Energía solar: tendencias para 2023-2024

Actualmente, el interés hacia los términos y conceptos energéticos y especialmente por aquellos que involucran las fuentes de energía renovable están teniendo mayor protagonismo. En esta oportunidad, te explicaremos qué es y cómo funciona el efecto fotovoltaico, y cómo a su vez este término utilizado en la energía solar nos permite generar un impacto positivo con el planeta.

¿Qué es el efecto fotovoltaico?

El efecto fotovoltaico es el proceso mediante el cual ciertos materiales, llamados semiconductores, son capaces de generar corriente eléctrica cuando absorben fotones de la luz solar. En términos simples, cuando la luz incide sobre la superficie de un material semiconductor, la energía de los fotones estimula a los electrones, liberándolos de sus átomos. Estos electrones en movimiento se convierten en electricidad, que luego puede ser capturada y utilizada.

El efecto fotovoltaico es, por tanto, la base física detrás del funcionamiento de las celdas solares o celdas fotovoltaicas, los pequeños dispositivos que forman los paneles solares.

Por qué importa para las empresas: el efecto fotovoltaico permite convertir radiación solar en energía aprovechable sin combustión, con mantenimiento reducido y escalabilidad según la demanda de la empresa.

5 características del efecto fotovoltaico

Algunas características fundamentales que permiten aprovechar este fenómeno en la generación de energía son:

- Necesita luz, no calor:

Lo que desencadena el efecto es la radiación luminosa, en particular los fotones. Por eso los paneles solares funcionan incluso en climas fríos o nublados, aunque con menor eficiencia.

- Materiales semiconductores:

El más usado es el silicio, gracias a su abundancia, estabilidad y propiedades eléctricas, aunque también existen alternativas como el teluro de cadmio o el arseniuro de galio.

- Generación directa de corriente:

a diferencia de otros procesos, no hay partes móviles ni combustión. La electricidad se genera directamente, lo que hace al sistema silencioso y de bajo mantenimiento.

- Escalabilidad:

el efecto ocurre en cada celda, lo que permite ensamblarlas en módulos de distintos tamaños según la necesidad, desde calculadoras solares hasta plantas solares de gran escala.

- Durabilidad y estabilidad:

las celdas solares pueden mantener su capacidad de conversión durante décadas, lo que las convierte en una inversión confiable en el tiempo.

Funcionamiento del efecto fotovoltaico

Para entender cómo ocurre este proceso en la práctica, pensemos en una celda solar típica de silicio:

1. Absorción de la luz solar:

cuando la radiación solar incide sobre la superficie del panel, los fotones penetran en el material semiconductor.

2. Liberación de electrones:

cada fotón con suficiente energía transfiere su energía a un electrón, que se libera de su posición normal dentro del átomo.

3. Separación de cargas:

la celda está diseñada con una unión especial llamada unión p-n, que crea un campo eléctrico interno. Este campo separa los electrones libres (carga negativa) de los huecos que dejan atrás (carga positiva).

4. Generación de corriente eléctrica:

gracias a esta separación, los electrones comienzan a circular a través de un circuito externo, creando una corriente eléctrica continua (CC).

5. Conversión y uso:

un inversor transforma la corriente continua en corriente alterna (CA), que es la que se utiliza en hogares, empresas y redes eléctricas.

Este proceso se repite constantemente mientras haya luz disponible, lo que convierte a los paneles solares en pequeñas fábricas silenciosas de electricidad

Diferencia entre el efecto fotovoltaico y el efecto fotoeléctrico

Es común confundir ambos fenómenos, ya que en los dos intervienen la luz y los electrones. Sin embargo, hay diferencias importantes:

Efecto fotovoltaico: la luz genera una corriente eléctrica continua dentro de un material semiconductor. Es el principio que se usa en los paneles solares para generar energía de manera práctica y sostenible.

