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Ejemplos calcular eficiencia de paneles fotovoltaicos

por: Eliseo Sebastian
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Máxima eficiencia de Paneles Solares

Paneles solares monocristalinos

Conviene un simple repaso de algunos conceptos vertidos en nuestro tema: Influencia de la Temperatura del Ambiente, y si vamos a fabricar nuestro propio panel solar fotovoltaico, con más razón.

Este Contenido tiene muchísima relación con nuestro contenido ocupado en el artículo similar de cálculo de eficiencia de paneles fotovoltaicos. Es recomendable darle otra mirada a estos párrafos.

1. Introducción

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

Importante memorizar esta curva I-V, porque 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), incluso a pesar de haber conservado la distancia entre paneles o cadena de paneles solares fotovoltaicos.

2.- Gráficos y Fórmulas

  • Curva Básica 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.
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 casos de silicio amorfo y 0.70 a 0.80 en silicios cristalinos.

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 Estándar de Medida [CEM] (punto 3 aquí) y el valor de G = 1,000 W/m² irradiancia que incide.
  • 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.

3. Problemas:

  • 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.
  • 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 característica).
  • 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.
  • Si nos aseguran que una célula monocristalina responde a un rendimiento de apenas 15 % y que esta 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

  • 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 Estándar de Medida (CEM).
  • 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 (0.076 M x 0.152 M) 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.
  • 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 m² x 36 = 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.
  • 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, 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.

Se garantiza, por lo tanto, la calidad de las células solares a usarse para fabricar paneles 

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.

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