Instalaciones-solares-fotovoltaicas

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Índice 
 
 
 
 
 
Prólogo………………………………………….……………………………………...7 
 
Introducción: El Sol, nuestra fuente de energía…………………………………… ….9 
 
1 Historia y fundamento de las células 
 Solares fotovoltaicas………………………………………………………………..13 
 
 Principios físicos………………………………………………………………... ….14 
 Rendimiento de las células fotovoltaicas…………………………………….. …….19 
 
2 Células y paneles fotovoltaicos………………………………………………..........21 
 
Células de arseniuro de galio…………………………………………………………...21 
Células de sulfuro de cadmio y sulfuro de cobre. ……………………………………..22 
Células bifaciales……………………………………………………………………….22 
Células de silicio amorfo………………………………………………………….........23 
Células de silicio policristalino…………………………………………………………24 
Células de silicio monocristalino……………………………………………………….25 
Parámetros de una célula solar…………………………………………………………26 
Proceso de fabricación de las células monocristalinas…………………………………30 
El módulo fotovoltaico………………………………………………………………...36 
Fabricación de un módulo fotovoltaico. . . ……………………………………………40 
Normativa sobre módulos fotovoltaicos. . ……………………………………….. …..41 
Calidad de los módulos fotovoltaicos……………………………………………........41 
Vida útil de los módulos fotovoltaicos………………………………………………...43 
 
 
3 Acumuladores……………………………………………………………………….44 
 
Conceptos generales……………………………………………………………............44 
Componentes y funcionamiento de un acumulador de plomo-ácido…………………..45 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
INSTALACIONES SOLARES FOTOVOLTAICAS 
 
 
 
Profundidad de descarga y vida útil del acumulador…………………………………...47 
Carga del acumulador ………………………………………………………………….51 
Efecto de la temperatura. Congelación…………………………………………… …...52 
El acumulador solar. Dimensionado……………………………………………… …...54 
El acumulador de gel……………………………………………………………… …..56 
El acumulador de níquel-cadmio……………………………………………………… 58 
Composición y funcionamiento de un acumulador de Ni-Cd………………………… 59 
Baterías herméticas……………………………………………………......................... 61 
 
4 Reguladores de carga…………………………………………………………. …...63 
 
Regulador shunt………………………………………………………………….. ……64 
Regulador serie………………………………………………………………….... …...67 
Módulos fotovoltaicos autorregulados…………………………………..……………..70 
 
5 Otros equipos para uso en sistemas fotovoltaicos………………………………... 72 
 
Sistemas de medida y control…………………………………………………………. 72 
Desconectores…………………………………………………………………………..75 
Interruptores horarios…………………………………………………………..............76 
Temporizadores………………………………………………………………….. ……77 
 Temporizador a tiempo fijo………………………………………………….. ……..77 
 Temporizador a tiempo variable………………………………………….………….78 
Equipos de iluminación en c/c………………………………………………….. ..........80 
Convertidores continua-continua………………………………………………… ……83 
Convertidores de acoplamiento……………………………………………………….. 85 
Convertidores continua-alterna………………………………………………………... 87 
Medidores de amperios-hora………………………………………………………….. 90 
 
 
 
6 Estructuras soporte para paneles fotovoltaicos…………………………………...93 
 
Tipos de estructuras…………………………………………………………………….95 
Tipos de materiales utilizados………………………………………………………….98 
Puntos de apoyo………………………………………………………………………..99 
Sombras entre filas de módulos fotovoltaicos………………………………………...102 
Efectos de los agentes atmosféricos sobre las instalaciones solares 
fotovoltaicas y algunos consejos para evitarlos……………………………………….105 
ejemplos gráficos de diversos tipos de soportes………………………………………107 
 
 
 
 
 
 
El problema de la corrosión y su tratamiento………………………………………... 114 
 Galvanizado en caliente………………………………………………………. …...115 
 El galvanizado ante la corrosión…………………………………………………. ..118 
 Ensamblado mediante tornillos de las estructuras de 
 hierro galvanizado…………………………………………………………………. 119 
 
 
7 Cálculo de instalaciones………………………………………………………….. 121 
 
Interpretación de las tablas de radiación…………………………………….……..…121 
 Radiación mensual……………………………………………………………….... 122 
 Radiación anual máxima…………………………………………………….. …….124 
 Máxima radiación mensual………………………………………………………....125 
 Radiación diaria…………………………………………………………………….126 
Cálculo del número de módulos fotovoltaicos. Factor de seguridad………………....128 
Cálculo de la capacidad de acumulación……………………………………………...130 
Cálculo del regulador………………………………………………………………….132 
Cálculos de instalaciones solares fotovoltaicas por ordenador……………………….134 
Dimensionado de convertidores c/c/ca………………………………………………..141 
Cálculo de la sección del conductor 142 
Cálculo de la altura manométrica en una instalación de bombeo……………………..145 
 
8 Instalación………………………………………………………………………….147 
 
Instalación del panel fotovoltaico…………………………………………………….147 
Problemas ocasionados por sombras parciales en la superficie de 
Un panel fotovoltaico………………………………………………………………... 153 
Instalación de los acumuladores……………………………………………………....157 
Instalación de sistemas de regulación y control……………………………………....161 
Instalación de convertidores………………………………………………………….164 
Resumen de normas prácticas para la instalación de 
Sistemas fotovoltaicos………………………………………………………………...165 
 
 
9 Mantenimiento de una instalación fotovoltaica y pruebas 
de funcionamiento…………………………………………………………………....168 
 
Panel fotovoltaico……………………………………………………………………..168 
Cuadro de regulación y control……………………………………………….. ……..170 
Acumuladores…………………………………………………………………….…...170 
Pruebas y averías de los diferentes componentes …………………………………….171 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Medidas sobre el panel fotovoltaico……………………………………………..……172 
Regulador de carga…………………………………………………………………....174 
Sistema de acumulación………………………………………………………………175 
 
 
10 Ejemplos de cálculo………………………………………………………………177 
 
Nave avícola con temporizador horario……………………………………………….177 
Estudio de un sistema fotovoltaico para alimentación de equipos de 
radio en montaña……………………………………………………………………...183 
Balizamiento…………………………………………………………………..............186 
Vivienda permanente………………………………………………………………….190 
Vivienda de uso esporádico…………………………………………………………...194 
Repetidor de TV.……………………………………………………………………...198 
Bombeo de agua……………………………………………………………….. …….201 
Iluminación de un parque público…………………………………………………….206 
 
 
11 Instalaciones fotovoltaicas conectadas a la 
 red eléctrica……………………………………………………………………….209 
 
Descripción de un sistema conectado a red…………………………………………...212 
Campo solar. ………………………………………………………………………….212 
Inversor cc/ca………………………………………………………………………….218 
Conexión con la red eléctrica…………………………………………………………227 
Conclusiones…………………………………………………………………….........230 
 
 
Diagramas y esquemas………………………………………………………………233 
 
Ejemplos de montaje paso a paso de 
Instalaciones fotovoltaicas…………………………………………………………..242 
 
Apéndice: Tablas, gráficos y datos útiles…………………………………………..260 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 PRÓLOGO 
 
 
 
 
 
 
Prólogo 
 
 
 
Este libro ha sido escrito a modo de introducción práctica a un tema tan apasionante y 
actual como es el de la Energía Solar Fotovoltaica, al cual he dedicado los últimos 
veintidós años de mi vida profesional. 
 
No he pretendido dar una visión exhaustiva y profunda de los diferentes aspectos y 
componentes que concurren en una instalación fotovoltaica, por considerar que el fin 
último del libro que tiene en sus manos es el de proporcionar los conceptos básicos a la 
mayor cantidad de personas posible, haciendo fácil, amena e interesante su lectura. 
 
 Deseo agradecer desde estas líneas a todas las personas, empresas y organismos, así 
como a todos los compañeros de profesión e incluso usuarios de las ya muy numerosas 
instalaciones existentes en España, su valiosa colaboración que me ha permitido intentar 
recoger en las siguientes páginas las bases de la Energía Solar Fotovoltaica y sus 
aplicaciones prácticas, destacando a la compañía ATERSA, y muy especialmente a 
FranciscoRamírez y Enrique Daroqui, por su inestimable ayuda en la aportación de 
gráficos y esquemas que ilustran este libro. 
 
 
El autor. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
7 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Nota 
 
 
 
En este libro se ha optado por utilizar el punto, en vez de la coma, para separar la parte 
entera de la decimal en las cantidades numéricas, siguiendo las últimas 
recomendaciones internacionales sobre notación científica y técnica. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Introducción 
 
 
El Sol, nuestra fuente de energía 
 
 
El Sol es una estrella cuya superficie se encuentra a una temperatura media de 5500°C, 
y debido a complejas reacciones que producen una pérdida de masa, ésta se convierte en 
energía. Dicha energía, liberada del Sol, se transmite al exterior mediante la 
denominada radiación solar. 
 
