Ejemplos cálculo eficiencia de módulos fotovoltaicos

Casos presentados en la práctica

Conviene un simple repaso de algunos conceptos vertidos en nuestro tema: (Calcular la eficiencia de paneles solares fotovoltaicos).

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1.- Introducción

Ejemplos prácticos preparados por los mismos protagonistas quienes señalan diferentes casos y usan conceptos básicos relacionados a la interpretación de la curva Tensión-Voltate (I-V) en las células y módulos fototovoltaicos.

Importante memorizar esta curva I-V, por que nos sirve para estimar cálculos de dimensionamiento de los módulos o paneles solares.

Si  nos referimos a un Panel Solar cuya eficiencia es 25%, esto quiere decir que el 25% de panel es efectiva, el 25% de la energía solar se convierte en electricidad, y el resto 75% de energía no se ha perdido sino que se ha dejado de convertir en energía eléctrica. (Ley de Conservación de Energía).

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2.- Gráficos y Fórmulas

  • Curva Báscia de I-V: Esta curva Intensidad-Tensión es la representación típica de las características de salida de energía de una célula o módulo solar fotovoltaico cuyos parámetros se explica más en este artículo.
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Gráfico 1: Curva I-V en los Módulos Fotovoltaicos

  • Los parámetros de los paneles fotovoltaicos aparecen en estas curvas que identifican la calidad de los mismos y orientan para asociar a más paneles y así hacer un conjunto de módulos hasta ‘parques fotovoltaicos’ de alcance industrial.
  • El Factor de Forma (FF) que lo hemos analizado en el acápite 4 de otro artículo, determina la relación entre la Potencia Máxima [MPP= Vmp x Imp] y el producto de Voc x Isc para ver la forma de la curva I-V del panel o célula fotovoltaica cuyo valor varía de 0.50 a 0.60 caso de silicio amorfo y 0.70 a 0.80 en silicios cristalinos.

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Donde:  Vmp x Imp es igual a MPP, por lo tanto de esta fórmula de ‘Factor de Forma’:

 MPPff = FF x Voc x Isc

  • La fórmula de eficiencia, finalmente es la relación entre la potencia máxima generada  por el módulo fotovoltaico en Condiciones Estandar de Medida [CEM] (punto 3 aquí) y el valor de G = 1,000 W/m² irradiancia que incide.

Efic.

  • Mediante un cálculo simple podemos conocer rápidamente la eficiencia de una célula o panel. Dividimos a la potencia máxima o Watts pico por el área del módulo en metros cuadrados a cuyo resultado seguimos dividiendo por 1.000 y finalmente lo convertimos a porcentaje para conocer la eficiencia. Véase el ejemplo (i) abajo.

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3. Problemas:

i.- Un cierto módulo tiene una potencia máxima en condiciones estándar de 200 vatios (200 Wp) y tiene un área de 1,63 metros cuadrados, calcular su % eficiencia.

ii .- Cuál es el rendimiento de una célula solar fotovoltaica cristalina que acabamos de adquirir de Amazon de tamaño 3 pulg x 6 pulg. Responde según catálogo a una Intensidad Máxima de 3.6 Amperios y de Tensión Máxima 0.96 Voltios.  (Célula características).

iii .- Nos piden calcular el rendimiento de un panel solar de 36 células solares cuyas medidas son de 125 mm x 125 mm y que responde el panel a la característica eléctrica de Voltaje en circuito abierto de  Voc=22.5 V e intensidad en Cortocircuito de Isc 5.27 A. (Catálogo de Amazon).

iv .- Si nos aseguran que una célula monocristalina responde a un rendimiento de apenas 15 % y que ésta tiene como Tensión Máxima 0.95 V, Intensidad Máxima de 3.5 A y su factor de forma igual a 0.83. ¿De qué tamaño es esta célula solar fotovoltaica.

Soluciones

i.- La eficiencia método cálculo simple será igual a 200 / 1,63 / 1000 = 0,123 o 12,3%. Recordamos de que esta es la eficiencia a Condiciones Estandar de Medida (CEM).

ii .- Si nos están pidiendo la eficiencia de esta célula, tenemos que acudir a la fórmula general del punto 3 (arriba) para lo cual tenemos que asumir el valor de FF igual a 0.80 por ser cristalina. De acuerdo al enunciado el valor Voc=0.96; Isc=3.6 y el área calculada 3 x 6 pulg (0.076m x 0.152m) en metros cuadrados es de 0.0115. El valor de G es siempre la irradiación asumida a 1,000 W/m² es decir la Irradiancia en condiciones normalizadas. Reemplazando valores el resultado es que la eficiencia de esta célula responde a  24% aprox.

iii .- En este caso acostumbran, por práctica, calcular primero el área del panel solar considerando las 36 células. Aquí resulta un área de panel de 0.125²= 0.015625 m²x36 = 0.5625 m². El factor de forma podemos asumir a 0.82, por lo que reemplazando valores en la fórmula general del punto 3 (arriba) tendremos el resultado de eficiencia del panel igual a: 17% aprox.

iv .- Para hallar la medida de una célula tenemos que acudir a la siguiente fórmula que es el mismo de la sección 3 (arriba) despejando al valor de Área que extraído la raíz cuadrada nos dará el valor de 135 mm. Es decir,30 anotamos como numerador los valores de FF=0.83, Voc=0.95, Isc=3.5 (estos datos siempre se encontrarán en el catálogo de venta respectiva). Como datos en el denominador: Eficiencia (eta)=0.15 (15%) y G=1000.

 

4. En conclusión

Podemos confirmar mediante este cuadro resumen que considerando los parámetros de cada panel solar fotovoltaico y aplicando los comentarios arriba se puede calcular la eficiencia en los sistemas solares fotovoltaicos.

La energía solar se está convirtiendo en una de las energías más eficientes y extendidas de todo el mundo. Hay millones de viviendas que se están beneficiando con los fotovoltaicos en los siete continentes. (más comentarios).



 

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