geográfica y el periodo de días 
nublados y días soleados se tiene un promedio de 5 días de autonomía. 
12 
 
 
 
 
 
 
CAPÍTULO 2 
CELDAS Y PANELES 
SOLARES
 
 
 
 
2.1 Efecto fotovoltaico 
El término fotovoltaico viene del griego (luz) y del nombre físico italiano Volta, de 
donde proviene también voltio y voltaje. El efecto fotovoltaico es la generación de 
una fuerza electromotriz (f.e.m.) como resultado de la absorción de la radiación 
ionizante mediante una tecnología basada en semiconductores que convierte la 
energía proveniente de la luz solar directamente en corriente eléctrica que se usa 
de manera inmediata o se almacena en baterías para su posterior uso. 
 
2.2 Celda fotovoltaica 
Una celda fotovoltaica es un dispositivo que se usa para convertir la luz solar en 
electricidad por el efecto fotovoltaico, es decir, que es un transductor que convierte 
la energía radiante del Sol directamente en electricidad y es básicamente un diodo 
semiconductor capaz de desarrollar un voltaje de 0.5-1.0 V y una densidad de 
corriente de 20-40 mA/cm2 dependiendo de los materiales usados para su 
elaboración y de las condiciones de luz solar. En la figura 2.1, se puede observar 
el símbolo eléctrico de una celda fotovoltaica en la cual la corriente circula de 
cátodo a ánodo, es decir, internamente circula del semiconductor tipo N al tipo P 
(contrario al sentido de un diodo) hacia una resistencia. 
Figura 2.1 Símbolo eléctrico de una celda fotovoltaica 
 
14 
 
 
 
2.2.1 Componentes de celda fotovoltaica 
Toda celda solar moderna consta usualmente de los siguientes componentes (ver 
figura 2.2): 
a) Placa de vidrio. Es aquella que permite ingresar la luz a las celdas y protege a 
los semiconductores en la celda de los elementos. 
b) Capa antirreflectora. Es aquella que está entre la placa de vidrio y el 
semiconductor, y tiene la función de minimizar la pérdida de luz por reflejo. 
c) La capa de semiconductor tipo n. Es aquella que tiene una concentración de 
electrones excitados mayor a la de la capa tipo p, lo cual provoca que las cargas 
eléctricas de esta capa se pasen a la capa de tipo p provocando una diferencia de 
potencial con la otra capa. 
d) Plancha de semiconductores tipo n y tipo p. Es aquella en la que se encuentran 
colocados los semiconductores tipo n y tipo p y están enlazados a través de un 
camino o vía que actúa como conductor por el cual circulan los electrones para ir 
del semiconductor tipo n al tipo p, generando un campo eléctrico en este cable. 
e) La capa de semiconductor tipo p. Es aquella que tiene una deficiencia de 
electrones, lo cual atrae a los electrones excitados provenientes de la capa tipo n,provocando que se genere una diferencia de potencial entre ambas capas del 
semiconductor. 
Figura 2.2 Elementos principales de una celda fotovoltaica 
 
15 
 
 
 
 2.2.2 Principio de funcionamiento de una celda fotovoltaica 
Los elementos utilizados para el efecto fotovoltaico son las celdas fotovoltaicas o 
celdas solares principalmente de silicio que son semiconductoras eléctricas debido 
a que el silicio es un material de características intermedias entre un conductor y 
un aislante. 
Presentado normalmente como arena, mediante métodos adecuados, se obtiene 
el silicio en su forma pura. El cristal de silicio puro no posee electrones libres y por 
lo tanto resulta un mal conductor eléctrico. Para cambiar esto se agregan 
porcentajes de otros elementos. Este proceso se denomina dopado. 
Mediante el dopado de silicio con fósforo se obtiene un material con electrones 
libres o material con portadores de carga negativa (silicio tipo N). Realizando el 
mismo proceso, pero agregando Boro en lugar de fósforo, se obtiene un material 
de características inversas; esto es déficit de electrones o material con cargas 
positivas libres o huecos (silicio tipo P). Ambas capas separadas son 
eléctricamente neutras, pero al ser unidas, justamente en la unión P-N, se genera 
un campo eléctrico debido a los electrones libres del silicio tipo N que ocupan los 
huecos de la estructura del silicio tipo P. 
Al incidir la luz sobre la celda fotovoltaica, los fotones que la integran chocan con 
los electrones de la estructura del silicio dándoles energía y transformándolos en 
conductores. Debido al campo eléctrico generado en la unión P-N, los electrones 
son orientados, fluyendo de la capa "P" a la capa "N". Mediante un conductor 
externo, se conecta la capa negativa a la positiva, generándose así un flujo de 
electrones (corriente eléctrica) en la conexión, ver figura 2.3. 
Figura 2.3 Principio de funcionamiento fotovoltaico de una celda solar 
16 
 
 
 
2.2.3 Tipos de celdas fotovoltaicas 
Existen en el mercado diferentes tecnologías, cada una de ellas tiene diferentes 
características. Las tecnologías basadas en silicio representan hoy en día el 90% 
de la producción mundial fotovoltaica y son las tecnologías más dominantes. 
Existen principalmente en el mercado tres tipos de celdas según la tecnología del 
tipo de cristal, todas ellas de silicio (ver tabla 2.1). 
Tipo de celda Eficiencia 
(%) 
Características 
Silicio cristalino 22 • Constituida de un solo cristal de silicio muy alta pureza. 
• Tienen muy buen rendimiento y vida útil de hasta 25 
años. 
• Son del precio más elevado en el mercado. 
• Color azul homogéneo. 
Silicio 
multicristalino 
18 • Fabricadas de silicio mezclado con Arsenio y Galio. 
• Precio menor en comparación con el anterior. 
• Rendimiento menor a 20 años. 
• Color con diferentes tonalidades de azul. 
Amorfo 13 • Fabricada de una capa delgada de silicio. 
• Rendimiento y precios bajos. 
• Color marrón homogéneo. 
Tabla 2.1 Tipo de celdas fotovoltaicas con sus principales características 
 