Si examinamos el espectro de la radiación solar, observamos que la mayor parte de la 
energía emitida por el Sol se encuentra en la parte visible de dicho espectro y ésta 
representa el 47% del total. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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9 
 
 
 
 
 
 
Es cierto que las radiaciones ultravioletas son muy energéticas, pero también es cierto 
que son poco abundantes, ya que tan sólo el 7 % del total pertenece a dicho tipo de 
radiación. Al contrario ocurre con las radiaciones infrarrojas, que son muy abundantes 
(46% del total) pero mucho menos energéticas que las anteriores. Por esta razón, se dice 
comúnmente que podemos convertir la “luz” en electricidad mediante las células 
solares, que más adelante estudiaremos en profundidad. 
La radiación solar recibida fuera de la atmósfera terrestre es de 1353 W/m2, medida 
sobre una superficie perpendicular a la dirección de su propagación. A este valor se le 
denomina Constante Solar y difiere sensiblemente del que recibimos en la superficie 
terrestre. Esta disminución de energía recibida del Sol está justificada por el paso 
obligatorio que ha de hacer la radiación a través de la atmósfera, y se produce 
fundamentalmente por los tres factores siguientes: 
a) Gases atmosféricos (nitrógeno, oxígeno, ozono, etc.) 
b) Vapor de agua 
c) Polvo 
La combinación de estos elementos hace que sobre la superficie terrestre y al nivel del 
mar sólo se reciban unos 1000 W/m2, valor que incluso sólo se alcanza en días 
despejados, cuando el aire es muy transparente. 
Si tenemos en cuenta el carácter aleatorio de la presencia de días claros y nubosos a lo 
largo del año, veremos la imperiosa necesidad de obtener datos estadísticos fiables de 
las diferentes radiaciones en cada época del año y en cada lugar de ubicación de una 
posible instalación solar. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
10 
 
 
Seguidamente se definen algunos de los conceptos básicos que se utilizarán a lo largo 
de este libro. 
 
Radiación directa: Es la radiación recibida desde el Sol, sin que sufra desviación alguna 
en su camino a través de la atmósfera. 
 
Radiación difusa: Es la radiación solar que sufre cambios en su dirección, 
principalmente debidos a la reflexión y difusión en la atmósfera. 
 
Albedo: Radiación directa y difusa que es reflejada por el suelo u otras superficies 
próximas. 
 
Masa de aire: Es una medida de la distancia que recorre la radiación a través 
de la atmósfera y que, lógicamente, varía en función del ángulo de incidencia, 
según la fórmula siguiente: 
AM— 1/cos φ 
 
donde: 
 
AM= Masa de aire (Air Mass) 
φ = Ángulo entre el rayo vector del Sol y la vertical del lugar. 
 
Ejemplo: Para un ángulo 0= 00, es decir, cuando el Sol está en su punto más alto y sus 
rayos caen perpendicularmente a la tierra, AM será la unidad. 
 
Por el contrario, cuando el Sol incida con un ángulo respecto a la normal de 
60°, la masa de aire que atraviesa la radiación es mayor, siendo AM igual a 2. 
 
 
 
 
11 
Estos conceptos son muy utilizados a la hora de realizar medidas en las células y 
módulos fotovoltaicos, por lo que interesa tener una idea clara de lo que representan. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
12 
 
Capítulo 1 
 
Historia y fundamento de las células solares fotovoltaicas 
 
Parece ser que los fenómenos fotoeléctricos tienen el principio de su descubrimiento en 
1808, por mediación de Hallwachs, pero fue Hertz quien enunció los principios básicos 
que los regían. 
En 1887, este último observó que la chispa saltaba más fácilmente entre dos esferas de 
diferente potencial cuando sus superficies eran fuertemente iluminadas por la luz de otra 
descarga, y posteriormente comprobó que una lámina de zinc cargada negativamente y 
unida a un electroscopio, perdía rápidamente su carga al ser iluminada por un arco 
voltaico. De todo ello dedujo Hertz que, bajo la acción de la luz, el zinc y en general 
todos los metales emiten cargas negativas. 
 
Los resultados experimentales que se obtuvieron fueron los siguientes: 
 
- El efecto fotoeléctrico es instantáneo, es decir, aparece con la radiación sin retraso 
sensible (el tiempo transcurrido es del orden de 3 x 10 segundos). 
- El número de fotoelectrones emitidos, es decir, la intensidad de la corriente producida, 
es proporcional a la radiación recibida. 
Sobre la velocidad de la emisión no influye en absoluto la intensidad luminosa, ni su 
estado de polarización, pero sí su frecuencia o longitud de onda. 
-Para cada metal existe una frecuencia mínima de la radiación luminosa por debajo de la 
cual no se presenta el efecto fotoeléctrico. 
 
La interpretación teórica de todos estos hechos fue dada por Einstein en 1902, 
generalizando la hipótesis hecha por Plank unos años antes con la teoría de los cuantos 
o fotones. 
Las células fotoeléctricas son dispositivos basados en la acción de radiaciones 
luminosas sobre ciertas superficies metálicas. El efecto de esas radiaciones puede ser de 
tres tipos: 
Efecto foto emisivo o foto externo: provoca en el metal un arranque de electrones con 
liberación de los mismos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
13 
 
Efecto foto conductivo o foto interno: modifica la conductividad eléctrica del metal. 
Efecto fotovoltaico: crea una fuerza electromotriz en el metal. 
Precisamente en este último apartado es donde se integran las células fotovoltaicas, que 
generan un paso de corriente proporcional al flujo luminoso que reciben. Estas células 
presentan la ventaja sobre los demás tipos de que no requieren ni tensión auxiliar ni 
vacío, razón por la cual son utilizadas para la conversión de energía solar en energía 
eléctrica. 
Chapin, Fueller y Perarson desarrollaron en 1954 la primera célula solar capaz de 
convertir, de un modo eficaz, la luz del Sol en energía eléctrica. Desde ese año estos 
dispositivos han sido mejorados y perfeccionados, utilizándose principalmente para la 
alimentación de satélites artificiales, para foto sensibilizar algunos equipos electrónicos 
y para alimentar pequeñas cargas en lugares remotos o de difícil acceso. 
Las crisis energéticas que han sufrido los países industrializados han suscitado un nuevo 
interés que ha hecho dar un gran avance en las tecnologías y usos de estos dispositivos. 
De esta forma, se ha pasado a utilizar masivamente los equipos fotovoltaicos en 
telecomunicación, señalización, telemática, usos rurales e incluso centrales 
fotoeléctricas de varios megavatios, reduciéndose el coste de producción año tras año de 
tal forma que, en corto tiempo, se obtendrán unos precios más competitivos respecto a 
las energías convencionales. 
 
Principios físicos 
 
Como todos sabemos, la materia está constituida por átomos, los cuales a su vez están 
formados por dos partes bien diferenciadas: elnúcleo, dotado de una carga eléctrica 
positiva, y los electrones, que giran alrededor en diferentes bandas de energía, con carga 
eléctrica negativa que compensa la del núcleo, formando de esta forma un conjunto 
totalmente estable y eléctricamente neutro. 
A los electrones de la última capa se les ha dado el nombre de electrones de valencia, y 
tienen la facultad de interrelacionarse con otros similares, formando una red cristalina. 
 
Haciendo una división, podemos afirmar que existen tres tipos de materiales, 
eléctricamente hablando, y que son: 
 
Conductores: Disponen de unos electrones de valencia poco ligados al núcleo 
y que pueden moverse con facilidad dentro de la red cristalina respondiendo a un 
pequeño agente externo. 
 
Semiconductores: Sus electrones de valencia están más ligados a sus núcleos 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
14 
 
 
que en los conductores, pero basta suministrar una pequeña cantidad de energía para que 
se comporten igual que éstos, liberando sus electrones más externos. 
 
Aislantes. Presentan una configuración muy estable, la cual es difícil de modificar, ya 
que los electrones de valencia están sumamente ligados al núcleo, y la energía a 
suministrar para que saltaran del átomo sería excesivamente grande. 
 
Los materiales usados para las células fotovoltaicas son los semiconductores, ya que la 
energía que liga a los electrones de valencia con su núcleo es similar a la energía de los 
fotones que constituyen la luz solar. Al incidir ésta sobre el semiconductor 
(normalmente silicio), sus fotones suministran la cantidad de energía necesaria a los 
electrones de valencia como para que se rompan los enlaces y queden libres para 
circular por el semiconductor. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Al lugar dejado por ausencia del electrón liberado se le llama hueco, y dispone de carga 
eléctrica positiva (igual a la que tenía el electrón pero de signo contrario). Estos huecos 
también se desplazan, ya que el electrón liberado es susceptible de caer en un hueco 
próximo, produciéndose entonces un movimiento de estas “ausencias de electrones”. Al 
hecho de que los electrones ocupen huecos dejados por otros electrones se le denomina 
recombinación. 
 
 
 
 
15 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Estos electrones libres y estos huecos creados en los puntos donde hay luz, tienden a 
difundirse hacia las zonas oscuras, con lo cual pierden su actividad. Sin embargo, al 
moverse ambas partículas en el mismo sentido, no producen corriente eléctrica, y antes 
o después se recombinan restableciendo el enlace roto. No obstante, si en algún lugar 
próximo a la región donde estas parejas de electrones y huecos han sido creados se 
formara un campo eléctrico en el interior del semiconductor, este campo separaría a los 
electrones de los huecos, haciendo que cada uno circule en dirección opuesta y, por 
consiguiente, dando lugar a una corriente eléctrica en el sentido del citado campo 
eléctrico. 
Existen varias formas de crear un campo eléctrico de este tipo en el interior del 
semiconductor, pero todas ellas están basadas en el concepto de potencial de contacto y 
la afinidad que diferentes sólidos tienen por los electrones. 
En las células solares convencionales este campo eléctrico se consigue mediante la 
unión de dos regiones de un cristal de silicio que han sido tratadas químicamente de 
modo diverso. 
Una de las dos regiones, la denominada n, ha sido dopada (impurificada) con fósforo. El 
fósforo tiene cinco electrones de valencia, uno más que el silicio, de manera que la 
región dopada con fósforo muestra una afinidad por los electrones menor que el silicio 
puro. 
La otra región, denominada p, ha sido dopada con boro. El boro tiene sólo tres 
electrones de valencia, uno menos que el silicio, y por ello el silicio dopado con boro 
tiene una afinidad por los electrones superior al silicio puro. De esta manera, la unió p-n 
así formada presenta una diferencia de potencial V que hace que los electrones tengan 
menos energía en la zona n que en la zona p. Consecuentemente, un campo eléctrico 
dirigido de la zona n hacia la p tiende a enviar los electrones hacia la zona n y los 
huecos hacia la zona p. 
 
