Irradiación, Radiación Solar, Temperatura, Sombras
Efectos en celda solar fotovoltaica
1. Introducción
Hoy nos detenemos breve para comentar lo que sucede a una celda o célula solar cuando la irradiación solar cae sobre ella.
Recordaremos las características y efectos sobre ellas con la temperatura a manera de contribución a nuestro artículo similar radiación solar, irradiancia e insolación.
Las reacciones que se producen en el Sol, la cantidad de luz y calor que lanza éste al exterior en forma de radiación electromagnética merece algo más de atención que intentaremos hacerlo a continuación.
2. Comentarios
Cuando los rayos solares inciden en forma perpendicular a un panel fotovoltaico, éstos están concentrados. Aquí la luz solar es más intensa porque los rayos están más concentrados.
En cambio, cuando la luz del sol incide en una superficie en ángulo, los rayos están más dispersos. y menos intensos, es decir, los rayos no están concentrados.
Nos acordamos cuando niños se jugaba con una simple lupa o luna de aumento para prender fuego a un pedazo de papel o una hoja seca de fruta. Recordamos que la lupa tenía mejor provecho a medio día. Se enfocan los rayos, haciendo que la luz solar sea mucho más intensa cerca del punto focal de la lente.
La imagen ilustra que la luz del sol es más directa durante el verano (junio en norte América) y golpea la superficie en un ángulo durante el invierno (diciembre en norte América).
Más rayos de sol alcanzan un área determinada del hemisferio norte en el verano; menos rayos alcanzan un área determinada en invierno.
Muchos países tienen el privilegio de recibir una irradiación solar media diaria de 6 kW/m²/d..
Conocer el valor de la radiación solar es muy importante en la ingeniería, arquitectura, agricultura, ganadería, salud humana y meteorología, tanto para su aplicación como la electricidad, calentamiento del agua, deshidratación de alimentos, en la Salud de seres vivos, la irrigación, evaporación, control de la calidad del aire. (Fuente).
La disponibilidad de esta fuente de energía limpia, junto con la reducción de los aranceles solares, facilita a que la energía solar cautiva sea una solución atractiva a largo plazo para satisfacer las necesidades energéticas en los pueblos y las casas. Es decir, anima la instalación de paneles solares fotovoltaicos.
3. Más de una celda solar
La característica eléctrica de una celda solar fotovoltaica está dada por la relación de intensidad de corriente y su tensión (curva I-V) que fluye a través de dicha celda, conocida familiarmente como la ‘curva de potencia solar’.
Esta curva depende de:
a) La Irradiancia (W/m²),
b) La composición espectral,
c) La radiación solar incidente y
d) La temperatura en la celda y
e) Otras condiciones como se explican aquí.
Lo que no podemos perder de vista es que las curvas de potencia I-V muestran que el valor máximo está por encima del “codo”, además de las utilidades que se explica en este otro informe.
4. Irradiación vs. Radiación
La Irradiación Solar que incide sobre un panel varía en función del ángulo que se forma con la horizontal, es decir, la inclinación.
La captación de la energía solar varía, no es constante ni en las horas de sol salvo que la posición del panel solar sea siempre perpendicular con la radiación.
Radiación solar es el conjunto de radiaciones electromagnéticas emitidas por el Sol, mientras que la irradiancia es la magnitud utilizada para describir la potencia incidente por unidad de superficie de todo tipo de radiación electromagnética.
Radiación es cada una de las distintas longitudes de onda(o frecuencias) del espectro electromagnético. Irradiación significa proporcionar radiación a un cuerpo desde una fuente como el Sol.
5. Potencia pico
Potencia Pico, expresada en Wp (Watt pico), se define como ‘la potencia máxima que da una celda (o panel) si incide en ella una radiación solar de 1,000 W/m² a 25 °C de temperatura.
Tómese como ejemplo lo siguiente: Una celda de 10 x 10 cm (100 cm²) tiene una potencia de 1,0 Wp (con VM = 0,5 V y IM = 2 – 3 A), corresponde a una eficiencia de 10 – 15 %; es decir de 10 a 15 % de la energía solar incidente puede ser extraída como energía eléctrica.
Con un panel FV de 50 Wp, de cada 1,000 W de radiación solar, se pueden extraer 50 W eléctricos. Al factor 1 000 Wh o 1 000 vatios hora, se le suele denominar como “horas sol pico”, es decir es su máxima potencia de energía.
6. Efectos de la radiación solar
Ahora, refiramos los efectos, entre otros, los siguientes:
Quien gobierna la calidad de la célula solar fotovoltaica es el grado de radiación solar que cae sobre ella.
La salida de energía del módulo está muy dependiente de la Intensidad de la Radiación Solar que soportan las células.
Reducir a la mitad la intensidad de la radiación solar reduce también la energía de salida del módulo a la mitad.
Veamos en nuestro gráfico, como ejemplo: Una celda por donde ingresa una radiación de 800 W/m² nos regala posiblemente una energía (potencia) de 40 W. Si a ésta incide la radiación de 400 W/m², la salida indicará una energía de 20 W en ambos cumpliendo su ley de W=IscxVop.
Sombrear una célula de todo un módulo solar puede reducir la energía de salida. (Conjunto de células o celdas constituyen un módulo).
Por ejemplo, una sola rama de árbol, una maleza o un nido de pájaro puede sombrear una celda y hacer que la producción eléctrica caiga dramáticamente.
Los módulos de tipo amorfo y multifunción son menos afectados por pequeñas sombras que los módulos de tipo cristalino.
7. Temperatura
La temperatura (medida de calor) tiene una influencia importante.
Al aumentar la temperatura se incrementa ligeramente la corriente, disminuyendo la tensión, teniendo como resultado final la disminución de la potencia de 0,3 a 0,5 % por cada °C.
Al aumentar la irradiancia aumenta la corriente mientras el voltaje lo hace ligeramente.
8. Conclusiones
La calidad de una celda solar fotovoltaica está sujeta a la radiación solar que llega sobre ella e igual depende de la temperatura que goza o perjudica sobre dicha celda solar fotovoltaica.
Los efectos de la mayor o menor temperatura sobre las celdas nos indicarán la mayor o menor producción de energía (Watts) que es lo que se hallan como etiquetas de las celdas solares fotovoltaicas comerciales.