17 
 
 
 
2.3 Panel solar 
Un panel solar, también llamado modulo fotovoltaico es un conjunto de celdas 
interconectadas eléctricamente y protegidas contra la intemperie, por lo general 
tienen una cubierta frontal de vidrio templado y un marco de aluminio templado 
que facilita su transporte e instalación (ver figura 2.4). 
Figura 2.4 Componentes de un modulo fotovoltaico 
 
En el panel se asocian eléctricamente un determinado número de celdas solares y 
se protege todo el compacto sellándolo al vacío, ver figura 2.5. 
Figura 2.5 Esquema que ilustra la composición de un panel solar 
18 
 
 
 
 2.3.1 Símbolo de un panel solar 
El símbolo de un panel solar se puede encontrar representado como en la figura 
2.6. En ella se indica el sentido de la corriente eléctrica generada (I), así como la 
polaridad de las conexiones. 
Figura 2.6 Símbolo utilizado para un panel solar 
 
 2.3.2 Características eléctricas de un panel solar 
En la documentación que entrega el fabricante, así como en el etiquetado que el 
panel solar lleva adherido, figura una terminología eléctrica que además de 
información general del producto, el tipo de celda, las características físicas del 
panel (ancho, largo, espesor y el peso), el tipo de caja de conexión, esquema o 
descripción con las distancias de los agujeros de fijación del marco, aparece lo 
que se denomina la curva I-V (curva intensidad-voltaje) del panel solar. 
La curva característica I-V de un panel solar informa sobre los distintos valores de 
tensión e intensidad que puede proporcionar ese panel, esta curva se obtiene a 
partir de las condiciones estándar de prueba. 
Las condiciones estándar de prueba (CEP) o STC (del inglés: Standard Test 
Conditions) son aquellas condiciones de laboratorio bajo las cuales se mide y se 
establece la potencia de un panel solar. Se corresponden a una intensidad de luz 
radiante de 1000 W/m2 y una temperatura de célula de 25 ºC. Aquí se miden la 
potencia máxima (P máx) que puede suministrar el panel, la intensidad de 
cortocircuito (Icc) y la tensión de circuito abierto (V oc). 
El conocimiento de los tres parámetros mencionados P máx., I cc, y V oc es suficiente 
para conocer el comportamiento del panel en cualquier condición de operación 
definida por un valor de la irradiancia. 
19 
 
 
 
2.3.3 Curva característica I-V de un panel solar 
La curva I-V de un panel solar proporciona, indirectamente, la relación voltaje-
corriente, ya que asocia los valores de V e I para diferentes cargas, ver figura 2.7. 
Figura 2.7 Curva característica I-V de un panel solar 
 
• Corriente de cortocircuito (I cc). La corriente de cortocircuito se mide en 
amperios. Es la intensidad máxima que se puede obtener del panel solar, en 
las condiciones CEP, provocando un cortocircuito. 
 
• Tensión de circuito abierto (V oc). La tensión de circuito abierto se mide en 
voltios. Es el voltaje máximo que se puede obtener del panel solar, en las 
condiciones CEP, en circuito abierto. 
NOTA: Para ambos puntos la potencia de salida es nula. Consecuentemente, un 
cortocircuito entre los terminales de salida del panel no dañará al mismo. 
• Potencia pico o potencia máxima (P máx.). La potencia máxima es aquella 
potencia que suministra un panel solar cuando el producto de la tensión por la 
intensidad es máximo (I máx. * V máx. = P máx.). A ese punto de coordenadas 
resultantes (I máx., V máx.) se le denomina punto de máxima potencia. 
 
 
20 
 
 
 
Normalmente un panel no trabaja a potencia máxima debido a varios 
condicionantes, entre otros a que la resistencia exterior está dada por las 
condiciones particulares del circuito al que esté conectada (la instalación). 
 
• Tensión máxima (V máx.). Valor de tensión que corresponde a la potencia 
máxima. Es aproximadamente el 80% de la tensión de circuito abierto. 
 
• Corriente máxima (I máx.). Valor de corriente que corresponde a la potencia 
máxima. 
 
2.3.4 Efectos ambientales sobre los paneles solares 
La temperatura de trabajo de las células puede ser de 20º a 25 ºC superior a la 
temperatura ambiente. Y, al igual que ocurre en muchos dispositivos eléctricos y/o 
electrónicos, el exceso de temperatura resta eficacia. Al aumentar la temperatura 
de las celdas la corriente del modulo aumenta moderadamente mientras que el 
voltaje disminuye sensiblemente (ver figura 2.8). 
Figura 2.8 Curvas que muestra la influencia de temperatura sobre un panel solar 
 
 
 
21 
 
 
 
En este caso al disminuir la radiación el valor de la corriente de cortocircuito 
disminuye sensiblemente, mientras que el voltaje a circuito abierto también 
disminuye pero moderadamente, (ver figura 2.9). 
Figura 2.9 Curvas que muestra la influencia de la radiación en la curva I-V de un 
panel solar 
 
2.3.5 Eficiencia del panel solar 
La eficiencia es el cociente entre la potenciaeléctrica producida por el modulo y la 
irradiación incidente sobre el mismo. Es decir, es el cociente entre la potencia 
máxima (P máx.) de la celda con la potencia luminosa (PL) recibida por la celda. En 
la tabla 2.2 se muestran los valores de eficiencia en relación al material con el que 
se ha fabricado el panel solar. 
Tecnología Eficiencia (%) 
Silicio cristalino 14-16 
Silicio multicristalino 10-12 
Silicio amorfo 6-8 
Tabla 2.2 Relación material y eficiencia de paneles solares 
 
 
 
22 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 CAPÍTULO 3 
SISTEMA FOTOVOLTAICO
 
 
 