 
 
 
 
 
 
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La constitución de una célula de silicio convencional parte de una barra cristalina de 
silicio dopado con boro, que se corta en discos de un espesor de 
0.3 mm. Una de sus caras se dopa fuertemente con fósforo, mediante difusión a alta 
temperatura en una atmósfera gaseosa rica en el mismo, de forma que este elemento 
penetre en el silicio más concentrado que el boro que éste contenía, hasta una 
profundidad aproximada de 0.3 micras. Encima de esta capa se deposita una rejilla 
metálica conductora, y en la parte posterior una capa continua. Ambas sirven para 
facilitar la toma de contactos eléctricos con las dos regiones. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Cuando inciden fotones sobre la capa superior de la célula, algunos enlaces se rompen, 
generándose entonces pares electrón-hueco. 
 
Si esta generación se produce a una distancia de la unión menor que lo que se denomina 
longitud de difusión, antes o después estos portadores serán separados por el fuerte 
campo eléctrico que existe en la unión, moviéndose el electrón hacia la zona n y el 
hueco hacia la p y dando lugar, por consiguiente, a una corriente desde la zona n a la 
zona p. 
 
Si la longitud de difusión es muy pequeña, esto significa que, en un corto recorrido, el 
electrón y el hueco se recombinarán y la energía luminosa que fue absorbida para crear 
el par se recupera en forma de calor, lo cual en nuestro caso no es deseable. 
 
De este modo, los fotones absorbidos en las zonas posteriores de la célula solar (que son 
los de mayor longitud de onda) tendrán pocas posibilidades de alcanzar la unión si la 
longitud de difusión no es lo suficientemente grande. Para que ésta última lo sea, es 
necesario que el cristal de silicio sea estructural y constitucionalmente muy puro, es 
decir, que sea monocristal y que tenga una bajísima concentración de impurezas 
distintas a las añadidas intencionadamente (boro y fósforo). Esto se debe a que la mayor 
parte de las impurezas, así como los defectos estructurales, catalizan con gran eficacia el 
proceso de recombinación del par electrón-hueco en su trayecto hacia la unión p-n. 
 
La corriente eléctrica producida, al ser empleada en un trabajo útil, desarrolla una caída 
de tensión que hace que la zona p sea más negativa. Como esta zona es la de menor 
energía potencial de electrones (es decir, la de mayor potencial o más positiva), el efecto 
de la carga exterior es reducir el potencial de la zona p, o sea, reducir el campo 
separador que aparece en la unión. 
 
La corriente dada por cada célula solar para una iluminación determinada varía 
en función de la caída de tensión producida en el exterior, de acuerdo con lo que 
se muestra en la figura 5. 
 
La corriente suministrada es casi constante, hasta que se llega a un valor de tensión para 
el cual el campo de la unión decrece sensiblemente. Entonces la corriente tiende a cero 
rápidamente. 
La potencia máxima que puede dar una célula corresponde a una tensión algo inferior a 
la de circuito abierto, Vea. 
La máxima intensidad, Icc que puede suministrar la célula se produce cuando no existe 
ninguna tensión exterior, pero en ese caso no suministra potencia en absoluto. El valor 
de la intensidad máxima, „Imax‟ es también algo más bajo que la intensidad de 
cortocircuito Icc. 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Teniendo en cuenta lo anterior, para obtener un buen rendimiento en las células solares, 
éstas deben estar constituidas por un material en el que la energía del enlace de suselectrones de valencia no sea ni muy baja, ya que se perdería buena parte de la energía 
del fotón, ni muy alta, pues entonces sólo los fotones más energéticos del espectro solar 
podrían romper los enlaces. El silicio, con 1.1 eV, es el material más usado. El arseniuro 
de galio, con 1.4 eV, tiene teóricamente mejores características pero es más caro. El 
sulfuro de cobre, con 1 .2 eV, es un material prometedor. 
 
 
Rendimiento de las células fotovoltaicas 
 
El rendimiento se define como el cociente entre la potencia eléctrica máxima que puede 
suministrar una célula fotovoltaica y la potencia luminosa que incide sobre su 
superficie. 
 
El rendimiento obtenido en laboratorio sobre células de silicio monocristalino es del 
22% -24%, pero una vez que se pasa a su fabricación masiva éste baja a un valor 
aproximado del 15 %, lo que quiere decir que, de cada 100 vatios que recibimos del Sol, 
tan sólo 15 se aprovechan para nuestro uso. 
 
El hecho de este rendimiento tan bajo se debe fundamentalmente a los siguientes 
factores: 
 
a) Energía de los fotones incidentes 
 
Ocurre en gran medida que los fotones que contiene la luz solar no disponen de la 
energía suficiente como para romper el enlace covalente y crear el par 
 
 
 
 
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electrón-hueco. También se da el caso contrario, y es que el fotón incidente tenga más 
energía de la necesaria, en cuyo caso ese exceso de energía se disipa en forma de calor. 
Por los motivos anteriormente expuestos, podernos afirmar que un 50% de la energía 
incidente en nuestra célula fotovoltaica se pierde, no produciendo por tanto electricidad. 
 
b) Pérdidas por recombinación 
 
El hecho de que parte de los electrones liberados por los fotones ocupen de nuevo 
huecos vecinos (recombinación), hace que la tensión de vacío disminuya desde 
aproximadamente 1.1 V (tensión teórica), hasta un máximo de 0.6 V en circuito abierto, 
debido a diversos factores y al propio proceso de fabricación de la célula solar. Las 
pérdidas se elevan por esto a un 1 5 %. 
 
c) Pérdidas por reflexión 
 
Si dispusiéramos la oblea de silicio tal y como queda después de haberse producido el 
corte en la barra de silicio monocristalino, la cantidad de luz reflejada tendría un valor 
aproximado del 30 %. No obstante, se han experimentado diferentes recubrimientos que 
reducen este valor aproximadamente al 10%. 
 
d) Pérdidas por los contactos eléctricos 
 
Evidentemente, el hecho de dotar a la célula solar de unos contactos que canalicen los 
electrones liberados hacia el circuito exterior, hace que parte de su superficie de 
captación se vea tapada por estos contactos eléctricos de rejilla, que no son 
transparentes y, en definitiva, restan iluminación. Las pérdidas por este concepto pueden 
evaluarse, como media, en un 8 %, ya que dependen del diseño de la célula. 
 
e) Pérdidas por resistencia serie 
 
Son debidas al efecto Joule que se produce al circular la corriente eléctrica a través del 
silicio, produciendo un calentamiento. Representan sobre el conjunto un 
2%-3%. 
 
Visto lo anterior y sumando los distintos valores, se obtiene que la eficiencia real de la 
célula solar fotovoltaica no puede superar el 15 %, debido a las dificultades de reducir 
las diferentes pérdidas. No obstante, y como al principio se ha comentado, en 
laboratorio pueden obtenerse valores más altos, dado que puede jugarse con una 
precisión en los procesos de fabricación que raramente puede darse en las cadenas de 
producción. 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Capítulo 2 
 
Células y paneles fotovoltaicos 
 
La célula fotovoltaica es un dispositivo capaz de convertir la luz en electricidad de una 
forma directa e inmediata. Normalmente, las células fotovoltaicas más utilizadas son las 
formadas por una unión p-n y construidas a base de silicio monocristalino. No obstante, 
existen diversos procedimientos y tipos de materiales que se usan para la construcción 
de las células y que trataremos de resumir en los siguientes apartados. 
 
 
 
Células de arseniuro de galio 
 
Son quizá estas células fotovoltaicas las más indicadas para la fabricación de módulos, 
ya que su rendimiento teórico alcanza límites cercanos al 27% -28% en su versión 
monocristalina. El problema principal radica en que este material es raro y poco 
abundante, hecho por el cual no se ha empezado su manipulación hasta hace 
relativamente poco tiempo, estando su tecnología poco avanzada y con costes elevados. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Una característica interesante del AsGa es su elevado coeficiente de absorción, que hace 
que con poco material se obtenga una eficiencia elevada. Otra particularidad de suma 
importancia es que puede trabajar a temperaturas altas con menores pérdidas que el 
silicio monocristalino, lo que permite ser utilizado con ventaja en sistemas de 
concentración. 
En definitiva, las células de arseniuro de galio presentan unas buenas características, 
pero su uso se ve limitado por el elevado coste de producción de este material, que hace, 
por el momento, que su precio no resulte competitivo frente a las tecnologías 
actualmente utilizadas. 
 
Células de sulfuro de cadmio y sulfuro de cobre 
 
Se ha experimentado también en la obtención de células compuestas por dos capas: una 
de sulfuro de cadmio (SCd) y otra de sulfuro de cobre (SCu2). La ventaja de este 
sistema radica en que se utiliza muy poco material activo en un proceso fácil de 
fabricación. Los rendimientos máximos obtenidos en laboratorio no superan el 10%, 
viéndose disminuidos a la mitad una vez que se llegara a la práctica industrial. 
El grave problema que presenta este tipo de células es la degradación que se produce 
con el paso del tiempo. No obstante, se está investigando en los diferentes motivos que 
producen esta inestabilidad con el fin de que, al subsanarlos, se pueda contar con una 
alternativa de bajo coste a los materiales actualmente utilizados. 
 