Efecto fotoeléctrico: ocurre cuando los fotones liberan electrones de la cercano. Este fenómeno no genera directamente electricidad aprovechable, pero fue superficie de un material metálico, que se emiten al vacío o a otro material fundamental para demostrar la naturaleza cuántica de la luz y para el desarrollo de la física moderna.

https://es.wikipedia.org/wiki/efecto-fotoelectrico

En resumen, el efecto fotoeléctrico es un fenómeno de emisión de electrones hacia el exterior, mientras que el efecto fotovoltaico es un fenómeno de conversión de la luz en energía eléctrica dentro del material.

El efecto fotovoltaico es la base de una de las tecnologías más importantes en la transición energética. Gracias a él, la luz del sol puede transformarse en electricidad y desde Erco la usamos para brindar acceso a energía limpia, económica y digital. Conocer su funcionamiento, no solo es útil para entender cómo operan los paneles solares, sino también para dimensionar su potencial en la construcción de un futuro más sostenible.

Cuando revisas tu factura eléctrica probablemente sólo prestas atención a los kilovatios-hora (kWh) que consumiste. Sin embargo, existen otros componentes, entre ellos la energía reactiva que puede inflar tus costos si no la controlas. En este blog explicaremos, paso a paso, qué es la energía activa y la energía reactiva, cómo la Comisión de Regulación de Energía y Gas (CREG) penaliza el exceso de reactiva y qué medidas prácticas puedes implementar para reducirla.

¿Qué es la energía activa y la energía reactiva?

Pensemos en una empresa que utiliza motores eléctricos para mover sus máquinas. Para que esos motores giren necesitan dos “combustibles” eléctricos:

Energía activa (kWh): la porción que hace el trabajo útil hace girar el eje, bombea agua, impulsa un compresor y es la que todos vemos en la factura.

Energía reactiva (kVArh): establece una energia extra que crea y mantiene los campos magnéticos dentro de los bobinados. Sin esta porción los motores ni siquiera arrancarían, pero por sí sola no produce movimiento ni luz.

Cuando hay demasiada energía reactiva circulando, los cables y transformadores deben transportar ese “peso muerto”, generando pérdidas y, sobre todo, recargos en la factura. Lo mismo ocurre en un centro comercial (ascensores, enfriadoras, iluminación LED) o en un edificio residencial con bombas y sistemas de aire acondicionado: cualquier exceso de reactiva encarece la operación. Ahora que ya comprendes qué es la energía reactiva, debes saber que existen dos formas principales: la reactiva inductiva y la reactiva capacitiva. A continuación, las describiremos brevemente.

-<u>Reactiva Inductiva</u> : la generan máquinas con bobinas —motores, compresores, ventiladores, transformadores— al crear y sostener campos magnéticos. -<u>Reactiva Capacitiva</u>: la generan equipos electrónicos con grandes capacitores UPS, variadores de velocidad, bancos de condensadores al cargar y descargar energía eléctrica.

¿Cómo se cobra la energia reactiva en Colombia?

Inductiva: se verifica horariamente. Si el factor de potencia inductivo cae por debajo de 0,90 (≈ reactiva > 50% de la activa en esa hora), se configura cobro/penalización.

Capacitiva: se evalúa por periodo de facturación. Umbrales por nivel de tensión (equivalencia porcentual de reactiva/activa):

Niveles 1 y 2: ≤50% (≈ FP 0,90).

Nivel 3: ≤33% (≈ FP 0,95).

Nivel 4: ≤20% (≈ FP 0,98).

Estos límites reflejan las diferencias en la sensibilidad y diseño de la red a distintos niveles de tensión. Si se exceden los topes correspondientes, se cobra un cargo adicional que crece mes a mes mediante un factor multiplicador, incrementando el costo de mantenerse la superación de dichos topes.

Cálculo rápido de energia reactiva (paso a paso)

Objetivo: estimar si estarías en cobro por reactiva y cuánto corregir.

Si conoces kWh y kVArh del medidor:

Calcula %Reactiva = kVArh / kWh × 100 y compáralo con el umbral de tu nivel de tensión. Ejemplo: una empresa nivel 3 consumió 60.000 kWh y registró 22.000 kVArh capacitiva en el mes.

%Reactiva = 22.000/60.000 = 36,7% → supera el 33% (FP≈0,95). Hay cobro y se requiere compensación.

¿Cómo evitar la energia reactiva y sus penalizaciones?