 
3.1 Clasificación de los sistemas fotovoltaicos 
Dependiendo de los requerimientos funcionales y operacionales de un sistema, 
existen sistemas aislados o independientes (ver figura 3.1), conectados a la red o 
híbridos con alguna fuente convencional de respaldo (ver figura 3.2 y 3.3), donde 
se requiere de distintos subsistemas adicionales como lo son los de 
almacenamiento, regulación y distribución, incluido en este último el de protección. 
Figura 3.1 Diagrama básico de un sistema fotovoltaico aislado 
 
 
Figura 3.2 Diagrama básico de un sistema fotovoltaico conectado a la red eléctrica 
 
24 
 
 
 
 
Figura 3.3 Diagrama básico de un sistema fotovoltaico hibrido 
 
En la actualidad los sistemas fotovoltaicos híbridos operando de forma aislada, 
pueden tener un costo elevado, de aquí que el uso sea restringido, sin embargo, 
existe una expectativa de que en el futuro el costo de los elementos baje, y por 
ende representaría una opción atractiva de generación a pequeña escala. 
 
 
25 
 
 
 
3.2 Subsistema de captación: Arreglo fotovoltaico 
Denominado panel solar o modulo fotovoltaico, su principal función es la de 
proporcionar energía a la instalación a partir de la insolación, aprovechando el 
efecto fotovoltaico. 
Para los paneles solares de uniones de silicio y con conexiones de celdas en 
serie, los valores de tensión por número de celdas rondan las 36 celdas para 12 V 
y 72 celdas para 24 V, (ver figura 3.4). 
.Figura 3.4 Panel solar cristalino 12 V, 90 W 
 
3.2.1 Asociación serie y paralelo de paneles solares 
En la mayoría de las instalaciones, dependiendo de la potencia de instalación, es 
necesario asociar varios paneles en serie o paralelo para obtener los niveles de 
tensión y corriente adecuados, tomando en cuenta como norma general que no se 
deben conectar módulos de distintas características y, si es posible deberán ser 
del mismo fabricante. Para la asociación de paneles solares se tienen las 
siguientes posibilidades. 
• Paralelo: La conexión de paneles solares en esta configuración son todos 
los polos positivos conectados entre sí, y por separado los negativos. Con 
ello se consigue aumentar la corriente generada y mantener un mismo valor 
de tensión. En la figura 3.5 se muestra la conexión común en este tipo de 
arreglo, donde la corriente generada es la suma de todas las corrientes 
generadas por cada panel. 
26 
 
 
 
Figura 3.5 Conexión en paralelo de paneles solares 
• Serie: La conexión de estos paneles se hace conectando un polo positivo 
de un panel con el polo negativo del siguiente. Con ello se consigue 
aumentar la tensión y mantener el mismo valor de corriente generada. En la 
figura 3.6 se observa una conexión en serie de paneles solares, en donde 
la tensión generada es igual a la suma de todas las tensiones por cada 
panel. 
Figura 3.6 Conexión en serie de paneles solares 
• Mixto: En esta conexión los paneles se encuentran asociados tanto en serie 
como en paralelo. En la figura 3.7 se pude observar la conexión de un 
arreglo mixto de paneles solares. 
Figura 3.7 Conexión mixta de paneles solares 
27 
 
 
 
El número de paneles solares conectados en serie determina el voltaje del arreglo 
para los paneles tal como se expresa en la ecuación 3.1. 
𝑉𝑉 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎 = �𝑉𝑉 𝑚𝑚𝑚𝑚 𝑑𝑑𝑎𝑎 𝑐𝑐𝑎𝑎𝑑𝑑𝑎𝑎 𝑝𝑝𝑎𝑎𝑝𝑝𝑎𝑎𝑎𝑎�𝑥𝑥(𝑁𝑁𝑁𝑁𝑚𝑚𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎 𝑑𝑑𝑎𝑎 𝑝𝑝𝑎𝑎𝑝𝑝𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑝𝑝 𝑎𝑎𝑝𝑝 𝑝𝑝𝑎𝑎𝑎𝑎𝑠𝑠𝑎𝑎) (3.1) 
La corriente nominal del arreglo está dada por el número de hileras o paneles 
individuales conectados en paralelo como se ve en la ecuación 3.2. 
𝐼𝐼 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎 = �𝐼𝐼 𝑚𝑚𝑚𝑚 𝑑𝑑𝑎𝑎 𝑐𝑐𝑎𝑎𝑑𝑑𝑎𝑎 𝑝𝑝𝑎𝑎𝑝𝑝𝑎𝑎𝑎𝑎�𝑥𝑥(𝑁𝑁𝑁𝑁𝑚𝑚𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎 𝑑𝑑𝑎𝑎 𝑝𝑝𝑎𝑎𝑝𝑝𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑝𝑝 𝑎𝑎𝑝𝑝 𝑝𝑝𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎) (3.2) 
 Por lo tanto la potencia nominal del arreglo es la suma de la potencia nominal de 
cada panel solar (ver ecuación 3.3). 
𝐻𝐻 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎 = �𝐻𝐻 𝑚𝑚𝑚𝑚 𝑑𝑑𝑎𝑎 𝑐𝑐𝑎𝑎𝑑𝑑𝑎𝑎 𝑝𝑝𝑎𝑎𝑝𝑝𝑎𝑎𝑎𝑎�𝑥𝑥(𝑁𝑁𝑁𝑁𝑚𝑚𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎 𝑑𝑑𝑎𝑎 𝑝𝑝𝑎𝑎𝑝𝑝𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑝𝑝 𝑑𝑑𝑎𝑎𝑎𝑎 𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎) (3.3) 
Cuando en un sistema fotovoltaico se usan baterías, el voltaje nominal del 
sistema estará dado por el banco de baterías. El voltaje de un sistema con 
baterías se da en múltiplos de 12 V. 
 
