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Capítulo II: Marco Teórico 
Fundamentos de los sistemas fotovoltaicos 
2.1.- Energía solar 
La energía solar es la que llega a la tierra en forma de radiación 
electromagnética como luz, calor y rayos ultravioletas principalmente 
procedentes del sol, donde ha sido generada por un proceso de fusión nuclear. 
El aprovechamiento de la energía solar se puede realizar de dos formas por 
conversión térmica de alta temperatura en sistemas foto térmicos o por 
conversión fotovoltaica en sistemas fotovoltaicos. [22] 
 La conversión térmica de alta temperatura consiste en trasformar la 
energía solar en energía térmica almacenada en un fluido. Para calentar 
el líquido se emplean unos dispositivos llamados colectores. [22] 
 
 La conversión fotovoltaica consiste en la transformación directa de la 
energía luminosa en energía eléctrica, se utiliza para ello unas placas 
formadas por células fotovoltaicas de silicio o germanio. [22] 
 Una las ventajas del uso de este tipo de energía que no es contaminante por 
que no genera gases de efecto invernadero ni sub productos como energías 
convencionales como petróleo o el gas natural y proporciona energía barata en 
lugares no industrializados. [22] 
2.1.2 Radiación Solar 
La energía solar resulta del proceso de fusión nuclear que tiene lugar en 
el sol, esta energía es el motor que mueve nuestro medio ambiente, siendo la 
energía solar que llega a la superficie terrestre 10.000 veces mayor que la 
energía consumida actualmente por toda la humanidad, la radiación es 
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trasferencia de energía por ondas electromagnéticas y se produce 
directamente desde la fuente hacia fuera en todas las direcciones. [4] 
 
 
La radiación solar tiene tres tipos: 
 Radiación directa: Es la que llega directamente desde el punto 
focal del sol, sin reflexiones o refracciones intermedias, esta 
puede reflejarse y concentrarse para su utilización.[4] 
 
 Radiación difusa: Es la emitida por la bóveda celeste diurna 
gracias a los múltiples fenómenos de reflexión y refracción solar 
en la atmosfera (en las nubes, y el resto de elementos 
atmosféricos y terrestres, en este tipo de radiación no es posible 
concentrar la luz difusa que proviene de todas direcciones.[4] 
 
 
 Radiación reflejada: Es la radiación reflejada por el suelo o por 
los objetos cercanos.[4] 
 
Figura 3.-Componentes de la radiación solar terrestre total. 
[Imagen]Componentes de la radiación terrestre (2015). Obtenido de http://www.monografias.com. 
 
2.1.3 Efecto Fotovoltaico 
Esto consiste en que cuando los rayos solares inciden sobre la superficie 
del arreglo fotovoltaico, el cual está compuesto por dos delgadas láminas de 
silicio u obleas, P y N separadas por un semiconductor, al entrar en contacto 
con las partículas de luz y la superficie de la capa P se provoca una reacción 
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liberación de electrones de los átomos de silicio los cuales se encuentran en 
movimiento y pasan a través del semiconductor hasta la capa N dando como 
resultado una diferencia de potencial con respecto a la capa N, generando una 
corriente eléctrica directa por lo que si a las terminales del dispositivo se les 
conecta una carga eléctrica, por ejemplo un foco, entonces éste se encenderá 
debido a la corriente eléctrica que pasa a través de él.[8] 
 
Figura 4.-Representación esquemática del efecto fotovoltaico. 
 [Imagen]Celdas Solares (2015). Obtenido de http://www.textocientifico.com. 
 
