
Generador Fotovoltaico
El generador fotovoltaico es el encargado de generar energía eléctrica a partir de la radiación solar.
Este sistema está compuesto por módulos fotovoltaicos o paneles solares, los cuales son ensamblajes de células fotovoltaicas interconectadas en serie y en paralelo para obtener las características de tensión y corriente deseadas, típicamente 12V o 24V.
Las células fotovoltaicas están basadas en una unión PN de silicio dopado con fósforo (tipo N) y boro (tipo P). Al incidir la radiación solar sobre la célula, los fotones transfieren su energía a los electrones de la capa P, generando un flujo de electrones hacia la capa N.
Este fenómeno produce una diferencia de potencial, es decir, una tensión o voltaje, que puede ser utilizada para alimentar cargas eléctricas.
Para maximizar la eficiencia de las células solares, se emplean capas antirreflectantes que reducen las pérdidas por reflexión de la radiación incidente.
La tensión máxima que puede generar una célula solar es de aproximadamente 0,5V. Por lo tanto, la tensión máxima de un panel solar dependerá del número de células conectadas en serie.
Como regla general, la tensión máxima de un panel es aproximadamente la mitad del número de células en serie.
La tensión nominal (VN o VPANEL) de un panel solar se calcula mediante la siguiente relación:

Los paneles solares son el componente fundamental en el cálculo de instalaciones fotovoltaicas. Sus características técnicas y su interacción con otros componentes del sistema determinan el rendimiento global de la instalación.
Contenidos
Tipos de Paneles Solares de un Generador Fotovoltaico
Según su método de fabricación, existen 3 tipos principales de células: de silicio monocristalino, silicio policristalino y silicio amorfo.
Silicio Monocristalino
Los paneles solares de silicio monocristalino presentan una estructura cristalina altamente ordenada, obtenida a partir de un lingote de silicio monocristalino dopado.
Su estructura de un único cristal de silicio les otorga ese característico color negro uniforme y una eficiencia que puede superar el 23% en los modelos más avanzados.

Lo que los distingue especialmente es su excelente comportamiento en condiciones reales: mantienen un alto rendimiento incluso en climas cálidos y con luz difusa, gracias a su bajo coeficiente de temperatura (-0,3%/°C) y su capacidad para captar mejor el espectro solar.
Aunque su precio es superior al de otras tecnologías, su mayor producción energética por metro cuadrado y su vida útil extendida (más de 30 años con degradación mínima) los convierten en la opción más rentable a largo plazo.
Las gamas medias/altas de estos paneles suelen incorporar estas 2 innovaciones:
● Tecnología PERC: los paneles con tecnología PERC (Passivated Emitter and Rear Cell) incluyen una capa reflectante en la parte posterior que aprovecha mejor los fotones, aumentando su eficiencia entre un 1% y 3% adicional.
● Tecnología Half-Cell: los módulos Half-Cell dividen las células solares en 2 mitades, reduciendo las pérdidas por resistencia interna y mejorando su rendimiento en condiciones de sombra parcial.
Silicio Policristalino
Los paneles solares de silicio policristalino han sido durante años una de las opciones más populares para instalaciones fotovoltaicas, destacando por ofrecer un balance interesante entre precio y eficiencia.
Su característico color azul oscuro con un patrón de cristales irregulares los hace fácilmente reconocibles, resultado de su proceso de fabricación donde el silicio se funde y enfría en moldes cuadrados, creando múltiples cristales en una misma célula.

Aunque su eficiencia, de hasta el 18%, es inferior a la de los paneles monocristalinos, los policristalinos presentan ventajas significativas en términos de coste, siendo generalmente un 10-20% más económicos por vatio.
Esta relación precio-rendimiento los convierte en una opción atractiva para proyectos donde el espacio disponible no es un factor limitante, como en grandes tejados o instalaciones sobre suelo.
En cuanto a durabilidad, los paneles policristalinos modernos ofrecen una vida útil similar a los monocristalinos (25-30 años). Su comportamiento en condiciones de alta temperatura es ligeramente inferior (-0,4%/°C), lo que significa que pierden un poco más de eficiencia en climas muy cálidos en comparación con los monocristalinos.
Aunque han perdido parte de su cuota de mercado frente a los monocristalinos más eficientes, siguen siendo una opción válida para quienes buscan una solución solar económica sin comprometer excesivamente el rendimiento, especialmente en climas templados donde las altas temperaturas no son un problema frecuente.
Silicio Amorfo
Los paneles de silicio amorfo representan una tecnología fotovoltaica distinta a las convencionales de silicio cristalino. Su estructura desordenada a nivel molecular (carente de la organización cristalina del silicio mono o policristalino) les confiere propiedades únicas, como una notable flexibilidad y capacidad para integrarse en superficies diversas.
Estas células se fabrican depositando capas ultrafinas de silicio (apenas 1 micrómetro de grosor) sobre sustratos de vidrio, plástico o incluso metal, lo que permite crear paneles ligeros, semitransparentes y adaptables a superficies curvas.