3.2.2 Diodos de bloqueo y bypass de paneles solares 
Los diodos son componentes electrónicos que permiten el flujo de corriente en una 
única dirección. En los sistemas fotovoltaicos generalmente se utilizan de dos 
formas: como diodos de bloqueo y como diodos de bypass. 
Los diodos de bloqueo impiden que la batería se descargue a través de los 
paneles solares en ausencia de luz solar. Evitan también que el flujo de corriente 
se invierta entre bloques de paneles conectados en paralelo, cuando en uno o 
más de ellos se produce una sombra. 
Los diodos de bypass protegen individualmente a cada panel de posibles daños 
ocasionados por sombras parciales. Deben ser utilizados en disposiciones en las 
que los paneles están conectados en serie. 
28 
 
 
 
Generalmente no son necesarios en sistemas que funcionan a 24 V o menos. 
Mientras que los diodos de bloqueo evitan que un grupo de paneles en serie 
absorba flujo de corriente de otro grupo conectado a él en paralelo, los diodos de 
bypass impiden que cada panel individualmente absorba corriente de otro de los 
paneles del grupo, si en uno o más paneles del mismo se produce una sombra 
(ver figura 3.8). 
Figura 3.8 Diodo de bloqueo y bypass en un sistema fotovoltaico 
Normalmente en los módulos que se venden en forma comercial vienen con 
diodos de paso también llamados antirretorno, que por lo general se encuentra 
internamente alojada en su caja de conexiones. 
 
29 
 
 
 
3.3 Subsistema de almacenamiento: Baterías 
Las baterías, también llamadas acumuladores, son dispositivos que almacenan 
energía y que convierten la energía almacenada en energía eléctrica por medio de 
una reacción química. En la figura 3.9 se muestra el símbolo utilizado para 
representar una pila, acumulador o una batería de pilas. Las baterías más 
adecuadas para sistemas fotovoltaicos son las de plomo acido. 
Figura 3.9 Símbolo eléctrico de una pila o acumulador. 
 
El comportamiento de una batería se determina fundamentalmente por dos 
factores: la capacidad en amperes-hora y la profundidad de la descarga. 
 
3.3.1 Capacidad de las baterías 
La capacidad de almacenamiento de una batería se define como la cantidad de 
corriente que podrá entregar por un número dado de horas a su voltaje nominal y 
a una temperatura de 25 ºC. La capacidad es designada en amperes-hora (Ah), y 
es el producto de la corriente en amperes y el tiempo en horas. 
El régimen de carga y descarga de una batería se define como el cociente de la 
capacidad nominal de la batería (CN) entre la corriente que puede entregar (IN) 
como se muestra en la ecuación 3.4. 
𝐷𝐷𝑁𝑁𝑎𝑎𝑎𝑎𝑐𝑐𝑠𝑠𝑎𝑎𝑝𝑝 𝑑𝑑𝑎𝑎 𝑑𝑑𝑎𝑎𝑝𝑝𝑐𝑐𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎 (ℎ) = 𝐶𝐶𝑁𝑁 (𝐴𝐴ℎ)
𝐼𝐼𝑁𝑁 (𝐴𝐴)
 (3.4) 
 
30 
 
 
 
Generalmente la capacidad de una batería esta en índices de 100, 20 o 5 horas; 
para hacer referencia a la capacidad de una batería se utiliza la letra C, por 
ejemplo lascapacidades anteriores se definen como C100, C20 y C5. 
La capacidad está influenciada por la temperatura, si la temperatura disminuye la 
capacidad disminuye, pero también cabe mencionar que la temperatura elevada 
causa una reducción de la vida útil de la batería, por ejemplo tenemos las 
características de una batería de plomo-ácido (Pb-Ácido) como se muestra en la 
tabla 3.1. 
 
Temperatura del electrolito 
(ºC) 
Reducción de la vida útil 
(%) 
25 0 
30 30 
35 50 
40 65 
45 77 
50 87 
55 95 
Tabla 3.1 Relación temperatura-vida útil de una batería Pb-Ácido 
 
3.3.2 Vida útil de las baterías 
La vida útil de una batería se mide en ciclos, que se define como el número de 
veces que se produce la carga y descarga. Es decir, con cada carga y descarga 
(ciclo) la batería va perdiendo propiedades, así pues entre más ciclos la vida útil 
mas envejece la batería, y por ende disminuye la capacidad máxima que puede 
alcanzar la batería. Cuanto mayor sea la descarga menor será el número de 
ciclos, y en consecuencia, menor será la vida útil. 
 
31 
 
 
 
3.3.3 Estado de carga y profundidad de descarga de las baterías 
El estado de carga (EDC) de una batería es la capacidad remanente y se expresa 
como porcentaje de la capacidad nominal. Al porcentaje de la capacidad nominal 
extraído se conoce como profundidad de descarga (PDD). En la ecuación 3.5 y 3.6 
muestran el cálculo del estado de carga y profundidad de descarga de una batería 
respectivamente. 
𝐸𝐸𝐷𝐷𝐸𝐸 (%) = 𝐶𝐶𝐶𝐶𝑚𝑚𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 (𝐴𝐴ℎ)− 𝐶𝐶𝐶𝐶𝑚𝑚𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 𝑢𝑢𝑢𝑢𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 (𝐴𝐴ℎ)
𝐶𝐶𝐶𝐶𝑚𝑚𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 (𝐴𝐴ℎ)
 (3.5) 
𝐻𝐻𝐷𝐷𝐷𝐷 (%) = 𝐶𝐶𝐶𝐶𝑚𝑚𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 𝑢𝑢𝑢𝑢𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 (𝐴𝐴ℎ)
𝐶𝐶𝐶𝐶𝑚𝑚𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 (𝐴𝐴ℎ)
 (3.6) 
El voltaje de las baterías puede variar de acuerdo al porcentaje del estado de 
carga con las que cuenten, en la figura 3.10 se muestra esta variación en una 
batería de plomo ácido con un voltaje nominal de 12 V y a una temperatura del 
electrolito de 25 ºC. 
Figura 3.10 Variación de voltaje en una batería de Pb-Ácido de 12V (Fuente: 
Revista Home Power). 
32 
 
 
 
Para aplicaciones fotovoltaicas se emplean baterías de descarga profunda, ya que 
en algunas instalaciones deben soportar el consumo durante varios días. El valor 
de profundidad de descarga es facilitado por el fabricante, sino es así se toma un 
valor de intermedio del 60% o 70% para realizar los cálculos correspondientes. 
 