Células bifaciales 
 
Esta tecnología de fabricación consiste en crear una doble unión (normalmente n-p -p) 
de tal forma que la célula sea activa tanto en la cara frontal como en su cara posterior. 
Este procedimiento permite captar la radiación frontal y la reflejada en el suelo (albedo), 
que es transformada en electricidad en la parte posterior de la célula fotovoltaica. 
Lógicamente, la energía producida por el albedo es menor que la que produce la 
radiación directa, pudiendo llegar su valor al 30% de la energía total cuidando la calidad 
de la superficie de reflexión, así como ciertas condiciones mecánicas en la colocación 
del panel formado por este tipo de células. 
 
Las células bifaciales obtienen, por tanto, mejor rendimiento que las monofaciales, pero 
lógicamente el coste de producción se eleva, ya que se necesitan varios tratamientos 
extras en el dopaje del silicio para crear las diferentes capas activas. 
 
La invención y el desarrollo de este tipo de células se deben a un grupo de 
investigadores del Laboratorio de Semiconductores de la Escuela Técnica Superior 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
22 
 
de Ingenieros de Telecomunicación de Madrid, en los primeros años de la década de los 
ochenta, siendo fabricadas y comercializadas por una empresa española hasta finales de 
dicha década. 
 
Dado que los módulos realizados con este tipo de células presentaban mayor 
complejidad en la instalación y un mayor mantenimiento. Hoy en día están 
prácticamente en desuso, habiéndose decantado la industria fotovoltaica por los de 
tecnología mono facial, mucho más versátil y con menos servidumbres a la hora de su 
instalación. 
 
Células de silicio amorfo 
 
La gran ventaja de la utilización del silicio amorfo para la fabricación de células 
fotovoltaicas radica en el espesor del material a utilizar, ya que puede llegar ser 50 
veces más fino que el equivalente fabricado en silicio monocristalino. 
 
El silicio amorfo tieneunas propiedades totalmente diferentes al silicio cristalino. Por 
ejemplo, su elevada velocidad de recombinación, producida por la gran cantidad de 
imperfecciones en la red cristalina, que crean núcleos activos para la recombinación. 
Este defecto se ve compensado en parte por la adición de hidrógeno (en proporciones 
cercanas al 50%), que hace disminuir la velocidad de recombinación de los portadores. 
 
El silicio amorfo presenta también un alto coeficiente de absorción, lo que permite la 
utilización de espesores de material activo muy pequeños. 
 
Existen estudios para comprobar la viabilidad de fabricar células solares de silicio 
amorfo superponiendo varias capas, cada una sensible a unas determinadas radiaciones, 
con lo cual se podrían obtener rendimientos próximos a los del silicio monocristalino, al 
sumarse la efectividad de cada una de ellas. 
El desarrollo histórico del silicio amorfo desde que, aproximadamente en 1983, saliera 
al mercado fotovoltaico con un rendimiento entre el 3 % y el 4 %, en su versión de 
unión simple p-n, ha llegado a conseguir eficiencias del 9 % en este mismo tipo de 
unión, y valores próximos a los estándares del silicio monocristalino en las versiones 
multicapa. 
 
En definitiva, el silicio amorfo se presenta como un candidato importante para la 
fabricación de células fotovoltaicas, una vez que sean resueltos los problemas de 
degradación que sufren las células al ser expuestas al sol después de un determinado 
tiempo de trabajo. 
Estudios realizados llegaron a la conclusión de que el parámetro causante de dicha 
disminución de potencia entregada es el FF (definido más adelante), debido a una 
disminución de la longitud de colección de portadores, y se proponían 
 
 
 
 
 
 
23 
 
diversas soluciones, entre las cuales se citaba una mayor utilización de las células 
de silicio amorfo multicapa. 
 
El coste de fabricación de las células de silicio amorfo es, en principio, mucho más 
barato que el del resto de las tecnologías, como consecuencia del poco material que se 
emplea y la facilidad de su fabricación en masa, por lo que son muy usadas en pequeñas 
alimentaciones eléctricas (calculadoras, relojes, radios, linternas, etc.) donde su limitada 
vida no es un problema, dado que la vida activa del propio aparato que las incorpora 
suele ser más corta, por tratarse de equipos inmersos claramente en mercados de 
consumo. 
 
Algunas compañías fotovoltaicas siguen experimentando con este material en su 
producción industrial para aplicaciones profesionales, sin que hasta el momento se 
comercialice masivamente. Habrá que esperar algún tiempo para ver cómo se desarrolla 
esta tecnología, teniendo en cuenta que ya ha habido más de un fracaso técnico a lo 
largo de la historia fotovoltaica. 
Como característica diferenciadora de otras células solares, aparte de las que se han 
descrito anteriormente, está la posibilidad de hacerlas de colores o incluso traslúcidas, 
peculiaridades éstas que le confieren a este tipo de tecnología unas posibilidades de uso 
francamente amplias. 
 
Células de silicio policristalino 
 
Son aquellas obtenidas a partir de procesos que no necesitan un control exhaustivo de la 
temperatura en la solidificación del material de silicio, ni tampoco un crecimiento 
controlado de su red cristalina. Se les da el nombre de policristalinas, ya que la 
solidificación no se hace en un solo cristal sino en múltiples. 
 
Durante los años 1981-1982, se especuló con la posibilidad de un coste sensiblemente 
más barato que el de la tecnología monocristalina. En honor a la verdad, hoy día la 
diferencia no resulta tan grande y tan sólo algunos fabricantes siguen con este tipo de 
tecnología en sus líneas de fabricación, no habiéndose extendido su uso en la medida 
que indicaban las previsiones iniciales. 
 
Del primer rendimiento obtenido al inicio de la década de los ochenta, que se situaba 
entre el 7% y el 8%, se ha logrado incrementar a valores próximos al 12%, siendo 
incluso posible, en los procesos de fabricación refinados, llegar a valores del 14 %. No 
obstante, su precio difiere en estos casos poco o nada respecto a la tecnología 
monocristalina tradicional habitualmente utilizada. 
 
Una gran ventaja en la fabricación de células de silicio policristalino es la posibilidad de 
producirlas directamente en forma cuadrada, lo que facilita enormemente la fabricación 
de paneles solares compactos sin posteriores mecanizaciones de la célula. 
 
 
 
 
 
24 
 
Hay diferentes tipos de silicio policristalino atendiendo al tamaño de los cristales que lo 
componen, que generalmente en los más modernos es mucho más pequeño que en las 
células más antiguas, lo que da un aspecto más homogéneo a su superficie. 
 
Existen investigaciones sobre la prefabricación en masa, proceso que utilizando un 
silicio de un grado solar, produce células policristalinas continuas de 60 cm de ancho, 
las cuales posteriormente se trocearían para obtener las células habituales que darán 
lugar a la fabricación de módulos fotovoltaicos estándar. Lo interesante de este proceso 
es que es totalmente continuo, y prácticamente sin intervención de mano de obra ni 
pasos intermedios, como ocurre en el silicio policristalino clásico. Además permitiría 
disponer de células de tamaños muy variados, e incluso hacer módulos de una sola 
célula, lo que abriría nuevos conceptos de aplicación y tecnología a la industria 
fotovoltaica. A las células construidas de esta forma se las denomina comercialmente 
APEXTM y al método de fabricación propiamente dicho, Silicon Film. Lo realmente 
novedoso de este sistema no es en sí la célula, que es una versión policristalina, sino su 
particular método de fabricación, que como se verá más adelante, elimina la 
solidificación clásica y el corte de la oblea, dos pasos realmente costosos en el proceso 
de producción de un módulo fotovoltaico. 
 
Células de silicio monocristalino 
 
Como se ha mencionado al principio de este capítulo, las células fotovoltaicas más 
usadas en la actualidad son las de silicio monocristalino. Esto puede deberse en gran 
parte a la importante industria que se ha montado alrededor del silicio, ya que es la base 
de todos los transistores, circuitos integrados y otros componentes activos electrónicos. 
Por otro lado, no podemos olvidar que el silicio es el segundo material más abundante 
en la Tierra, después del oxígeno. 
 
Después de estos datos, uno puede preguntarse la razón por la cual las células 
fotovoltaicas tienen un coste elevado. La respuesta a esta cuestión tiene varias 
vertientes. Primeramente, el silicio no se encuentra en estado puro y existen ciertos 
elementos de difícil eliminación. Por otra parte, se ha de fundir y hacerse crecer para 
formar un monocristal, como se verá más tarde, etapa en la cual se invierte mucho 
tiempo y mucha energía. Otro aspecto importante es que, por el momento, su uso está 
un poco limitado, no pudiéndose fabricar en cantidades tales que pudieran abaratar 
sensiblemente el coste del producto. 
 
Una célula solar de silicio monocristalino no es otra cosa que un diodo de unión p-n que 
se hace especialmente sensible a la iluminación, generando la corriente eléctrica. En la 
figura 2 se observa el circuito equivalente de una célula 
 
 
 
 
 
 
 
 
25 
 
fotovoltaica, donde se aprecia el generador de corriente fotogenerada, el diodo, un 
pequeño efecto capacitivo (expresado por un condensador) y dos resistencias típicas de 
la fabricación, una en serie y otra en paralelo o shunt, que están formadas por los 
propios materiales utilizados. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Parámetros de una célula solar 
 
La curva intensidad-tensión (1- E) que define el comportamiento de una célula 
fotovoltaica está representada en la figura 3. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
En dicha figura se pueden verlos parámetros típicos que definen una célula. 
Son los siguientes: 
 
 
26 
Intensidad de cortocircuito, Icc 
 
Es aquella que se produce a tensión cero, pudiendo ser medida directamente con un 
amperímetro conectado a la salida de la célula solar. Su valor varía en función de la 
superficie y de la radiación luminosa a la que la célula es expuesta. 
Normalmente, y para células cuadradas de 4, 5 y 6 pulgadas, las corrientes se sitúan en 
los 3.1 A, 4.4 A y 7.1 A respectivamente, para una radiación de 
100 mW/cm2. 
 