2.1.4 Sistemas Solares Fotovoltaicos 
Los sistemas fotovoltaicos basan su funcionamiento en el efecto 
fotoeléctrico para convertir la energía lumínica proveniente del sol en energía 
eléctrica, este proceso de generación de electricidad renovable no contamina, 
no emite gases nocivos, su mantenimiento es mínimo y no genera ruidos 
molestos, la tecnología fotovoltaica es totalmente confiable y su instalación en 
residencias e industrias es muy sencilla. Una importante ventaja de la energía 
solar es que permite la generación de energía en el mismo lugar de consumo 
mediante la integración arquitectónica. [15 ,7] 
Así podemos dar lugar a sistemas de generación distribuida en los que 
se eliminen casi por completo las pérdidas relacionadas con el transporte que 
en la actualidad suponen aproximadamente el 40% del total de la energía 
generada. Las diferentes tecnologías fotovoltaicas se adaptan para sacar el 
máximo rendimiento posible de la energía que recibimos del sol. [4] 
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Figura 5.- Sistema Solar Fotovoltaico. 
[Imagen]Impulsora de tecnologías (2015). Obtenido de http://www.inter-ecotecnias.com. 
2.1.5 Módulo Fotovoltaico 
Las Celdas fotovoltaicas representan la unidad básica y más pequeña de 
un dispositivo fotovoltaico la mayoría de las celdas están hechas de silicio, 
típicamente fabricadas de forma cuadrada con tamaños de 10, 12.5 y 15 
centímetros. [4] Existen grandes grupos de paneles fotovoltaicos: 
 Mono cristalinas: se componen de secciones de un único cristal 
de silicio (Si) (reconocibles por su forma circular u octogonal, 
donde los 4 lados cortos, si se puede apreciar en la imagen, se 
aprecia que son curvos, debido a que es una célula circular 
recortada). [23] 
 
 Poli cristalinas: cuando están formadas por pequeñas partículas 
cristalizadas. [23] 
 
 Amorfos: cuando el silicio no se ha cristalizado. [23] 
 
 
 Figura 6.- Tipos de celdas fotovoltaicas. 
[Imagen]Energía Solar (2015). Obtenido de http://www.enersave.es/medicion-neta/energiasolar. 
 
http://enersave.es/new2/wp-content/uploads/2014/06/img_celle_solari-e1403735786350.jpg
http://enersave.es/new2/wp-content/uploads/2014/06/img_celle_solari-e1403735786350.jpg
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Su efectividad es mayor cuanto son los cristales que tiene el modulo, 
pero también su peso, grosor y costo, el rendimiento de las primeras puede 
alcanzar el 20% mientras que el de las últimas puede no llegar al 10% y 
funcionar mejor en radiaciones difusas. El costo de los paneles fotovoltaicos se 
ha reducido de forma constante desde que se fabricaron las primeras células 
solares comerciales y su coste medio de generación eléctrica ya es competitivo 
con las fuentes de energía convencionales, este desarrollo industrial ha 
permitido que en muchas zonas del planeta hoy ya sea más barato producirte 
un Kwh con energía solar que comprarlo a la red eléctrica o con un generador 
diésel. [23] 
2.1.6 Arreglo e Inclinación del Sistema 
Para alcanzar la potencia deseada normalmente se necesitan varios 
paneles, estos paneles se conectan en serie y en paralelo para alcanzar el 
voltaje deseado al diseñar este arreglo se deben tomar en cuenta algunas 
reglas. 
 La suma de potencia de todos los paneles debe ser igual o mayor 
que la potencia deseada 
 
 La suma de los voltajes de los paneles en serie debe ser igual al 
voltaje deseado para el panel. 
 
 La suma de las corrientes de los paneles en paralelo debe ser 
igual a la corriente en paralelo del sistema. 
Para alcanzar la máxima energía que se obtiene cuando los rayos 
solares llegan perpendiculares a la superficie del captador se le da una 
inclinación al arreglo fotovoltaico, se debe tener un criterio de selección del 
ángulo óptimo del arreglo que garantice la máxima producción de energía 
eléctrica por lo regular siempre el ángulo optimo es igual a la latitud del lugar y 
la orientación preferida de los colectores es hacia el Sur, debido a que la 
trayectoria del Sol en movimiento Este a Oeste es simétrica respecto de la 
http://enersave.es/quienes-somos/por-que-energia-solarSistema Fotovoltaico Conectado a Red para el Colegio Bet Hayladim 
 
 
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posición que ocupa al mediodía y a que es precisamente en este momento 
cuando la captación de energía solar es máxima. [8] 
 
 Figura 7.-Orientación de una estructura fija. 
 [Imagen]Energía Fotovoltaica (2015). Obtenido de http://www.solar.nmsu.edu. 
 