3.3.4 Tipos de baterías 
Las baterías se pueden clasificar como celdas primarias o secundarias. Las 
primeras se emplean con la intención de ser usada una sola vez, ejemplo de estas 
son las baterías de carbón-zinc, alcalinas y de litio. Las de celda secundaria 
almacenan energía eléctrica en una reacción química reversible, permitiendo a la 
batería producir corriente en forma repetida, pero el proceso de inversión no se da 
al 100% ya que se tienen pérdidas debido al calentamiento y diferencia de voltaje 
algunos ejemplos son las batería de Níquel-Cadmio, Plomo-Ácido y Níquel-Fierro. 
La mayoría de los sistemas fotovoltaicos utilizan baterías de plomo-ácido por su 
bajo costo en comparación con las demás baterías. 
• Batería plomo ácido (Pb-Ácido) 
La batería comercial, para poder ofrecer un voltaje de salida práctico, posee varias 
de estas celdas conectadas en serie. La Figura 3.11 muestra la estructura interna 
y externa de una batería de Pb-ácido, donde se observa la conexión serie de las 
celdas, las que están físicamente separadas por particiones dentro de la caja que 
las contiene. Cada celda está compuesta de varias placas positivas y negativas, 
las que tienen separadores intermedios. Todas las placas de igual polaridad, 
dentro de una celda, están conectadas en paralelo. El uso de varias placas de 
igual polaridad permite aumentar la superficie activa de una celda. 
33 
 
 
 
Figura 3.11 Detalles de construcción de una batería Pb-Ácido 
En ella, los dos electrodos están hechos de plomo y el electrolito es una solución 
de agua destilada y ácido sulfúrico. Cuando la batería está cargada, el electrodo 
positivo tiene un depósito de dióxido de plomo y el negativo es plomo. Al 
descargarse, la reacción química que toma lugar hace que, tanto la placa positiva 
como la negativa, tengan un depósito de sulfato de plomo. La figuras 3.12 ilustra 
los dos estados (cargada, descargada). 
Figura 3.12 Esquema de estados de una batería Pb-Ácido cargada y descargada. 
Las baterías de plomo ácido más utilizadas para aplicaciones fotovoltaicas se 
clasifican en dos tipos: las baterías liquidas y baterías del tipo reguladas por 
válvulas (VRLA - Valve Regulated Lead Acid battery). 
 
34 
 
 
 
o Baterías Liquidas 
Existen en versión abierta con tapas que dejan sustituir el agua son de bajo 
mantenimiento pero existen las cerradas con válvulas para que posibles gases 
puedan escapar durante cargas excesivas. Sus ventajas aparte del precio es que 
tienen menos problemas si se sobrecargan. Las desventajas son el peligro de 
perder el acido, es necesario un control del nivel del agua y su corta vida típica es 
de aproximadamente 400 ciclos de carga y descarga. 
o Baterías tipo VRLA 
Estas baterías modernas no son completamente selladas, pero contienen una 
tecnología que recombinan el oxigeno y hidrógeno que sale de las placas durante 
la carga y así eliminan la pérdida de agua si no son sobrecargadas. Funcionan en 
cualquier posición. Hay dos tipos principales: los de consistencia de Gel y los 
AGM, donde el acido es fijado en fibra de vidrio (AGM - Absorbed Glass Mat). 
 Baterías de gel 
En estas baterías, el acido tiene la forma de gel. Su gran ventaja es que ya no hay 
un liquido que se puede perder, son cerradas. La corrosión es reducida y son más 
resistentes a bajas temperaturas. Su vida es mucho mayor que la vida de las 
baterías liquidas y comparado con otras, son las menos afectadas en casos de 
descargas profundas. Las desventajas son una resistencia interna poco más alta 
que reduce el flujo máximo de la corriente, son algo más delicadas para cargar y 
llevan un precio mayor. 
 Baterías AGM 
Cada vez más se usan en sistemas solares y eólicos. Sus ventajas adicionalmente 
a las de las baterías de gel son una alta resistencia en climas fríos, su auto 
descarga sobre el tiempo es mínimo y tiene la eficiencia más alta de todas las 
baterías de plomo (hasta 95%). Tienen una baja resistencia interna que permiten 
corrientes altas. Desventaja, aparte del precio más elevado, es su vulnerabilidad 
más alta a descargas profundas. 
35 
 
 
 
3.3.5 Asociación serie-paralelo de las baterías 
Las instalaciones fotovoltaicas dependiendo de la potencia de la capacidad y 
tensión de la instalación es necesario asociar varias baterías en serie o paralelo 
para obtener los niveles de tensión y capacidad adecuadas. Para la asociación de 
las baterías existen tres posibilidades. 
• Paralelo: La conexión de baterías en esta configuración se realiza 
conectando todos los polos positivos conectados entre sí, y por separado 
los negativos. Con ello se consigue aumentar la capacidad ya que es la 
suma de todas las capacidades de cada batería y se mantiene el mismo 
valor de tensión. En la figura 3.13 se muestra la conexión en paralelo de 
baterías. 
Figura 3.13 Conexión en paralelo de baterías 
• Serie: La conexión se hace conectando un polo positivo de una batería con 
el polo negativo del siguiente, en donde la tensión generada es igual a la 
suma de las tensiones por cada batería de las mismas características. Con 
ello se aumenta la tensión y se mantiene el valor de capacidad. En la figura 
3.14 se observa una conexión en serie de baterías. 
36 
 
 
 