Aunque su eficiencia, de hasta el 12%, es significativamente menor que la de los paneles cristalinos, los módulos de silicio amorfo destacan por su mejor rendimiento en condiciones de baja luminosidad y altas temperaturas.
A diferencia de los paneles tradicionales, cuya eficiencia cae notablemente con el calor, los amorfos mantienen un comportamiento más estable en climas cálidos. Además, su capacidad para generar electricidad con luz difusa los hace adecuados para zonas con frecuente nubosidad o para aplicaciones donde la incidencia solar no es directa.
Su principal ventaja radica en su versatilidad arquitectónica. Al ser más delgados (1-3 mm) y ligeros, pueden integrarse en ventanas, fachadas o tejados curvos donde los paneles rígidos no son viables.
Sin embargo, su menor potencia por metro cuadrado obliga a instalar superficies mayores para obtener la misma energía que con tecnologías cristalinas.
Actualmente, su uso se concentra en aplicaciones específicas, como pequeños dispositivos electrónicos, edificios con integración fotovoltaica (BIPV) o proyectos donde el peso y la estética son prioritarios sobre la máxima eficiencia.
A medida que avanzan las tecnologías de capa fina, como las células de silicio amorfo multicapa (micromorfas), su eficiencia sigue mejorando, aunque difícilmente competirán con los paneles cristalinos en aplicaciones que requieran máxima producción energética en espacios reducidos.
Rendimiento o Eficiencia de una Célula Fotovoltaica
El rendimiento o eficiencia de una célula fotovoltaica se define como la relación entre la potencia eléctrica máxima que puede generar PM y la potencia luminosa incidente PL:

En la siguiente tabla se compara el rendimiento de los 3 tipos principales de células:

Además de las células de silicio, existen otros tipos de células fotovoltaicas con características y aplicaciones específicas. Un ejemplo destacado son las células de arseniuro de galio (GaAs). Estas células ofrecen un rendimiento energético significativamente superior al de las células de silicio, alcanzando un rendimiento η de hasta un 29%.
Las células de GaAs pueden fabricarse con un espesor mucho menor que las de silicio, siendo más ligeras y flexibles. Además, su rendimiento se degrada menos a altas temperaturas.
No obstante, el arseniuro de galio es un material con un coste de producción elevado, lo que encarece significativamente el precio de las células y limita su producción a gran escala.
Características Eléctricas de los Paneles de un Generador Fotovoltaico
Las hojas de características de los fabricantes de placas fotovoltaicas proporcionan información detallada sobre sus características eléctricas, las cuales son fundamentales para el diseño y dimensionamiento de la instalación.
Los parámetros eléctricos más relevantes son los siguientes:
Intensidad de Cortocircuito de un Panel Solar Isc
Es la corriente máxima que circula por el panel cuando sus terminales están cortocircuitados (tensión cero). Representa la capacidad máxima de entrega de carga del módulo en condiciones de irradiación máxima.
Al ser la resistencia de la carga de cero, la corriente fluirá sin ninguna oposición, siendo la máxima corriente que se puede extraer del panel.

Intensidad Máxima de un Panel Solar IM o Imp
Es la corriente que circula por el panel en su punto de máxima potencia PM. Este valor de corriente se obtiene cuando el módulo trabaja bajo las condiciones de máximo rendimiento (condiciones específicas de sol, temperatura y carga eléctrica).
La intensidad máxima IM no es la intensidad de cortocircuito Isc, porque ésta sólo se consigue cortocircuitando sus bornes. Suele estar en torno al 90% de la corriente de cortocircuito Isc.

Tensión en Circuito Abierto de un Panel Solar Voc
Es la tensión máxima que se puede medir en los terminales del panel cuando no circula corriente, es decir, cuando no se conecta ninguna carga a la salida del panel solar. Representa la tensión máxima que puede generar el panel en condiciones de irradiación máxima.
Como la resistencia de la carga es infinita (vacío), no circulará corriente y se obtendrá la máxima tensión del panel.