 
2.1.7 Tipos de Conexión 
Interconectado a red 
Se llaman así porque están interconectados a la red eléctrica, es decir 
que toda la energía que genera los paneles solares se inyecta directamente a 
la red de distribución eléctrica de tu localidad, es decir que operan en paralelo 
con la red eléctrica. Una ventaja de estos sistemas es el de no requerir el uso 
de baterías para funcionar, lo cual los vuelve la alternativa más económica y 
con los requerimientos de mantenimiento más bajos de todos los sistemas, 
estos sistemas únicamente operan cuando la irradiación solar incide sobre los 
paneles fotovoltaicos con suficiente intensidad para que estos generen la 
energía eléctrica necesaria para arrancar el sistema. Es importante señalar que 
estos sistemas, por su diseño y características, no operan como fuentes de 
respaldo de energía por lo cual no pueden abastecer sus cargas cuando falla el 
suministro eléctrico en la red. [6, 24] 
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Figura 8.-Esquema sistema fotovoltaico conectado a la red. 
[Imagen]Sistema Solar Conectado a Red (2015). Obtenido de http://www.neosolar.com. 
 
Autónomos 
Se le dice así a este sistema porque es completamente independiente y 
gracias a que almacenas la energía puedes utilizarla en las noches y durante 
los días nublados, este tipo de sistemas son muy comunes en zonas rurales o 
alejadas de las ciudades, donde no llega la red eléctrica estos sistemas son 
más caros y requieren de mayor atención por parte del usuario para prolongar 
su vida útil, la cual ronda entre los 15 y 20 años dependiendo de los cuidados y 
las precauciones que se tengan al utilizarlo a lo largo de su vida. [6, 24] 
 
Figura 9.-Esquema sistema fotovoltaico aislado. 
 [Imagen]Solar Fotovoltaico (2015). Obtenido de http://www.autosolar.cl. 
 
2.1.8 Componentes Principales de un Sistema Fotovoltaico 
 Panel Fotovoltaico: Son los encargados de captar la radiación solar y 
transformarla en electricidad, generando una corriente continua, también 
llamada directa, el número de paneles quedará determinado por la 
potencia que se necesita suministrar, y su disposición y forma de 
conexionado en serie o en paralelo, será en función de la tensión 
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nominal de suministro y la intensidad de corriente que se desee generar. 
[11] 
 
 Regulador de Carga: Se encarga de controlar la carga de las baterías 
desde los módulos o paneles generadores, así como de su descarga 
hacia el circuito de alimentación interior de la vivienda, evitando además 
que se produzcan cargas o descargas excesivas del conjunto de 
baterías. [11] 
 
 Baterías: Usadas para sistemas autónomos permite el almacenamiento 
de la energía que se produce durante el día con la radiación solar para 
ser utilizada en la noche o durante periodos prolongados de mal tiempo 
o con poca radiación solar. [11] 
 
 Medidor Bidireccional: Es un componente fundamental para sistemas 
fotovoltaicos solares con interconexión a la red, ya que con éste medidor 
es posible registrar la energía excedente generada por el sistema solar, 
y que no es consumida en determinado momento del periodo diurno, los 
kW/h inyectados a la red se toman como un crédito temporal. [11] 
 
 Cables: Representan el componente indispensable para el transporte de 
la energía eléctrica entre los diferentes bloques que integran un sistema 
fotovoltaico. Resulta inevitable que parte de esta energía se pierda en 
forma de calor, ya que la resistencia eléctrica de un conductor nunca es 
nula [12].Los cables eléctricos utilizados en un sistema fotovoltaico están 
cuidadosamente diseñados. Como el voltaje en un sistema fotovoltaico 
es voltaje CC bajo, 12 o 24 V, las corrientes que fluirán a través de los 
cables son mucho más altas que las de los sistemas con voltaje AC de 
110 o 220 V .[12] 
 
 String Box: Minimizan el número de cables corriente continua que 
entran al inversor central, al agrupar diferentes cadenas de paneles 
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fotovoltaicos, en las instalaciones fotovoltaicas de mediana y gran 
potencia.[9] 
 
 
 Inversor: Es un dispositivo que permite la conversión de la corriente 
continua generada en los paneles fotovoltaicos transformándola 
corriente alterna para que pueda ser empleada por los receptores y 
electrodomésticos utilizados en la vivienda .[11] 
 
 Sistema de Monitoreo: Ofrece la posibilidad de monitorear la producción 
diaria de energía fotovoltaica y verificar que su sistema funcione 
adecuadamente, así como llevar un registro del CO2 no emitido al 
ambiente. [15] 
 
