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Calcular eficiencia de paneles solares

por: Eliseo Sebastian
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Rendimiento y Eficiencia Energética

En una célula o panel solar

1. Introducción

Los paneles solares producen energía eléctrica según su tamaño, eficiencia y según la cantidad de luz solar que reciben.

La eficiencia aquí es la cantidad de potencia que se obtiene, la cantidad de Watts o Vatios que se aprovechan del panel solar fotovoltaico o de las células solares, expresado en Watt/m² o Watt/pie², es decir es el rendimiento de generación de energía eléctrica de una célula solar o panel solar fotovoltaico por Unidad de Superficie o de Área del Colector.

Una mayor eficiencia significa que se producirá más energía eléctrica en el sistema solar fotovoltaico incluyendo la alimentación a las baterías solares de acuerdo a los tamaños del proyecto.

La alta eficiencia es importante porque se requiere menos estructura de montaje, menos cables, área en los tejados, menos área en tierra.

A mayor eficiencia los costos de instalación son menores.

2. ¿De qué depende la eficiencia de un panel fotovoltaico?

Depende principalmente de los siguientes detalles técnicos:

2.1. Del tamaño del panel (Área libre mirando al Sol) y de la temperatura de ambiente.

2.2. De la calidad de las celdas que constituye el panel. No todas las capas de las células o celdas fotovoltaicas tiene la rugosidad aparente para hacer que los rayos solares reboten o se pierdan al ambiente y no en la célula fotovoltaica.

2.3. De la cantidad de luz solar que llega sobre la superficie (Área) del panel. Se hace notar que no todos los fotones de los rayos solares se hospedan en la superficie de las células que constituyen el panel fotovoltaico.

2.4. De la cantidad de Irradiancia (G) que se impacta en las células del panel solar fotovoltaico (kWh/m²).

2.5. De la tensión del panel solar fotovoltaico en el punto de máxima potencia del mismo panel  (Vmp).

2.6. De la corriente en el punto de su máxima potencia (Imp.).

2.7. De su máxima tensión en circuito abierto (Voc).

2.8. De su máxima corriente en corto circuito (Isc).

Nota.- Para mayor afianzamiento favor ingresar aquí.

3. Curva Intensidad de corriente y Tensión Eléctrica

Fuente: Elaboración propia 2010

La curva formada por los valores de ‘intensidad de corriente (I)‘ y la ‘tensión de voltaje (V)‘ didácticamente nos apoya a mejor comprensión de la calidad de producción de energía en los paneles fotovoltaicos.

Nótese los valores máximos operativos y los resultados cuando se mide en circuito cerrado.

Es un modo gráfico de ver la eficiencia en Condiciones Normales de Temperatura y de Radiación, por otro llamado Condiciones Estándar de Medida (CEM).

  • Irradiancia a 1,000 Watts por metro cuadrado.
  • Temperatura en la célula a 25 °C.
  • Perpendicularidad de caída de los rayos solares a los módulos.
  • Espectro de la Luz Solar a una masa de aire (MA) igual a 1.5.

4. Factor de Forma (FF)

Es un factor que sirve como dato para hallar la eficiencia de una célula o panel fotovoltaico. Es la «relación entre la potencia máxima teórica y la potencia real medidas en el momento solar», porque como vimos en el punto anterior, no todo equipo está a las condiciones que se indican (1,000 W, 25 °C).

De manera gráfica como vemos arriba se puede interpretar que el Factor de Forma es la relación entre las áreas puntos: Ipmax-0 (cero)-Vpmax y Pmax (área línea roja) en el numerador y el área (más grande) que formarían los puntos Isc-0 (cero) -Voc y arriba su intersección que no está dibujada en el denominador.

Para facilitar sus cálculos, recomiendan los expertos que este dato de FF siempre es menor que la unidad de acuerdo a la calidad de la célula:

  • FF en las Células Cristalinas oscila de 0.70 a 0.85
  • FF en las Células Amorfas varían de 0.50 a 0.70

5. Eficiencia de una Célula Solar Fotovoltaica

El rendimiento de una célula es el valor de la energía eléctrica aprovechada del total de la energía solar impactada sobre la superficie de esta célula.

Se comprende que no toda la luz solar se convierte en electricidad. Por ello, cada célula o cada panel solar se aprecia de acuerdo a su eficiencia representado por el símbolo griego (‘eta’).

Donde ‘G’ es la Irradiancia que impacta en la célula a condiciones normales igual a 1,000 Wh/m² y ‘Área’ es la superficie de la célula en m².

Nota. En algunos documentos a este Producto GxÁrea lo representan como «Pin» llamado «Potencia Incidente» en la celda a Condiciones Normales.

6. Por lo tanto:

  • Lo que se convierte en energía eléctrica es entonces conocida como La Potencia Máxima o Potencia Solar Pico cuyo valor está relacionado con el grado eficiencia de las células.
  • La eficiencia de una célula solar, es el porcentaje de potencia convertida en energía eléctrica de la luz solar total absorbida por un panel, cuando una célula solar está conectada a un circuito eléctrico.
  • Esta eficiencia se traduce obviamente en la eficiencia del panel solar fotovoltaico.
  • Para calcular la ‘Eficiencia de una célula solar‘ comandan tres datos que se utilizan frecuentemente:
    • a) El Factor de Forma (FF),
    • b) El voltaje o tensión en circuito abierto (Voc) y
    • c) La Intensidad de corriente en cortocircuito (Isc).
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