Tensión Máxima de un Panel Solar VM o Vmp
Es la tensión en el punto de máxima potencia PM. Este valor de tensión se obtiene cuando el panel trabaja bajo las condiciones de máximo rendimiento (condiciones específicas de sol, temperatura y carga eléctrica).
La tensión máxima VM suele estar aproximadamente en el 80% de la tensión en circuito abierto VOC.

Potencia Pico o Potencia Máxima de un Panel Solar PM
Es el producto de la corriente máxima IM y la tensión máxima VM. Este valor máximo de potencia se puede obtener del panel bajo unas condiciones específicas de radiación solar, temperatura y carga eléctrica.
Para cada condición de radiación solar y temperatura existirá una potencia máxima. Por tanto, una vez establecidas unas condiciones de sol y temperatura, habrá una corriente IM, que provocará la máxima potencia del panel PM para esas condiciones. La tensión generada por el panel será la tensión VM.

Potencia Nominal de un Panel Solar PN
Es el valor de potencia que asigna el fabricante al panel solar. Representa la potencia máxima PM que puede generar un panel en las condiciones de prueba estándar (STC, Standard Test Conditions) o condiciones estándar de medida (CEM).
Las condiciones de prueba estándar se establecen a nivel internacional para comparar el rendimiento de diferentes módulos fotovoltaicos:
● Irradiancia solar (W/m2): el valor estándar es de 1000 W/m2 (irradiación solar global en condiciones de cielo despejado).
● Temperatura (°C): el valor estándar es de 25 °C (a mayor temperatura, menor tensión alcanzará el módulo o panel).
● Dirección de la radiación solar: el valor estándar es con dirección perpendicular al panel. La potencia generada es máxima cuando los rayos solares inciden perpendicularmente.
Es importante comprender que la potencia máxima PM, está sujeta a variaciones significativas debido a las condiciones ambientales reales de operación, las cuales difieren de las condiciones estándar de prueba (STC).
Como consecuencia, la potencia máxima real PM de un módulo en un momento dado puede ser superior o inferior a su potencia nominal PN.
La potencia nominal PN es un valor de referencia establecido bajo condiciones estándar de prueba y sirve como punto de partida para el dimensionamiento de los sistemas fotovoltaicos.
Tensión Nominal de un Panel Solar VN o VPANEL
Es la tensión de diseño a la que trabaja el módulo fotovoltaico. Determina la configuración del sistema. Los valores suelen ser de 12, 24 o 48 V.
Ejemplo: Queremos saber la potencia nominal PN de un panel, de 12V de tensión nominal, con los siguientes valores de su placa de características:
Isc = 9,18 A
Voc = 21,42 V
VM = 17,46 V
IM = 8,59 A
La potencia nominal PN, o potencia máxima PM del panel, se obtendrá a partir de los valores VM y IM que el fabricante ha obtenido en las condiciones estándar:
PN = PM = VM · IM = 17,46 · 8,59 = 149,98 ≅ 150 W
Energía Generada por los Paneles Solares Fotovoltaicos
La energía eléctrica generada por un sistema fotovoltaico se expresa en términos de potencia P y tiempo t, según la ecuación fundamental: E = P · t.
La energía eléctrica E se obtiene, en julios (J), cuando la potencia eléctrica P está en vatios (W) y el tiempo t en segundos (s).
Las unidades de energía comunes en un generador fotovoltaico son:
– Watio-hora (Whd): representa la energía suministrada por un panel fotovoltaico en 1 día. Es una unidad común en el ámbito doméstico y en sistemas fotovoltaicos de pequeña escala (W·h/día).
– Amperio-hora por día (Ahd): es el mismo concepto, pero esta unidad es independiente de la tensión, resultando útil para comparar el rendimiento de diferentes módulos (A·h/día).
La energía que generan los paneles solares durante 1 día, la mediremos por comodidad en la unidad Ahd, siendo así independiente del valor de la tensión.
Energía Generada por un Panel Solar
Para calcular la energía que genera un panel solar durante 1 día, se usará la siguiente fórmula:

siendo:
IM = corriente máxima del panel
HPS = horas de pico solar (horas de suficiente irradiancia solar)
ηPANEL = rendimiento del panel, en tanto por 1, que relaciona la potencia eléctrica de salida Ps con la potencia eléctrica de entrada Pe. Estas pérdidas eléctricas, que se producirán por la resistencia interna del módulo o panel, suelen tener valores típicos entre el 85% al 95%.