Existen varias formas de corregir la penalización por exceso de energía reactiva; aquí te explicaremos las más comunes.

-Bancos de capacitores: compensan de forma pasiva la energía reactiva inductiva, inyectando potencia capacitiva para mejorar el factor de potencia y reducir el exceso que genera penalizaciones. Es una solución económica y adecuada cuando las cargas son relativamente estables.

-Sistemas SVG (Static Var Generator): corrigen activamente tanto reactiva inductiva como capacitiva, ajustándose en tiempo real a variaciones de carga y manteniendo el factor de potencia dentro de los límites deseados, incluso ante fluctuaciones rápidas o no lineales.

-Exención Ser AGPE (Decreto 0929 de 2023): los usuarios calificados como AGPE están exentos del cobro por energía reactiva según lo establecido en el Decreto 0929 de 2023, por lo que, si se cumple con los requisitos de ese régimen, no se aplica la penalización correspondiente. Es clave verificar el estatus del cliente bajo AGPE y asegurarse de que la documentación y certificaciones estén vigentes para aprovechar esta exención.

Dependiendo del perfil de cada usuario, del comportamiento de la carga y de la magnitud de la variación de reactiva, convendrá una u otra solución,o una combinación de ellas, en cargas estables quizá basten bancos de capacitores, en escenarios con fluctuaciones frecuentes un SVG aporta mayor precisión, y si se califica como AGPE se puede aprovechar la exención regulatoria. Evaluar caso por caso permite balancear costo, complejidad y cumplimiento para maximizar la eficiencia y minimizar penalizaciones.

Lo bueno de todo esto es que si estás enfrentando problemas con energía reactiva, en Erco estamos para ayudarte: podemos hacer una revisión personalizada de tu situación y acompañarte en encontrar la solución más adecuada para mejorar tu eficiencia y evitar penalizaciones.

Referencias

<li><a href="https://www.creg.gov.co/normas/101-035-2024.pdf">CREG 101-035 de 2024</a></li> <li><a href="https://www.suin-juriscol.gov.co/viewDocument.asp?id=30047638">Decreto 0929 de 2023</a></li>

En este artículo conocerás los principales tipos de baterías para paneles solares que pueden usar las empresas en Colombia, sus beneficios y cómo elegir la más adecuada para tu sistema de energía, sea para tu hogar o empresa.

¿Qué son las baterías solares y cómo funcionan?

Imagínate las baterías como el "tanque de reserva" o el "banco de ahorros" de tu sistema solar. Son las encargadas de guardar esa energía eléctrica que producen tus paneles durante el día para que la puedas usar cuando más la necesitas. Sin ellas, los sistemas Off-Grid no existirían, y los híbridos no tendrían ese "colchón" de seguridad.

Una batería es un dispositivo que transforma la energía química en energía eléctrica, y viceversa. Dentro de cada batería hay dos electrodos (uno positivo y uno negativo) sumergidos en un líquido o gel llamado electrolito. A continuación, te explicaremos los estados de la batería:

Cuando se carga (guardando energía): cuando la electricidad de tus paneles solares entra a la batería, provoca una reacción química reversible dentro de ella. Los iones (átomos con carga eléctrica) se mueven del electrodo positivo al negativo a través del electrolito, "almacenando" la energía en forma química.

Cuando se descarga (liberando energía): Cuando conectas un aparato y le pides energía a la batería, la reacción química se invierte. Los iones se mueven de vuelta del electrodo negativo al positivo, liberando electrones que fluyen por el circuito externo, ¡y eso es lo que usamos como electricidad!

Es un proceso de carga y descarga que se repite una y otra vez.

Capacidad: se mide en Ah o kWh. Ciclo de vida: indica cuántas veces puede cargarse y descargarse antes de degradarse.

¿Qué tipos de sistemas solares existen?

En el fondo, todos los sistemas solares hacen lo mismo: toman la luz del sol y la convierten en electricidad gracias a esos paneles que vemos en los techos. Pero, los sistemas solares son mucho más interesantes, ya que esta electricidad puede utilizarse, almacenarse, y conectarse a la red eléctrica que todos conocemos. Básicamente, hay tres grandes familias de sistemas solares: los que están conectados a la red (On-Grid), los que son completamente independientes (Off-Grid) y los híbridos, que son un poco de los dos.