Figura 3.14 Conexión en paralelo de baterías 
• Mixto: En esta conexión las baterías se encuentran asociados tanto en serie 
como en paralelo. En la figura 3.15se pude observar la conexión de un 
arreglo mixto de las baterías. 
Figura 3.15 Conexión mixta de baterías 
37 
 
 
 
3.4 Subsistema de regulación: Reguladores 
El regulador es el dispositivo encargado de controlar los procesos frente a cargas 
y descargas de la batería. Entre sus principales funciones se encuentran: 
• Evita sobrecargas en las baterías ya que una vez cargada la batería 
(EDC=100%), no continúe con el proceso de carga. Con ello se evita el 
proceso de gasificación y aumento de temperatura en las baterías. 
• Prevé sobredescargas en periodos donde existe insuficiencia de luz solar, 
con ello se evita que se agote en exceso la carga de la batería y en 
consecuencia reducir la vida útil de esta. 
• Asegura el funcionamiento del sistema en el punto de máxima eficacia. 
Los reguladores actuales introducen microcontroladores para la correcta gestión 
de un sistema fotovoltaico. Su programación elaborada permite un control capaz 
de adaptarse a las distintas situaciones de forma automática, permitiendo la 
modificación manual de sus parámetros de funcionamiento para instalaciones 
especiales, ver figura 3.16. 
Figura 3.16 Regulador marca 5765 
Las características eléctricas más importantes de un regulador son: la tensión 
nominal que indica tensión de trabajo (12, 24, 48 V), corriente máxima que 
soportara el regulador, polaridad y conexiones de entrada y salida. 
 
38 
 
 
 
3.4.1 Principio de funcionamiento de los reguladores 
Los reguladores permiten basar su funcionamiento en base a los estados de la 
carga. 
 Igualación. Esta respuesta del regulador permite la realización automática de 
cargas de igualación de los acumuladores tras un período de tiempo en el que 
el estado de carga ha sido bajo, reduciendo al máximo el gaseo en caso 
contrario. 
 
 Carga profunda. Tras la igualación, el sistema de regulación permite la entrada 
de corriente de carga a los acumuladores sin interrupción hasta alcanzar el 
punto de tensión final de carga. Alcanzado dicho punto el sistema de 
regulación interrumpe la carga y el sistema de control pasa a la segunda fase, 
la flotación. 
 
Cuando se alcanza la tensión final de carga, la batería ha alcanzado un nivel 
de carga próximo al 90% de su capacidad, en la siguiente fase se completará 
la carga. 
 
 Carga final y flotación. La carga final del acumulador se realiza estableciendo 
una zona de actuación del sistema de regulación dentro de lo que se denomina 
Banda de Flotación Dinámica (BFD). La BFD es un rango de tensión cuyos 
valores máximos y mínimos se fijan entre la tensión final de carga y la tensión 
nominal + 10% aproximadamente. 
 
Una vez alcanzado el valor de voltaje de plena carga de la batería, el regulador 
inyecta una corriente pequeña para mantenerla a plena carga, esto es, inyecta 
la corriente de flotación. Esta corriente se encarga por tanto de mantener la 
batería a plena carga y cuando no se consuma energía se emplea en 
compensar la autodescarga de las baterías. 
 
39 
 
 
 
3.4.2 Tipos de reguladores 
Existen dos tipo de reguladores paralelo y serie. En instalaciones de baja potencia 
se utilizan los reguladores en paralelo y para alta potencia reguladores en serie. 
 Regulador serie 
El funcionamiento de este tipo de regulador es el de cortar el suministro de 
energía proveniente del generador (arreglo fotovoltaico) antes de que alcance la 
tensión máxima de la batería, evitando así llegar al nivel de sobrecarga de la 
batería, ver figura 3.17. 
Figura 3.17 Esquema de funcionamiento básico de un regulador en serie 
 Regulador paralelo 
El funcionamiento de este tipo de regulador es disparar potencia, con el propósito 
de eliminar el exceso de energía generada. El regulador consiste en un transistor 
situado en paralelo con el generador fotovoltaico (ver figura 3.18), para este tipo 
de regulador es necesario disponer de un circuito de control, el cual se encargara 
de la conducción del transistor en función de la tensión de la batería, es decir, 
cuando la tensión sea superior a un umbral (VSC) que conduzca y que cuando sea 
inferior que no conduzca. 
Figura 3.18 Esquema de funcionamiento básico de un regulador en paralelo 
40 
 
 
 
3.5 Subsistema de adaptación: Convertidores 
Los convertidores son dispositivos los cuales su función es transformar la tensión 
y características de la intensidad que reciben, convirtiéndola a la adecuada para 
los usos necesarios, comúnmente la utilizada para sistemas fotovoltaicos es del 
tipo corriente continua a corriente alterna (c.c./c.a.), ya que como los paneles 
fotovoltaicos generan energía eléctrica en corriente continua y debido al tipo de 
cargas de uso domestico que existen, es necesario un elemento que realice esta 
función, este tipo de convertidor es denominado inversor. 
El siguiente de la figura 3.19 muestra la clasificación general de los inversores. En 
esta se aprecia un primer nivel de división que depende de la alimentación 
utilizada, por un lado se encuentran los alimentados por corriente (CSI, current 
source inverters), utilizado exclusivamente en el campo de la regulación de 
velocidad para grandes potencias y por otro lado, los alimentados por fuente de 
tensión (VSI, voltage source inverters), ampliamente utilizados en diferentes 
aplicaciones. En el segundo nivel se dividen, según el tipo de la tensión obtenida, 
ya sea monofásico o trifásico. La división en los últimos niveles se refiere a las 
técnicas de control empleadas en la obtención de la forma de onda de la tensión 
de salida. 
Figura 3.19 Clasificación general de los inversores 
41 
 
 
 
3.5.1 Principio de funcionamiento de los inversores 
El inversor basa su funcionamiento respecto a tres bloques de circuitos como se 
observa en la figura 3.20. 
Figura 3.20 Esquema básico de funcionamiento de un inversor 
 Oscilador: Circuito que genera la frecuencia de corriente alterna de salida, 
conformado por un resonador cerámico o similar de alta frecuencia, la cual se 
divide por el factor correspondiente hasta obtener el valor requerido, este 
procedimiento establece una elevada estabilidad de frecuencia de salida. 
 Convertidor: El circuito convertidor recibe la tensión continua de entrada 
procedente de las baterías y la frecuencia del oscilador y genera con ello la 
corriente alterna de salida. 
 Protección: Este circuito se encarga de vigilar el consumo de corriente alterna 
para bloquear el convertidor ante un exceso. 
 