Tensión de circuito abierto, Vca 
 
Es la tensión que podemos medir al no existir una carga conectada y representa la 
tensión máxima que puede dar una célula. Su medida se realiza simplemente 
conectando un voltímetro entre bornes, y su valor oscila, según el tipo de construcción 
interior de la célula, alrededor de los 0.5 V. 
 
Potencia pico, Wp 
 
Es la potencia eléctrica máxima que puede suministrar una célula, y quede determinada 
por el punto de la curva I-V donde el producto de la intensidad producida y la tensión es 
máximo. Todos los restantes puntos de la curva generan valores inferiores de dicho 
producto. 
 
Factor deforma, FF 
 
Se define mediante la expresión: 
 
FF= (Ip Vp)/(Icc Vca) 
 
Evidentemente, el FF siempre será un valor más pequeño que la unidad, y la célula solar 
será tanto mejor cuanto más se aproxime el valor del factor de forma a dicha cifra. 
Normalmente, en las células comerciales el FF está comprendido entre 0.7 y 0.8, 
teniendo las de silicio monocristalino, por regla general, mejor valor que las fabricadas 
con silicio policristalino. 
El factor de forma resulta ser un parámetro de gran utilidad práctica, ya que al ser 
comparado con el de otro tipo de célula nos da una idea de la calidad relativa de una 
célula con respecto a otra. 
 
Eficiencia de conversión o rendimiento 
 
Por último, otro parámetro que define la calidad de una célula fotovoltaica es el 
rendimiento o eficiencia de conversión (a), representado por la siguiente fórmula: 
 
n= Wp/Wx 
 
 
 
27 
 
 
donde W, (potencia pico) es igual al producto de la intensidad pico (I) por la tensión 
pico (Vr), representada en la figura 3 por el rectángulo rayado, y Wr es la potencia de 
radiación incidente sobre la superficie de la célula solar. 
Para conocer bien el funcionamiento de una célula fotovoltaica debemos tener presentes 
dos conceptos fundamentales: 
 
a) La tensión en bornes de una unión p-n varía en función de la temperatura, pero a un 
determinado valor de esta última, dicha tensión es constante. 
 
b) La corriente suministrada por una célula solar a un circuito exterior es proporcional a 
la intensidad de la radiación y a la superficie de la célula. 
 
Los gráficos nos muestran claramente estos conceptos, tal corno se puede apreciar en la 
figura 4, ya que observamos que si mantenemos una iluminación constante y variamos 
la temperatura, la curva inicial se va desplazando a la vez que la tensión de circuito 
abierto va haciéndose más pequeña. 
 
En el gráfico de la figura 5 vemos que si mantenemos la célula a una temperatura 
constante y disminuimos la radiación incidente, obtenemos unas corrientes de 
cortocircuito cada vez menores, pero que están relacionadas proporcionalmente con las 
iluminaciones. 
 
 
 
 
28 
 
 
También puede apreciarse que la tensión de circuito abierto no ha variado 
sensiblemente, lo que nos demuestra su estabilidad frente a los incrementos de la 
iluminación. 
Si ahora observamos el comportamiento de la tensión, corriente y rendimiento de 
nuestra célula aunándolas en un solo gráfico, como el de la figura 6, obtenemos 
deducciones muy interesantes, como que al aumentar la temperatura la tensión baja, 
mientras que la curva correspondiente a la intensidad incrementa su valor en menor 
proporción, lo que se traduce en un descenso del rendimiento. Podremos decir, en 
consecuencia, que a medida que la temperatura a la que se encuentra la célula aumenta, 
disminuye el rendimiento, produciéndose el efecto contrario, es decir, un aumento del 
rendimiento, en función de temperaturas más bajas. 
Dos parámetros definen lo comentado con respecto a la variación con la temperatura. 
Son los llamados parámetros alfa (cr) y beta (/, que lógicamente son diferentes para 
cada tipo de célula, aunque similares con relación a las tecnologías. Sus definiciones y 
los valores típicos de los mismos para tecnología monocristalina son: 
 
α: Variación de la intensidad de cortocircuito con la temperatura. 
Valor típico = 0.63 mA/°C 
 
β: Variación del voltaje de circuito abierto con la temperatura. 
Valor típico = -2.3 mV/°C 
 
 
 
 
 
29 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Proceso de fabricación de las células monocristalinas 
 
Ciñéndonos al proceso de producción de las células solares monocristalinas. Podemos 
distinguir dos pasos de fabricación: la elaboración y purificación del silicio y la propia 
fabricación de la célula. 
 
El silicio se obtiene principalmente de la sílice (óxido de silicio), de la que, por el 
método de reducción, se extrae el silicio llamado de grado metalúrgico, que dispone de 
una pureza del 98%. Que al no ser suficiente, ha de volverse a purificar hasta el extremo 
de llegar a un valor del 99.9999%. 
 
Este silicio puro, al que se le da el nombre de silicio de grado electrónico, es el 
comúnmente utilizado para la fabricación de células. No obstante, se está investigando 
en la obtención de un silicio denominado de grado solar, que no llegue a ser tan puro y 
costoso como lo es el de grado electrónico, pero pueda sustituirlo con eficacia 
reduciendo a la vez el coste. 
 
Una vez obtenido el material adecuado por su pureza, comienza propiamente el proceso 
de fabricación, que consiste en introducir el silicio al 99.9999% en un crisol junto con 
impurezas de boro, para formar una masa fundida, llevando el conjunto a una 
temperatura de 1400 oc aproximadamente. Una vez que todo el material se encuentra en 
estado líquido, se dispone de una varilla cuyo extremo tiene un germen de silicio que, al 
ponerse en contacto con la masa, da comienzo al proceso de solidificación del material. 
Esta varilla tiene un movimiento rotativo y lentamente ascendente, de tal forma que va 
solidificando un tocho metálico de un diámetro que corresponde a la velocidad de 
ascenso y giro que se ha imprimido a 
 
 
 
30 
 
la varilla. Ésta es la razón por la cual la mayoría de las células solares tienen forma 
circular. En el caso de querer hacerlas cuadradas, tendríamos que cortar los cuatro 
trozos laterales hasta dejar el cuadrado inscrito en dicho círculo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Una vez que se dispone del tocho de silicio monocristalino, se trocea en finas obleas 
que posteriormente se convertirán en células solares. El corte se realiza mediante sierras 
extremadamente precisas, obteniendo obleas de un espesor del orden de 0.3 milímetros. 
En esta etapa se llega a desperdiciar en polvo hasta un 40 % del material, que puede ser 
nuevamente reciclado aunque con evidentes pérdidas económicas para el producto final. 
La siguiente fase consiste en restablecer los efectos perniciosos que se han producido 
por el efecto del corte. Esto se realiza introduciendo las obleas en baños químicos que 
restauran la capa superficial dañada, preparándola para los posteriores pasos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
31 
 
 
 
Los lingotes producidos por el método descrito anteriormente, denominado método 
Czochralsky, suelen tener una longitud de un metro, y diámetros comprendidos entre 20 
mm y200 mm. El tiempo invertido en la producción de uno de estos lingotes puede 
llegar a ser de 8 horas. 
 
Disponemos hasta ahora de una fina superficie de silicio dopado con una pequeña 
cantidad de boro. El siguiente proceso consiste en la propiacreación de la célula, mejor 
dicho, de la unión p-n que formará la célula solar tal y cómo la podemos observar en la 
realidad. Para ello, se la introduce en hornos especiales a una temperatura entre 800 °C 
y 1000 °C durante un tiempo prefijado, y en una atmósfera que se encuentra cargada de 
átomos de fósforo y que se va difundiendo sobre la cara de la oblea que se quiere dopar 
con material n. La profundidad que alcanza la penetración de fósforo está en función de 
la temperatura del horno y de la duración del proceso. De esta forma, disponemos de 
una unión p-n creada en el interior de la oblea, que será capaz de producir corriente 
eléctrica al incidir radiación. 
 
Después de los procesos descritos anteriormente, la célula presenta una superficie que 
rechaza aproximadamente el 33% de la radiación que pueda llegarle, dado su aspecto 
metálico. Por este motivo se procede a la aplicación de una capa antirreflectante que 
disminuya el valor rechazado a tan sólo un 10 % - 12 %, aumentando de esta manera la 
eficiencia de la célula. 
 
 
 
 
 
32 
 
Son diferentes los métodos aplicados para crear la capa antirreflectante, pero 
generalmente se utiliza la evaporación al vacío, que consiste en una calefacción 
eléctrica que evapora el material antirreflectante depositado previamente. Otro método, 
cada vez más utilizado, consiste en la creación de pequeñas pirámides en la superficie 
del material, que realizan una función de rebote del rayo incidente, de forma que gran 
parte de la radiación penetre dentro del semiconductor. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Este método se denomina texturizado y se crea mediante reacciones químicas en la 
superficie de la célula. Presenta grandes ventajas de coste, además de poderse realizar 
tanto antes del dopado de fósforo corno después. 
 
