Análisis de la curva I-V en paneles fotovoltaicos

1. Introducción

A continuación vamos a explicar las características eléctricas que se tienen las celdas o células solares fotovoltaicas. Esto nos apoya didácticamente a la mejor comprensión acerca de la calidad de producción de energía en los sistemas fotovoltaicos.

La curva formada por los valores de ‘tensión de voltaje (V)‘ e ‘intensidad de corriente (I)‘ nos muestra la calidad del generador de corriente que en este caso es la célula solar. Nos dice cuán eficiente es dicha célula para convertir los fotones de la luz del sol directamente en electricidad por el efecto fotovoltaico.

 

2. Condiciones

  • La generación de corriente en una célula solar depende la irradiancia solar o sea depende de la medida de la radiación solar que cae sobre la superficie de la célula lo cual se mide en W/m², o KW/m².
  • Cuanto más aumenta la irradiancia también se incrementa la intensidad de corriente a través de la célula.
  • Teóricamente aceptado que la energía solar arroja en la atmósfera una irradiancia aproximada de 1,350 W/m² pero cuando atraviesa la masa atmosférica se dice que pierde potencia llegando a la superficie terrestre la cantidad de 1,000 W/m² aprox.
  • Por lo tanto, la irradiancia solar varía en cada lugar y en cada momento solar por lo que la cura I-V será muy dinámica y peculiar de la zona geográfica y clima del momento.
  • Por la razón anterior es que las unidades de irradiancia son presentadas en términos de una hora de tiempo en el momento más alto promedio, llamado Hora Solar Pico (HSP) en Wh/m² ó kWh/m².
  • Se asume que no hay sombras sobre las células solares o panel solar fotovoltaico.

 

3. Lectura de la curva (I-V)

Dicha curva lo representan indicando los Amperios o la Intensidad de Corriente (I) en el eje de las ordenadas (vertical) y los Voltios o la Tensión (V) es en el eje de las abscisas (horizontal).

  • La corriente (I) es la generada por la radiación solar cuando impacta a la célula; también es conocida como la ‘corriente de iluminación‘.

Se explican cinco características gráficas en esta curva. Ellas son:

I-V_curve

Lectura de la Curva I-V

Voc.- (OPEN CIRCUIT VOLTAGE) Momento de la ‘máxima tensión’ cuando se produce una ruptura en el circuito. Se le conoce como “tensión en circuito abierto” (Voc). En este momento la resistencia es infinitamente alta y no hay corriente porque el circuito es incompleto, la célula no está conectada a ninguna carga.

Vmp.(MAXIMUM POWER VOLTAGE). “tensión en el punto de su máxima potencia” Punto de intersección con la máxima intensidad de corriente (Imp). Su valor siempre será menor que Voc.

Isc.- (INTENSITY SHORT CIRCUIT). El punto donde la célula produce la corriente máxima porque no hay resistencia en el circuito, es decir cuando suscita cortocircuito entre sus terminales positivo y negativo, es la curva que representa un valor de voltaje de cero y la cantidad de corriente que fluiría si los cables positivos y negativos se pusieron en contacto directo entre sí. Esta corriente máxima se conoce como la intensidad en cortocircuito”. (el módulo está en cortocircuito, la tensión es cero).

Imp. (MAXIMUM POWER CORRENT). “Corriente en el punto de la máxima potencia” Punto de intersección con la máxima tensión de voltaje (Vmp). Su valor siempre será menor que Isc.

MPP. (MAXIMUM POWER POINT). Punto donde se encuentran la Máxima Tensión (Vmp) con la Máxima Intensidad de Corriente (Imp) lo que al multiplicarse se traduce en la Potencia Máxima de Energía del Sistema Fotovoltaico:

Wp =MPP= Vmp x Imp …………..[1]

[Reforzar la práctica de interpretacion de Intensida de Corto Circuit (Isc) y Voltaje en Circuito Abierto (Voc) en video de este artículo]

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4. Conclusiones: 

  • La potencia disponible de un dispositivo fotovoltaico en cualquier punto a lo largo de la curva, es simplemente el producto de la corriente y la tensión en ese punto y se expresa en vatios.
  • En el punto de “cortocircuito”, la potencia de salida es igual a cero, ya que la tensión es ‘cero’.
  • En el punto de tensión de circuito abierto, la potencia de salida también es ‘cero‘, pero esta vez se debe a que la corriente es ‘cero’.
  • Hay un punto de la ‘rodilla de la curva’ donde se encuentra la potencia máxima de salida. Este punto de máxima potencia en nuestro ejemplo es donde la curva de la tensión es de 17 voltios, y la corriente es 2,5 amperios.
  • Por lo tanto, en este gráfico ejemplo (arriba) la potencia máxima en watts es de 17 voltios, 2,5 amperios y 42,5 vatios.

    Hora Solar Pico (HSP)

  • El valor “I-V” de un dispositivo de curva de fotovoltaico se basa en el dispositivo de estar bajo condiciones estándar de luz solar y la temperatura del dispositivo.
  • Las condiciones de luz solar estándar en un día claro es de 1,000 Watt de Energía Solar por metro cuadrado (1,000 W/m² ó 1 kW/m²)A esto se llama un ‘Sol Pico’ u ‘Hora Solar Pico’ (HSP).
  • Si el valor de la HSP baja a la mitad, entonces el panel baja también de eficiencia a más o menos el mismo valor. Se reduce a una cantidad proporcional: 500 W/m².



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