Energía Generada por Varios Paneles Solares
Generalmente un grupo generador fotovoltaico estará compuesto por varios paneles asociados en serie y/o paralelo. La energía de todos los paneles conectados será de:

siendo:
IM_PANELES = corriente máxima de la asociación de todos los módulos o paneles
HPS = horas de pico solar (horas de suficiente irradiancia solar)
ηPANEL = rendimiento del panel, en tanto por 1
En el apartado de cálculo de los paneles solares se encuentra el cálculo completo del número de paneles necesarios en un generador fotovoltaico para una instalación solar.
Ejercicios Resueltos de Energía Generada por los Paneles en un Generador Fotovoltaico
A continuación, se presentan 3 ejercicios resueltos del generador fotovoltaico sobre el cálculo de la energía máxima generada por los paneles solares:

Ejercicio 1: Generador fotovoltaico

Ejercicio 2: Generador fotovoltaico

Ejercicio 3: Generador fotovoltaico
Conexión de los Paneles Solares Fotovoltaicos
El símbolo convencional utilizado para representar un módulo fotovoltaico indica la dirección de la corriente eléctrica generada (del ánodo al cátodo) y la polaridad de los terminales.

Generalmente, se agrega la sigla "FV" al símbolo para identificarlo claramente como un módulo fotovoltaico.
Para obtener los niveles de tensión y corriente requeridos en una instalación fotovoltaica, es necesario conectar múltiples módulos en serie, en paralelo o en una combinación de ambas.
Al conjunto de todos los módulos fotovoltaicos interconectados se le denomina campo generador fotovoltaico o matriz fotovoltaica. Este conjunto constituye la unidad generadora de energía eléctrica en una instalación fotovoltaica.
Para evitar problemas de funcionamiento y garantizar una vida útil adecuada, se recomienda utilizar módulos fotovoltaicos del mismo fabricante y con características eléctricas similares (tensión, corriente, potencia, coeficientes de temperatura) en una misma matriz.
Generador Fotovoltaico con Conexión de Paneles en Paralelo
Para asociar paneles en paralelo los terminales positivos de todos los módulos se conectan entre sí, y los terminales negativos también. Con esta conexión se consigue aumentar la corriente total del sistema manteniendo constante la tensión.
La corriente total es igual a la suma de las corrientes individuales de cada módulo, o a la corriente de un módulo multiplicada por el número de módulos en paralelo:

A continuación, se muestra la conexión de 2 paneles en paralelo:

Generador Fotovoltaico con Conexión de Paneles en Serie
Para asociar paneles en serie el terminal positivo de un módulo se conecta al terminal negativo del siguiente, formando una cadena. Con esta conexión se consigue aumentar la tensión total del sistema manteniendo constante la corriente.
La tensión total es igual a la suma de las tensiones individuales de cada módulo, o a la tensión de un módulo multiplicada por el número de módulos en serie.

A continuación, se muestra la conexión de 2 paneles en serie:

Generador Fotovoltaico con Conexión Mixta de Paneles
Combina las conexiones en serie y paralelo. Con esta conexión se consigue obtener tanto un aumento de tensión como de corriente, adaptándose a las necesidades específicas de la instalación. Con la asociación en paralelo aumentamos la corriente y con la asociación en serie aumentamos la tensión.
Se forman grupos de módulos conectados en serie, denominados ramas o cadenas (strings) y posteriormente se conectan estas ramas o cadenas en paralelo.
La representación del conjunto de módulos fotovoltaicos, se realiza simplificando al máximo posible el esquema. Las ramas se representan con una línea discontinua que conecta el primer y el último módulo de la cadena. Del mismo modo, para varias ramas se representarían la primera rama y la última unidas por línea discontinua.
En un generador fotovoltaico, los paneles se numeran secuencialmente, de izquierda a derecha y de arriba abajo, utilizando la nomenclatura FV1, FV2, FV3, etc.
A continuación, se muestra la conexión de 5 ramas (en paralelo) de 2 módulos en cadena para cada rama (en serie).

Ejercicios Resueltos de Conexión de los Paneles en un Generador Fotovoltaico
A continuación, se presentan 4 ejercicios resueltos del generador fotovoltaico respecto a la asociación y conexión de las placas solares en serie, paralelo y conexión mixta:

Ejercicio 4: Generador fotovoltaico

Ejercicio 5: Generador fotovoltaico

Ejercicio 6: Generador fotovoltaico

Ejercicio 7: Generador fotovoltaico
Preguntas Frecuentes del Generador Fotovoltaico
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