 3.5.2 Inversor monofásico en puente con modulación de onda 
cuadrada 
El esquema de este tipo de inversores se muestra en la figura 3.21. Los 
semiconductores controlados de potencia se representan por interruptores ideales, 
mediante flechas, indicando la punta de la flecha el único sentido posible de la 
circulación de corriente. Las formas de onda de este inversor se muestran en la 
figura 3.22. 
42 
 
 
 
Cuando: 
𝑇𝑇𝐴𝐴+ 𝑇𝑇𝐵𝐵− 𝑎𝑎𝑝𝑝𝑒𝑒𝑎𝑎𝑝𝑝 𝑎𝑎𝑝𝑝 𝑂𝑂𝑁𝑁:
⎩
⎪
⎨
⎪
⎧ 𝑉𝑉𝐴𝐴0 =
𝑉𝑉𝐶𝐶
2.
𝑉𝑉𝐵𝐵0 = −
𝑉𝑉𝐶𝐶
2
⇒ 𝑉𝑉𝐴𝐴𝐵𝐵 = 𝑉𝑉𝐴𝐴0 − 𝑉𝑉𝐵𝐵0 = 𝑉𝑉𝐶𝐶 
𝑇𝑇𝐴𝐴− 𝑇𝑇𝐵𝐵+ 𝑎𝑎𝑝𝑝𝑒𝑒𝑎𝑎𝑝𝑝 𝑎𝑎𝑝𝑝 𝑂𝑂𝑁𝑁:
⎩
⎪
⎨
⎪
⎧𝑉𝑉𝐴𝐴0 = −
𝑉𝑉𝐶𝐶
2.
𝑉𝑉𝐵𝐵0 =
𝑉𝑉𝐶𝐶
2
⇒ 𝑉𝑉𝐴𝐴𝐵𝐵 = 𝑉𝑉𝐴𝐴0 − 𝑉𝑉𝐵𝐵0 = −𝑉𝑉𝐶𝐶 
Figura 3.21 Inversor monofásico en puente 
 
Figura 3.22 Formas de onda para el inversor monofásico en puente 
43 
 
 
 
La técnica de modulación utilizada en este tipo de inversor hace que los 
interruptores sean controlados por parejas (TA+ TB-) y (TA- TB+), con un desfase 
entre ellos de 180º. El diseño de circuito de control tiene en cuenta que (TA+ TB-) y 
(TA- TB+) no estén en conducción al mismo tiempo, con el objetivo de no provocar 
un cortocircuito. Los diodos colocados en antiparalelo con los interruptores no 
permiten la conducción para cargas resistivas, ya que cuando la tensión aplicada a 
la carga es positiva, la intensidad es positiva, y cuando latensión es negativa, la 
intensidad es negativa. 
La ecuación 3.7 muestra la el valor eficaz de la componente fundamental y los 
armónicos de la tensión aplicada a la carga. 
(𝑉𝑉𝐴𝐴𝐵𝐵)ℎ =
4
𝜋𝜋∗ℎ
 𝑉𝑉𝐶𝐶 (3.7) 
 
 3.5.3 Modulación por cancelación de tensión 
Se aplica a inversor monofásico en puente ver figura 3.20.Esta técnica consiste en 
realizar un control independiente de cada una de las ramas del inversor. Los 
interruptores de una misma rama, se controlan utilizado la técnica de modulación 
de onda cuadrada, con un desfase entre el control de ambas ramas menor de 
180º (180º-α). 
La forma de onda de la tensión a la carga, obtenida con este tipo de modulación 
se ve en la figura 3.23. El ángulo β se puede expresar en función de α, de acuerdo 
con la expresión 3.8. 
𝛽𝛽 = 180
0−𝛼𝛼
2
= 900 − 𝛼𝛼
2
 (3.8) 
44 
 
 
 
Figura 3.23 Formas de onda para el inversor monofásico en puente. Modulación 
por cancelación de tensión 
La ecuación 3.9 muestra la tensión aplicada a la carga, esta técnica de 
modulación es muy apropiada cuando nos interesa eliminar armónicos (h). 
(𝑉𝑉𝐴𝐴𝐵𝐵)ℎ =
4
𝜋𝜋∗ℎ
 𝑉𝑉𝐶𝐶 ∗ sin(ℎ ∗ 𝛽𝛽) (3.9) 
 
 3.5.4 Modulación por ancho de pulso 
Para obtener una tensión senoidal de una frecuencia determinada, con un 
reducido número de armónicos se utiliza la técnica de modulación por ancho de 
pulso (PWM). Para ello se compara una señal de control de senoidal, de la misma 
frecuencia que la tensión de salida deseada, con una forma de onda triangular de 
mayor frecuencia. La frecuencia de la onda triangular, establece la frecuencia de 
conmutación del inversor (interruptores del inversor), y se mantiene constante, 
junto con su amplitud. En la figura 3.24 se muestran las formas de onda y el 
espectro armónico de la señal de salida de un inversor monofásico de medio 
puente con control PWM. 
 
45 
 
 
 
Figura 3.24 Formas de onda y el espectro armónico de la señal de salida. Inversor 
monofásico de medio puente control PWM. 
 