 
 
 
 
33 
 
Para poder hacer útil la energía que proporciona la célula solar una vez que se ilumina, 
se la debe proveer de contactos eléctricos capaces de recolectar los electrones que se 
liberan por acción de los fotones que contiene la luz. El diseño del dibujo sobre la 
superficie de la célula es muy importante, ya que cuantos más contactos se pongan, 
mayor cantidad de electrones serán capturados pero, en contrapartida, menor 
iluminación llegará a la superficie activa, debido a que estos contactos no son 
transparentes. Por tanto, se debe llegar a un compromiso entre las dos exigencias. Por 
una parte, se debe permitir que la mayor superficie de la célula quede libre para recibir 
la radiación, y simultáneamente se debe cubrir lo mejor posible ésta para recolectar la 
máxima cantidad de portadores de carga. 
Existe un sistema más costoso, pero también algo más efectivo, en el cual, mediante una 
incisión de láser en la superficie de la célula, se introducen los contactos verticalmente, 
en vez de horizontalmente. De esta forma, la superficie expuesta a la radiación es mayor 
y ello se traduce al final en un aumento del rendimiento. Este sistema, cuya célula se 
denomina comercialmente “Saturno”, se caracteriza principalmente y de una forma 
visual, por no verse prácticamente los contactos, quedando su superficie de un color 
muy homogéneo. 
 
 
 
 
 
34 
 
 
El material de que están constituidos los electrodos, tanto frontal corno posterior, suele 
ser una aleación de diversos metales, como son: la plata, el titanio, el paladio, el cobre, 
el aluminio, etc., variando en función del tipo de célula solar que se fabrique. Por 
ejemplo, tanto la técnica de creación de los contactos como los materiales empleados en 
una célula de aplicación espacial, serán diferentes a los empleados en aplicaciones 
terrestres, mucho menos comprometidas. 
Los métodos para la consecución de contactos fiables son principalmente la 
evaporización al vacío, el procedimiento electroquímico y el serigráfico. El primero 
utiliza cañones electrónicos que crean el contacto aplicando las capas de diferentes 
metales sucesivamente, sufriendo posteriormente un tratamiento térmico para que el 
material penetre en la célula y realice un buen contacto eléctrico. Este método resulta 
muy lento, lo que hace que no sea excesivamente competitivo pero sí de una gran 
calidad. 
El siguiente método, el electroquímico, es muy usado en la fabricación de componentes 
electrónicos y se produce mediante la inmersión de la célula en líquidos controlados en 
temperatura. Pueden utilizarse materiales como níquel y cobre, que son depositados en 
capas diferentes, pasando posteriormente por un tratamiento térmico. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
35 
 
 
Los procedimientos serigráficos quizá son hoy en día los más usados, dado su bajo coste 
de producción, así como la facilidad de su automatización. Utilizan una pasta 
conductora compuesta por plata, titanio, aluminio, etc., que se deposita por serigrafía en 
la célula solar, la cual posteriormente se introduce en un horno que difunde el material 
conductor en la superficie de la oblea. De esta forma y de dos pasadas (cara frontal y 
posterior), queda lista la célula para la última fase, con la que se cierra el proceso de 
fabricación de la misma. Esta consiste en efectuar las pruebas eléctricas para clasificar 
sus características. Se realizan de una forma automática, analizando su respuesta de I-V 
(intensidad-tensión), así como la respuesta espectral. 
 
Últimamente y debido al gran desarrollo del sector fotovoltaico, los fabricantes de 
células han introducido para la fabricación de módulos las células cuadradas. Estas 
células, por ejemplo, se obtienen cortando un cuadrado con dimensiones de 10 cm x 10 
cm sobre un tocho, crecido por el procedimiento Czochralsky, de un diámetro 
aproximado de 141 mm. El resultado es una célula capaz de crear módulos mucho más 
compactos, al evitar los intersticios producidos por la disposición de las células 
redondas, aumentando sensiblemente el rendimiento por unidad de superficie del 
módulo. 
 
El módulo fotovoltaico 
 
Lógicamente, y salvo muy pocas aplicaciones (juguetería, equipos didácticos, etc.), las 
células se agrupan en lo que se denomina módulo o panel fotovoltaico, que no es otra 
cosa que un conjunto de células conectadas convenientemente, de tal forma que reúnan 
unas condiciones óptimas para su integración en sistemas de generación de energía, 
siendo compatibles (tanto en tensión como en potencia) con las necesidades y equipos 
estándares existentes en el mercado. 
 
Normalmente, se habla de paneles de 6 V, 12 V y 24 V, si bien es cierto que su tensión 
está por encima de las mencionadas, oscilando las potencias producidas entre los 2.5 W 
y los 180 W. 
 
Las células que integran un panel fotovoltaico deben estar comprendidas en un rango 
muy estrecho en cuanto a sus parámetros eléctricos, para evitar las descompensaciones 
que se producirían en el interior del módulo si unas generaran más corriente que las 
vecinas. Precisamente por este motivo son de suma importancia las pruebas finales de 
las células, dentro de su proceso de fabricación. 
El módulo fotovoltaico consta de diversas capas que recubren a las células por arriba y 
por abajo, con el fin de darles una protección mecánica, a la vez que además las 
protegen contra los agentes atmosféricos, especialmente el agua, que puede llegar a ser 
causante de la oxidación de los contactos, con lo cual las células quedarían inservibles 
para la producción de energía. 
 
 
 
 
 
36 
 
 
Los módulos fotovoltaicos tienen estructuras y formas muy variadas, según los 
diferentes fabricantes. Podríamos hacer una división general diciendo que un módulo 
puede estar formado por: 
 
Cubierta exterior 
Capa encapsulante anterior 
Células fotovoltaicas 
Capa encapsulante posterior 
Protección posterior 
Marco soporte 
Contactos eléctricos de salida 
 
Describiremos someramente las principales cualidadesque deben presentar los 
materiales que se usan para la fabricación de los módulos fotovoltaicos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Cubierta exterior 
 
Tiene una función eminentemente protectora ya que es la que debe sufrir la acción de 
los agentes atmosféricos. Por este motivo, se suele utilizar vidrio en vez de siliconas 
como hace algunos años, pues presentaban problemas de durabilidad. El vidrio, 
especialmente el templado, presenta unas cualidades que confieren al módulo 
fotovoltaico grandes ventajas respecto a otros tipos de materiales, ya que presenta una 
buena protección contra los impactos a la vez que tiene una excelente transmisión a la 
radiación del espectro solar. 
 
 
 
 
 
 
37 
 
El cristal utilizado para la fabricación de módulos y paneles fotovoltaicos debe ser, en 
su parte exterior, sumamente liso y capaz de no retener suciedad. No ocurre 
normalmente así en la posterior, que está en contacto con el encapsulante, y es rugosa 
con el fin de mejorar la penetración de la radiación y la adherencia con éste, donde están 
embutidas las células. 
 
Capas encapsulantes 
 
Son las encargadas de proteger las células solares y los contactos de interconexión. Los 
materiales utilizados (siliconas, EVA o etil-vinilo-acetileno, polivinilo butiral, etc.) 
deben presentar sobre todo tina excelente transmisión a la radiación solar, así corno una 
nula degradación frente a las radiaciones ultravioletas, ya que si no es así, puede 
disminuir el rendimiento del módulo. El encapsulante debe cumplir también la misión 
de proteger y amortiguar las posibles vibraciones e impactos que se puedan producir, así 
como actuar de adhesivo entre las cubiertas posterior e inferior. 
 
Protección posterior 
 
Su misión consiste fundamentalmente en proteger contra los agentes atmosféricos, 
ejerciendo tina barrera infranqueable contra la humedad. Algunos fabricantes utilizan 
cristal, pero normalmente suelen emplearse materiales acrílicos, siliconas, TEDLAR o 
EVA. Estos últimos materiales, cada día más usados, proporcionan unas características 
inigualables, ya que son hasta 2300 veces menos absorbentes de la humedad que la 
silicona. 
 
Habitualmente suele tener color blanco, ya que esto favorece el rendimiento del panel, 
debido a que al reflejar la radiación incidente entre los intersticios que dejan las células, 
ésta se refracta en las rugosidades del vidrio en su parte interior, haciendo que incida de 
nuevo sobre las células. 
 
 
 
38 
 
Marco soporte 
 
Es la parte que presta rigidez mecánica al conjunto y permite su inserción en estructuras 
que agruparán a más módulos. 
El marco suele ser de aluminio anodizado o acero inoxidable, y a veces puede aplicarse 
un tratamiento especial para hacerlo aún más resistente al ambiente marino, que tan 
perjudicial es para los metales. 
Los marcos soporte deberán llevar los taladros necesarios para su anclaje a un bastidor, 
evitando tener que ser manipulados posteriormente. Un marco no debe ser taladrado 
bajo ningún concepto, ya que las vibraciones producidas pueden hacer estallar al cristal. 
Algunos módulos llevan acoplados una toma de tierra, que deberá ser utilizada, 
especialmente, si el número de unidades que van a ser instaladas es grande. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Contactos eléctricos 
 
Son aquellos que nos permitirán acceder a la energía producida por el módulo 
fotovoltaico. Las formas son variadas, pero normalmente suelen disponerse en una o 
dos cajas de conexión de intemperie, con los contactos accesibles mediante tornillo, 
clema, conector o cualquier otra forma de contacto eléctrico fiable. A veces, 
especialmente si se trata de módulos de pequeña potencia. Se los dota de un cable de 
salida de longitud suficiente e incluso de unos simples contactos de tornillo que 
posteriormente se cubren mediante una protección de goma. Evidentemente, la 
protección mediante caja de conexiones de intemperie resulta ser la opción más fiable y 
duradera en el tiempo, además de poder incorporar en su interior ciertos elementos de 
protección como los diodos de by-pass, que evitarían los desperfectos por sombras 
parciales y que serán estudiados con más detenimiento en el capítulo 8. 
 