Los conectados a la red u On-Grid, son sin duda, los sistemas solares más comunes, especialmente si vives en una ciudad o en un lugar donde ya hay electricidad.

¿Cómo funcionan? los paneles solares generan electricidad, y un equipo llamado inversor la convierte para que la puedas usar en casa o en tu empresa. Si te sobra energía (porque que no estás gastando mucho), esa energía extra se va directo a la red de la compañía eléctrica y el operador de la red te paga por ella y si, por el contrario, necesitas más de lo que tus paneles producen (quizás de noche o en un día nublado), simplemente tomas lo que te falta de la red.

Las ventajas de ellos es que el cobro por energía de tu factura de electricidad se reduce, se te paga por la energía que inyectas a la red y contribuyes al uso de energías limpias y renovables. Lo no tan bueno es que, si hay un corte de energía eléctrica, tu sistema solar se apaga automáticamente por seguridad (para proteger el sistema eléctrico nacional). Así que, aunque el sol esté brillando, te quedas a oscuras.

Los totalmente independientes u Off-Grid, si vives en un lugar remoto, en una finca, o simplemente sueñas con desconectarte por completo del "sistema", estos sistemas son tus aliados.

¿Cómo funcionan? Aquí no hay conexión con la empresa eléctrica. Toda la energía que producen tus paneles va directo a alimentar tu consumo y a un banco de baterías donde se guarda como si fuera tu propia reserva. Al igual que los conectados a la red, un inversor transforma esa energía para que puedas usarla en tus electrodomésticos, máquinas o equipos.

Lo bueno es que tienes libertad absoluta, ya que eres tu propio proveedor de energía, estos permiten tener electricidad en lugares donde extender la red es casi imposible y dispones de total autonomía ya que no afecta al sistema si la empresa eléctrica tiene un corte.

Es importante dimensionar muy precisamente el sistema y el tamaño de las baterías para que siempre tengas energía suficiente y es posible que en días nublados requieras de una fuente de respaldo para poder satisfacer tus consumos.

Los híbridos son la combinación entre los interconectados y los aislados, Estos sistemas están conectados a la red, igual que los On-Grid, pero también tienen un banco de baterías. La energía que producen tus paneles se usa primero en casa, luego se guarda en las baterías, y si aún sobra, se va a la red.

La gran ventaja es que, si hay un corte de energía, tu sistema híbrido se "desconecta" de la red y sigue funcionando con la energía de tus paneles y tus baterías, ¡como un sistema Off-Grid temporal! Lo bueno, Tendrás energía eléctrica incluso cuando la red falle. Menos dependencia: Aunque estás conectado, usas menos la energía de la empresa.

¿Cuáles son los tipos de baterías para sistemas solares?

En el mundo de los sistemas solares fotovoltaicos, no cualquier batería sirve. Necesitamos baterías de ciclo profundo, diseñadas para descargarse y cargarse repetidamente sin sufrir daños. A diferencia de las baterías de carro (que están hechas para dar una gran explosión de energía al arranque y luego cargarse rápido), las baterías solares están preparadas para un "maratón" diario.

Aquí te presentamos los tipos más comunes que se usan en energía solar:

Baterías de Plomo-Ácido (Lead-Acid):

Estas son las más antiguas del mundo de las baterías solares y han sido la opción principal durante mucho tiempo. Se dividen principalmente en dos subtipos:

Baterías de Plomo-Ácido Abiertas (Inundadas/Flooded Lead-Acid - FLA):

Son las más tradicionales y económicas. Contienen un electrolito líquido (ácido sulfúrico y agua destilada) que es visible. Su ventaja es que son las más baratas por kWh almacenado. Tienen una buena tolerancia a la sobrecarga y son robustas. Su desventaja es que requieren mantenimiento regular (hay que revisar los niveles de agua y rellenar si es necesario). Liberan gases durante la carga (hidrógeno), por lo que necesitan estar en un lugar bien ventilado. Son sensibles a las descargas profundas y tienen una vida útil más corta que otras opciones si no se cuidan bien (unos 5-8 años típicamente). Son ideales para proyectos con presupuesto limitado, donde el mantenimiento no es un problema y se cuenta con buena ventilación.