 Red Eléctrica: Es el sistema eléctrico de la compañía de luz, el sistema 
fotovoltaico permanecerá conectado a la red eléctrica para permitir el 
funcionamiento de la red eléctrica cuando se requiera energía adicional 
a la que su sistema fotovoltaico produjo. [15] 
2.1.9 Contrato con CFE para la Conexión a Red 
Bajo la nueva ley, tanto personas físicas como personas morales podrán 
conectar un sistema solar fotovoltaico a la red de electrificación en México. 
También cabe reconocer que Comisión Federal de Electricidad (CFE) ha hecho 
buena labor estableciendo los lineamientos de interconexión y facilitando un 
proceso sencillo y de bajo costo para los usuarios 
 Derivado de diversas disposiciones establecidas en el Plan Nacional 
de Desarrollo 2007-2012, en la Ley para el Aprovechamiento de 
Energías Renovables y el Financiamiento de la Transición Energética, 
su Reglamento, así como en el Programa Especial de Cambio 
Climático 2008-2012; ahora puedes instalar en tu domicilio o negocio, 
tu propia fuente de energía renovable o sistema de cogeneración en 
pequeña ó mediana escala y realizar un contrato de interconexión con 
CFE. [28] 
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 Al hacerlo, además de ahorrar en tu gasto por concepto de consumo 
de energía, contribuirás en la utilización de tecnologías limpias para la 
generación de energía eléctrica. 
 
 Los requisitos para realizar un contrato de interconexión en pequeña 
escala con CFE, son que tengas un contrato de suministro normal en 
baja tensión, que las instalaciones cumplan con las Normas Oficiales 
Mexicanas y con las especificaciones de CFE, y que la potencia de tu 
fuente no sea mayor de 10 kW si la instalaste en tu domicilio ó de 30 
kW si la instalaste en tu negocio. 
 
 Para realizar un contrato de interconexión en mediana escala, los 
requisitos son que tengas un contrato de suministro normal en media 
tensión, que las instalaciones cumplan con las Normas Oficiales 
Mexicanas y con las especificaciones de CFE, y que la potencia de tu 
fuente no sea mayor de 500 kW. [28] 
 
2.1.9 México en el Ámbito Energético 
El sistema energético mexicano se alimenta el día de hoy 
fundamentalmente de recursos naturales no renovables. Sin embargo, por sus 
características climatológicas, geográficas y geológicas, el territorio mexicano 
podría rebajar su alta dependencia de esas fuentes y aprovechar el gran 
potencial de generación que ofrecen recursos de la naturaleza como el sol, la 
tierra y el viento. Aunque aún queda mucho por hacer para que la apuesta por 
las renovables se convierta en una realidad, el gobierno mexicano contempla 
ya dentro de su plan energético a futuro el compromiso de que, para 2030, al 
menos un 35% de la energía consumida en el país proceda de fuentesrenovables. 
Actualmente, México obtiene la energía que consume mayoritariamente de dos 
tipos de energía: 
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 La hidroeléctrica, que aprovecha la energía que genera el agua de 
presas, saltos de agua de ríos y embalses. 
 
 La termoeléctrica, procedente de la quema de combustibles fósiles como 
el gas, petróleo y carbón. [25] 
Para incrementar y acelerar la utilización de éstas tecnologías, 
contribuyendo al mismo tiempo a mantener la seguridad energética y la 
sustentabilidad ambiental, la Secretaría de Energía ha implementado las 
siguientes acciones, entre las cuales destacan, México tiene que aprovechar su 
potencial energético proveniente del viento, el sol, el agua, y el calor de la 
tierra. Este potencial abre una gran oportunidad para contribuir a nuestra 
seguridad energética, a la vez, que nos sumamos al esfuerzo global del 
combate al cambio climático. [13,14] 
 
Tabla 1.-Proyeccion de capacidad adicional instalada. 
[Imagen]Mapa de Inversión en México (2015). Obtenido de http://www.mim.promexico.gob.mx. 
Capítulo III: Metodología 
El alcance del proyecto consiste en el diseño, descripción y en su caso 
memoria de cálculo de los componentes que formaran parte de la instalación 
de energía solar fotovoltaica la cual estará conectada a la red de Comisión 
Federal Eléctrica. 
3.1 Las normas y reglamentos aplicados 
A continuación se listan las normas y estándares que serán usados en el 
proyecto para los materiales, equipos, diseño e instalación. 
 Norma Oficial Mexicana NOM-001-SEDE-2014 Instalaciones 
Eléctricas;[16] 
 National Electrical Code (NEC);[18] 
 National Electrical Safety Code (NESC);[17]