 
 
39 
 
Fabricación de un módulo fotovoltaico 
 
Una vez que se dispone de las células solares debidamente seleccionadas y agrupadas, 
se interconexionan en serie para conseguir una tensión normalizada y, por tanto, fácil de 
trabajar con ella. Generalmente se dispone de un total de 30 a 36 células, número que 
variará en función del tipo y tensión de cada una. 
 
Dispuesto el circuito eléctrico se depositan, por una parte, el cristal y una capa de 
encapsulante, y por la contraria, otra capa de encapsulante y la de protección posterior. 
Este conjunto es introducido en un horno especial para su laminación, donde se realizará 
el vacío para hacer desaparecer toda bolsa de aire que pueda quedar en el interior. 
Seguidamente se va aumentando la temperatura, de tal forma que el encapsulante 
empiece a fundirse (ya que su punto de fusión es más bajo que el del resto de los 
materiales), rodeando totalmente a células y contactos, a la vez que hace de adhesivo 
con el cristal y la capa posterior, quedando el conjunto totalmente estanco. Una vez que 
todas estas capas han formado un bloque compacto, se aplica el marco soporte mediante 
goma butílica o silicona, para permitir sin problemas las dilataciones del conjunto por 
efecto del calor. 
 
El proceso siguiente consiste en incorporar las bornes de conexión y realizar las pruebas 
finales del módulo, que permitirán clasificarlos por potencias para que, mediante algún 
código, puedan ser identificadas a la hora de su instalación y, al igual que las células, el 
conjunto de módulos presente características comunes que no permitan 
descompensaciones entre los grupos serie-paralelo. 
En la figura 16 puede apreciarse la gama de curvas 1- V que caracterizan a los módulos 
solares que, como se puede ver, son iguales a las de una célula, con la salvedad de que 
su tensión está multiplicada por el número de células en serie de que consta dicho panel. 
 
 
 
 
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Normativa sobre módulos fotovoltaicos 
 
Desde hace unos años, y debido al incremento en la utilización de los módulos 
fotovoltaicos, se han desarrollado normativas de cualificación que, aun no siendo de 
obligado cumplimiento para los Fabricantes, sí son una buena referencia de calidad para 
los clientes, de tal forma que la práctica totalidad de las fábricas de módulos homologan 
según estos estándares. La norma europea más avanzada al respecto es la EN 61215, por 
la que se realizan pruebas a los módulos en las condiciones más adversas, que aseguren 
el buen funcionamiento en el duro trabajo que les queda por desarrollar en su vida útil. 
Los principales ensayos que se realizan a estos equipos son los siguientes: 
 
-Inspección visual 
-Medidas en las condiciones estándar (1000 W/m2, 25 °C, AM 1 .5) 
-Ensayo de aislamiento eléctrico 
-Medida de los coeficientes α y β 
-Medida de la temperatura de operación nominal TONC 
-Funcionamiento a la TONC 
-Funcionamiento a baja irradiancia 
-Ensayo de exposición en exterior 
-Ensayo a la resistencia de formación de “puntos calientes” 
-Pruebas de resistencia a la radiación ultravioleta (UV) 
-Ensayo de ciclos térmicos (200 ciclos de 40 °C a +85 °C) 
-Prueba de humedad/congelación 
-Ensayo continuo de calor húmedo (1000 horas a 85 oc y 85 % de humedad relativa) 
-Ensayo de resistencia al granizo 
-Ensayo de carga mecánica 
-Prueba de robustez de terminales 
-Prueba de torsión 
 
Como es lógico, después de cada prueba degenerativa se vuelven a medir los parámetros 
eléctricos, con el fin de verificar que el estado del módulo está dentro de rango. 
 
 
Calidad de los módulos fotovoltaicos 
 
Los estándares de calidadcon que se construyen los módulos fotovoltaicos son bastante 
elevados, especialmente en aquellos casos que se acompaña una homologación bajo una 
norma de calidad como las descritas anteriormente. 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Realmente, la calidad está en función directa de los materiales empleados, si bien es 
cierto que la manipulación y el almacenamiento de éstos deben ser controlados para 
evitar degradaciones en el tiempo de vida útil de los módulos. No obstante, la mayoría 
de los fabricantes acreditados y con experiencia dan a sus productos garantía de diez 
años contra defectos de fabricación y disminución de potencia, lo cual hace pensar sobre 
el alto grado de fiabilidad de los mismos. 
A pesar de todo, se suele decir que un panel es mejor que otro por la medida de su 
potencia, y éste es un punto absolutamente importante que requiere algún comentario. 
En primer lugar, no existe una célula igual a otra, y por extensión no existe un módulo 
igual a otro, siendo éste el motivo por el que los Fabricantes suelen dar una variación de 
potencia de + 10 % para cada modelo, lo cual no quiere decir que uno sea mejor que 
otro, sino que da más potencia. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Curiosamente, sin embargo, lo más importante no sería el análisis de la potencia del 
módulo, sino su corriente eléctrica, que es lo que hará que una instalación esté bien o 
mal equilibrada. Por tanto, un buen instalador fotovoltaico se preocupará de pedir a su 
suministrador el rango de corrientes de los módulos que adquiera, con el fin de poner en 
serie los de valores más próximos entre sí, ya que (le nada serviría colocar en una serie 
de cuatro módulos, por ejemplo, tres que nos 
 
 
 
 
 
 
 
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den 5 A y uno que dé 4.5 A, pues el resultado de dicha conexión sería que el grupo 
constituido nos daría tan sólo 4.5 amperios. Este agrupamiento por la corriente de los 
módulos es el más efectivo para conseguir buenos resultados prácticos en las 
instalaciones, siempre y cuando la conexión sea en serie, ya que en el caso de ser sólo 
en paralelo, no tendría especial relevancia, pues las corrientes se sumarían. 
 
Vida útil de los módulos fotovoltaicos 
 
Los datos expuestos sobre esta cuestión están referidos exclusivamente a las tecnologías 
de silicio monocristalino y policristalino, no habiendo datos sobre otros tipos (le 
materiales al no haberse comercializado en cantidad suficiente como para desarrollar 
estudios teóricos y reales de su esperanza de vida, excepto el silicio amorfo que, como 
ya Fue comentado anteriormente, tiene problemas de estabilidad de su potencia con el 
tiempo. 
 
Hablar de la vida (le un módulo fotovoltaico puede hacerse desde dos puntos de vista, el 
simulado en pruebas de envejecimiento prematuro y el de la experiencia. Con el primero 
de estos análisis, y después de pruebas exhaustivas de diversos laboratorios, todos 
parecen coincidir en la afirmación de que la vida esperada de un módulo fotovoltaico, 
sin reducción de rendimiento efectivo, se podría situar en los veinte años y que después 
de éstos perdería progresivamente eficiencia, probablemente a un bajo ritmo. No 
obstante, el análisis más razonable debería provenir de la experiencia práctica, que 
indica que módulos con más (le veinte años de antigüedad están prácticamente como el 
día de su instalación, desde el punto de vista eléctrico. De hecho, la frontera de los 30 
años parece ser ya casi tina realidad, y más en el estado tecnológico actual, donde los 
materiales que se incorporan son de mejor calidad que los utilizados en tiempos 
pasados, así como los procesos constructivos que hoy día se emplean en la fabricación 
de estos elementos. 
 
En consecuencia, se puede afirmar que, a la vista de los datos de laboratorio y los 
contrastados bajo funcionamiento en circunstancias reales, el módulo fotovoltaico tiene 
una dilatada vida útil, mucho mayor que lo que en la actualidad se pide a prácticamente 
la totalidad de los aparatos que nos rodean. Nadie espera que un automóvil nos dure 
veinticinco o treinta años con un funcionamiento diario, o que nuestro televisor, 
frigorífico y el resto de los electrodomésticos que nos rodean alarguen su existencia 
durante tanto período de tiempo, cuando, por ejemplo, la estimación de vida para el 
cálculo de la amortización de un repetidor de telefonía se evalúa en 15 años como 
máximo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Capítulo 3 
 
 
Acumuladores 
 
Conceptos generales 
 
La energía solar llega a la Tierra de una forma variable no sólo respecto al día y la 
noche, sino también a la época del año, condiciones meteorológicas, etc. Algunas de 
estas variaciones son perfectamente predecibles, como las estaciones o la duración de la 
noche, pero no ocurre así con la nubosidad, que es mucho más aleatoria, lo que hace 
necesario la utilización de acumuladores o baterías capaces de alimentar el consumo 
previsto inicialmente durante los días que dure la perturbación. 
 
El acumulador o batería es un dispositivo capaz de transformar una energía potencial 
química en energía eléctrica. Se compone esencialmente de dos electrodos sumergidos 
en un electrolito donde se producen las reacciones químicas en los procesos de carga o 
descarga. 
 
La capacidad de un acumulador se mide en amperios-hora (Ah), para un determinado 
tiempo de descarga. Si este tiempo es muy corto, la capacidad de la batería disminuye, 
mientras que si el tiempo de la descarga aumenta haciéndose ésta lenta, la capacidad de 
la batería aumenta. 
 
Se define la capacidad como la cantidad de electricidad que puede obtenerse durante 
una descarga completa del acumulador plenamente cargado. 
Esta capacidad es el producto de la intensidad de descarga por el tiempo que ésta actúa, 
calculada hasta que se alcanza la tensión final. En definitiva, si tenernos un acumulador 
de 180 Ah medido a 10 horas de descarga, significa que el acumulador puede darnos 1 8 
A durante 10 horas. 
 