3.5.5 Tipos de inversores comerciales 
Los tipos de inversores que se pueden encontrar en el mercado son de dos tipos 
los de onda modificada o de onda pura. 
 Inversores de onda sinusoidal modificada (modify sine wave siglas en inglés 
MSW), son inversores que pueden alimentar a la mayoría de 
electrodomésticos, pero con el inconveniente que este tipo de onda presenta 
problemas a las cargas del tipo inductivo por ejemplo motores. 
 Inversores de onda sinusoidal pura (pure sine wave siglas en inglés PSW), 
inversores diseñados para reproducir energía similar a la de la compañía 
suministradora, son ideales para alimentar los equipos electrónicos más 
sofisticados. 
Las características eléctricas que deben incluir los inversores dependiendo de su 
tipo son: potencia nominal, tensión nominal de entrada, tensión y frecuencia de 
saluda, polaridad y conexiones. 
46 
 
 
 
3.6 Cableado eléctrico en la instalación fotovoltaica 
Uno de los factores importantes para las instalaciones fotovoltaicas es el cálculo 
de la sección del cable conductor para cada uno de los dispositivos y la 
instalación. Este cálculo es importante ya que una elección equivocada supone 
una caída de tensión elevada en el conductor lo que se traduce en un aumento de 
corriente y por ende de temperatura, este aumento de temperatura repercutiría 
posiblemente en un incendio o en el deterioro del material aislante, aumentado la 
posibilidad de un corto circuito. 
Para todo el cableado, se debe asegurar que siempre se use cable que sea capaz 
de conducir la máxima capacidad de corriente con la que se planea trabajar, 
tomando como consideraciones factores de seguridad que marca la noma oficial 
mexicana NOM-001-SEDE-2005 y/o posibles ampliaciones futuras de la 
instalación. 
Par determinar en forma aproximada la sección del conductor, se puede hacer uso 
de la formula empírica 3.10, en ella ya se considera un 5% de caída de tensión 
permitida en un conductor. 
𝐻𝐻 = 𝐿𝐿∗𝐼𝐼∗0.04𝑉𝑉
20
 (3.10) 
Donde: 
S: sección transversal del conductor (mm2) 
L: longitud del conductor (m) 
I: corriente en amperes 
V: voltaje del sistema 
Una vez calculada la sección transversal del cable es necesario escoger el valor 
del calibre de conductor normalizado. Para ello y como primer punto se debe elegir 
el tipo de conductor que se va a utilizar para ello es necesario consultar la tabla 
310-13 de la norma (ver anexo). Seleccionado el tipo de conductor solo es 
47 
 
 
 
necesario consultar la tabla 310-17 (ver anexo) de la misma norma para verificar 
que el valor de la sección transversal calculada sea mayor a la corriente máxima 
que puede generar el equipo al que esté conectado. 
 
 3.6.1 Ampacidad de los conductores 
Los paneles solares tienen una capacidad limitada para entregar corriente. La 
corriente de corto circuito de un módulo es 10 o1 5% superior a la corriente de 
operación. En ocasiones .los valores diarios de irradiación solar pueden exceder el 
estándar de prueba de 1000 W/m2. En los cálculos de ampacidad de los 
conductores hay que tener en cuenta este aumento de corriente. En los sistemas 
fotovoltaicos también es necesario considerar que los conductores pueden estar 
sometidos a temperaturas elevadas así como las cajas de conexión del módulo. 
Debido a esto hay que disminuir la ampacidad de los conductores o corregirla con 
factores de las tablas de la norma. 
La ampacidad de los conductores de los circuitos del sistema fotovoltaico debe ser 
al menos al 125% de la corriente de cortocircuito del panel o paneles en paralelo. 
La ampacidad de los conductores de los circuitos de salida del sistema 
fotovoltaico, debe ser de al menos del 125% de la corriente de cortocircuito de 
salida. 
La ampacidad de los conductores que entran y salen del inversor o sistema de 
acondicionamiento de potencia debe ser el 125% de la corriente de operación del 
dispositivo. 
En forma similar los demás conductores del sistema deben tener una ampacidad 
del 125% de la corriente de operación, para permitir el funcionamiento prolongado 
a plena potencia. Rigiendo la selección de la ampacidad de los conductores a 
partir de la norma, se asegura que los dispositivos de sobrecorriente o cuadros de 
mando, funcionen a menos del 80% de su ampacidad. 
48 
 
 
 
 3.6.2 Puesta a tierra del sistema fotovoltaico 
En un sistema fotovoltaico de dos conductores y tensiones superiores a 50 V 
(tensión de salida del arreglo fotovoltaico a circuito abierto), debe ponerse a tierra 
un conductor de corriente continua. En un sistema de tres conductores, el neutro o 
toma intermedia del sistema de continua tendrá que ponerse a tierra. Estos 
requerimientos aplican tanto a sistemas aislados como a sistemas conectados a la 
red. El sistema de puesta a tierra aumenta la seguridad y minimiza el efecto de los 
rayos y otras sobretensiones inducidas en los equipos además de que se reduce 
el ruido de radiofrecuencia producida por lámparas fluorescentes e inversores. 
 
 3.6.3 Conductor del electrodo de tierra 
El conductor del electrodo del sistema de tierra en corriente continua no debe 
tener un calibre inferior a 8 AWG o al mayor conductor presente en el sistema. La 
mayoría de los sistemas fotovoltaicos pueden usar un conductor del electrodo de 
tierra con calibre de 6 AWG, si esa es la única conexión con el electrodo de tierra. 
 
 3.6.4 Puesta a tierra de los reguladores de carga 
En los sistemas con toma a tierra, es importante que el regulador no procese señal 
en el conductor puesto a tierra. Cuando el regulador se encuentra en 
funcionamiento, los relés y transistores en el conductor puesto a tierra crean una 
situación en la que, algunas veces, este conductor no está al potencial de tierra. 
Esta condición no cumple con las disposiciones de la norma que exige que todos 
los conductores identificados como conductores a tierra deban estar el mismo