✔ Ventajas: bajo costo, tolerancia a sobrecarga. ✖ Desventajas: emiten gases, menor vida útil (5-8 años).

Baterías de Plomo-Ácido Selladas (Sealed Lead-Acid): estas se dividen a su vez en:

Baterías AGM (Absorbed Glass Mat): el electrolito está absorbido en una malla de fibra de vidrio. Su ventaja es que no requieren mantenimiento, son selladas (no derraman ácido ni liberan gases en condiciones normales), pueden instalarse en cualquier posición y son más resistentes a las vibraciones. Su desventaja es que estas son un poco más costosas que las FLA. Menos tolerancia a la sobrecarga y al calor extremo.

Baterías Gel: El electrolito es un gel. Su ventaja es que son similares a las AGM en cuanto a no requerir mantenimiento y ser selladas. Son muy buenas para descargas lentas y profundas y tienen una mejor tolerancia a la temperatura que las AGM.

Su desventaja es que son las más costosas dentro de las plomo-ácido. No aceptan cargas rápidas con la misma eficiencia que las AGM.

Ideal para (AGM/Gel): aplicaciones donde no se puede hacer mantenimiento regular, donde la ventilación es un desafío, o donde se necesita una batería más robusta y fácil de instalar.

✔ Ventajas: seguras, sin fugas, buena tolerancia térmica. ✖ Desventajas: costo medio-alto, sensibles a sobrecarga.

Baterías de Iones de Litio (Lithium-Ion)

Estas son las más eficientes, son la tecnología que usamos en nuestros celulares, computadoras y vehículos eléctricos. Han llegado con fuerza al sector solar.

Estas vienen en diferentes químicas (LiFePO4 o LFP es la más común y segura para sistemas solares). Son mucho más densas energéticamente, lo que significa que guardan mucha energía en un tamaño más pequeño y ligero.

✔ Ventajas:

• Vida útil mucho más larga: pueden durar 10-15 años o más, ¡hasta 2 o 3 veces más que las de plomo-ácido!
• Mayor profundidad de descarga (DoD): se pueden descargar hasta un 80-90% de su capacidad sin dañarse, mientras que las de plomo-ácido solo hasta un 50%. Esto significa que una batería de litio de menor capacidad nominal puede entregar la misma energía útil que una de plomo-ácido más grande.
• Alta eficiencia: pierden muy poca energía en los ciclos de carga/descarga.
• Sin mantenimiento: no requieren revisión ni rellenado de agua.
• Carga más rápida: aceptan mayores corrientes de carga, lo que es ideal para aprovechar la energía solar en poco tiempo.
• Tamaño y peso reducidos: ocupan menos espacio y son más fáciles de transportar e instalar.
• Sistemas de Gestión de Baterías (BMS): vienen con electrónica inteligente que las protege de sobrecargas, descargas excesivas y altas temperaturas, maximizando su vida útil y seguridad.

✖ Desventajas:

• Costo inicial más alto: son significativamente más costosas que las baterías de plomo-ácido por KWh nominal. Sin embargo, si consideras su mayor vida útil y profundidad de descarga, el costo por ciclo de vida suele ser más competitivo.
• Son ideales para proyectos donde el costo inicial no es la única preocupación, donde se valora la longevidad, la alta eficiencia, el poco mantenimiento y un tamaño compacto. Son el futuro de los sistemas solares.

Vida útil de las baterías solares

¿Qué afecta la duración?

-Profundidad de descarga (DoD) -Número de ciclos diarios -Condiciones térmicas y mantenimiento

Las baterías son sin duda, el corazón de cualquier sistema solar que necesite almacenar energía. Entender cómo funcionan y cuáles son los tipos existen te dará una base sólida para tomar decisiones informadas. ¡Escríbenos al email jmejia@erco.energy para darte una asesoría!

Elige energía limpia, económica y digital.