La misión principal del acumulador dentro de un sistema solar fotovoltaico consiste en 
suministrar energía tal y como es demandada por la carga, independientemente de la 
producción eléctrica del panel en ese preciso momento. 
Cumple, por otra parte, una misión de fiabilidad, ya que también tiene la función de 
poder alimentar a la carga durante varios días, cuando la producción del panel es baja 
debido a las condiciones meteorológicas adversas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Al acumulador que ha de ser usado para aplicaciones solares se le debe exigir el 
cumplimiento de tinas condiciones básicas, como son: 
 
-Aceptar todas las corrientes de carga que suministre el panel solar. 
-Mantenimiento nulo o mínimo. 
-Fácil transporte e instalación. 
-Baja auto descarga. 
-Rendimiento elevado. 
-Larga vida. 
 
Se encuentran diferentes tipos de haterías en el mercado, pero fundamentalmente se 
pueden hacer dos grandes grupos: las de níquel-cadmio (Ni-Cd) y las de plomo-ácido. 
Las primeras presentan unas cualidades excepcionales, pero debido a su elevado precio 
se usan con menos frecuencia. 
Por el contrario, las baterías de plomo-ácido en sus diferentes versiones son las más 
usadas para las aplicaciones solares, adaptándose a cualquier corriente de carga y 
teniendo un precio razonable. 
Seguidamente, comentaremos ambos tipos de acumuladores, así como diferentes 
aspectos clave para la buena comprensión de sus características en las aplicaciones 
fotovoltaicas. 
 
Componentes y funcionamiento de un acumulador de plomo-ácido 
 
Una batería de plomo-ácido está compuesta por los siguientes elementos básicos: 
 
-Placa positiva, construida con dióxido de plonio (PhO). 
 
-Placa negativa, formada por plomo esponjoso. 
 
-Separadores, cuya misión consiste en separar las placas de diferente polaridad 
aislándolas entre sí. 
 
-Electrolito, constituidopor una solución diluida de ácido sulfúrico. 
 
-Carcasa, construida de polietileno o polipropileno, y encargada de alojar en su interior 
los diferentes elementos descritos anteriormente. 
 
-Terminales de conexión. 
 
En la figura 1 de la página siguiente se pueden apreciar los efectos químicos que tienen 
lugar en un ciclo de carga-descarga en una batería de plomo-ácido. 
 
Como se observa, durante la descarga se produce un aumento de sulfato plúmbico y una 
disminución progresiva de los elementos que componen las placas, tanto positiva como 
negativa, así como una disminución de la concentración de ácido sulfúrico del 
electrolito. 
 
 
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Una vez que la batería ha llegado a su estado de carga bajo y se comienza la recarga, las 
condiciones se van invirtiendo hasta restablecer las proporciones iniciales de cada 
elemento, finalizando entonces la carga del acumulador. 
 
Las placas están construidas con pasta de plomo, cuya cantidad determina la capacidad 
de la hatería así como la profundidad de descarga a que puede ser sometida. 
Cada vez que la batería se descarga. Esta pasta, al irse desprendiendo, pierde volumen. 
Por este motivo, si la hatería debe responder a descargas muy profundas, sus placas 
deben ser muy gruesas y estar formadas con pasta de plomo de alta densidad. 
 
La vida de una batería de plomo-ácido llega a su fin normalmente por dos motivos 
principales. Uno se produce al no haber suficiente pasta de plomo en las placas para 
reaccionar con el electrolito, y el otro, por no existir suficiente electrolito para 
reaccionar con el plomo. 
 
Esto último puede ser paliado en parte utilizando mayor reserva de electrolito por medio 
de una carcasa mayor, pero se deberá tener cuidado, si existe evaporación de agua, de 
que la concentración de ácido no alcance valores peligrosos que puedan dañar al 
acumulador. 
 
En una carga, y particularmente en su fase final, el acumulador desprende gases de 
hidrógeno y oxígeno, produciendo una pérdida de agua que forma parte del electrolito. 
Esta pérdida de agua puede evitarse en parte utilizando tapones catalizadores que, en 
vez de dar salida a los gases hacia la atmósfera, hacen que éstos pasen por sustancias 
catalizadoras que los vuelven a convertir en agua. Permitiendo un menor mantenimiento 
del acumulador. 
 
Profundidad de descarga y vida útil del acumulador 
 
Se denomina profundidad de descarga al valor de la carga, en tanto por ciento con 
respecto a la total, que se ha sacado del acumulador en una descarga. Por ejemplo, si a 
una batería de 200 Ah se le ha sometido a una descarga de 80 Ah, esto da como 
resultado una profundidad de descarga del 40 % sobre la capacidad total de la batería. 
Se pueden dividir los acumuladores en dos tipos principales (siempre refiriéndonos a los 
de plomo-ácido): los de descarga superficial y los de descarga profunda. 
 
Al primer grupo pertenecen aquellas baterías cuya descarga rutinaria se encuentra entre 
el 10% y el 15% y esporádicamente pueden descargarse a valores más profundos (40% -
50%). 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Este tipo de batería utiliza generalmente placas planas de plomo con aleación de 
antimonio, calcio, o una mezcla de estos dos componentes. A este grupo pertenecen las 
baterías sin mantenimiento, que últimamente se están utilizando mucho en aplicaciones 
fotovoltaicas ya que presentan notables ventajas, sobre todo en aplicaciones remotas 
corno son repetidores, telemetría, etc. No obstante, este tipo de baterías debe utilizarse 
con suma precaución a la hora de hacerlas trabajar en grandes descargas, ya que su vida 
se acortaría mucho, llegando a su destrucción total en pocos meses. 
 
El otro grupo de baterías, las de descarga profunda, lo forman aquellas que permiten sin 
deterioro muy apreciable descargas de hasta el 80% de su capacidad. Fijando su 
descarga media en un 20% -25 % en su uso diario. Los acumuladores de ciclo profundo 
incorporan bien placas planas o bien placas tubulares. 
 
En las baterías de placas planas, tanto el positivo como el negativo son rejillas 
empastadas, pero la placa positiva está envuelta con otras placas de cristal esterado, para 
retener la pasta de material activo que cae de la rejilla durante el ciclo de carga-
descarga. 
En las baterías de placas tubulares, la placa positiva está formada por un sistema de 
tubos porosos que contiene cada uno un conductor central rodeado por material activo, 
mientras que la placa negativa es igual a la que utilizan las baterías de placas planas. 
 
Las baterías de placas tubulares tienen la ventaja sobre las de placas planas de que 
suelen tener mayor capacidad y duración. Como se ha visto anteriormente, la capacidad 
de una batería disminuye a medida que la descarga que se le aplica es 
 
 
 
 
 
 
 
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más rápida. En la figura 3 se puede apreciar que con un régimen de descarga de 0.33 A, 
se llega al valor de 1.8 Ven 100 horas, mientras que si descargamos a 1.37 A, el mismo 
voltaje se consigue en tan sólo 20 horas, lo que indica que en el primer caso se 
obtendría una capacidad de 33 Ah y en el segundo caso, de tan sólo 27.4 Ah. Esto 
demuestra que si la descarga se produce en un período largo, representará una 
profundidad de descarga menor que si se realiza en un período corto, ya que la 
capacidad del acumulador aumentaría en función del tiempo que durara la descarga. 
 
Directamente relacionada con la profundidad de descarga está la vida de una batería. 
Esta se expresa en ciclos, que se definen como el número de veces que se produce una 
carga-descarga. La vida de una batería depende también del espesor de las placas y de la 
concentración del electrolito, pero fundamentalmente está marcada por la profundidad 
de cada descarga, ya que, como se puede apreciar en las figuras 4 y 5, cuanto más 
profunda sea la descarga, el número de ciclos se hace menor y se llega antes al fin del 
acumulador. 
 
Si comparamos los dos gráficos, observamos la diferencia que existe entre una batería 
de ciclo profundo y una de ciclo superficial, pues veremos que para una profundidad de 
descarga del 40%, la de ciclo profundo puede soportar 3300 ciclos, mientras que la de 
ciclo superficial, tan sólo 400. No obstante, se debe aclarar que son valores teóricos y 
que existen otros factores que pueden alterar estas cifras notablemente. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Carga del acumulador 
 
Todas las baterías están compuestas por elementos de 2 V nominales y una capacidad 
que dependerá del modelo y tipo de placas utilizadas. Después de su fabricación se 
venderán comercialmente como elementos sueltos para interconexionar entre sí, o bien 
ya conectados y presentados como un bloque, en tensiones de 12 ó 24 V normalmente. 
No obstante, hablaremos de la carga de los acumuladores en su versión básica, esto es, 
por elemento de 2V. 
En un elemento de plomo—ácido la tensión varía según el estado (le carga, el peso 
específico del electrolito y, desde luego, según esté sufriendo una carga o una descarga. 
El voltaje de circuito abierto en tina batería cargada es de 2. 14 V a 25c y el peso 
específico de electrolito, de 1300. 
 
Dado que todas las baterías sufren una autodescarga, necesitan una pequeña corriente de 
mantenimiento para conservarlas completamente cargadas incluso cuando no están 
trabajando. En la práctica esta corriente es suministrada por el panel, siendo el voltaje 
de alimentación de unos0.2 V por encima del voltaje de circuito abierto del elemento 
acumulador. En definitiva, se necesita una tensión de flotación de 2.34 V para 
mantenerla completamente cargada. 
Un elemento que ha sido descargado puede llegar a un estado de plena