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Influencia de la temperatura en las placas solares y la eficiencia

A menudo encontramos la afirmación de que la energía fotovoltaica es una buena solución, pero solo en países donde el clima es cálido y el sol brilla casi todo el año como España. ¿Pero, hay un problema con la temperatura?

Escrito por Eva Ruiz

Última actualización: 08/09/2020

Tiempo de lectura: 7 min

Desde el punto de vista del potencial de Kowalski, esto parece bastante obvio, porque los paneles fotovoltaicos generan electricidad bajo la influencia de la luz solar. Cuanto más soleados sean los días, más electricidad podrán generar los módulos fotovoltaicos. Y asociamos la energía solar a las altas temperaturas del aire y, por lo tanto, a la mayor eficiencia de nuestras células fotovoltaicas. La verdad es ligeramente diferente.

Los módulos fotovoltaicos están hechos de silicio, un material semiconductor que cambia sus propiedades a medida que cambia la temperatura ambiente:

  • El coeficiente de absorción de la radiación
  • La movilidad de las cargas y la amplitud de la brecha energética
  • La resistividad del propio semiconductor y la concentración de portadores de carga

Estas condiciones tienen un efecto directo en la eficiencia de la absorción de la luz y, por lo tanto, en la cantidad de electricidad producida, dependiendo de la estación y de la temperatura exterior.

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Funcionamiento de los paneles solares fotovoltaicos y temperatura ambiente

Los fabricantes de células fotovoltaicos tienen en cuenta muchos de los factores atmosféricos de nuestro planeta que pueden tener un impacto directo en el funcionamiento de estos sistemas. Por lo tanto, los paneles solares fotovoltaicos estándar trabajan en el rango de temperaturas de -40°C a +85°C. Gracias a ello, funcionan sin problemas tanto en las regiones del norte de nuestro planeta, como en climas cálidos y secos como el de Sahara. Sin embargo, dependiendo de la temperatura ambiental, su eficiencia variará enormemente.

Las altas temperaturas exteriores tienen un impacto directo en la temperatura de los propios paneles de pvc. Bajo la influencia de la luz solar intensa y la alta temperatura ambiental, el semiconductor (silicio) se calienta, lo que provoca una caída de tensión en los módulos y, por lo tanto, la cantidad de energía generada. Por lo tanto, cuanto mayor es la temperatura del aire, menor es su eficiencia.

¿Y cómo es en invierno o en otoño? Bueno, en este caso la situación es mucho mejor. A bajas temperaturas su eficiencia aumenta. En los días soleados de invierno u otoño, la alta absorción de la luz que llega a los módulos genera una gran cantidad de electricidad, y las bajas temperaturas no permiten un calentamiento excesivo de los módulos. El resultado es una mayor eficiencia a bajas temperaturas ambientales que en días cálidos y soleados.

¿Sabías que para el año 2030 los precios de la electricidad se duplicarán?

En verano, los paneles fotovoltaicos dan más electricidad porque tienen mucha más luz disponible, pero en otoño e invierno, aprovechan mejor esta menor cantidad de luz debido a la menor temperatura.

El factor que favorece su trabajo tanto en primavera-verano como en otoño-invierno es el viento, que además enfría los módulos de silicio y afecta a su alta eficiencia.

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¿Qué forma tiene tu tejado?

Los tejados regulares o planos son ideales para paneles solares

Tejado plano (0°)

0 - 5 grados

Tejado casi plano (15°)

5-25 grados

Regular (30°)

25 - 35 grados

Tejado inclinado (45°)

Más de 35 grados

Condiciones óptimas y normales de funcionamiento de los paneles fotovoltaicos

El parámetro principal de los paneles fotovoltaicos es su potencia nominal expresada en Wp (Watts pico). La potencia nominal se determina en función de las condiciones de funcionamiento específicas, que se indican mediante el parámetro NOCT.

NOCT (Temperatura normal de funcionamiento de la célula - la temperatura de las células en condiciones normales de funcionamiento) se determina para condiciones específicas, es decir:

  • 800 W/m2 de insolación
  • temperatura ambiental del panel iluminado - 20°C, donde la propia célula fotovoltaica se calienta hasta aprox. 45°C bajo la influencia de la luz solar
  • velocidad del viento 1 m/s
  • Espectro de radiación para la densidad atmosférica de 1,5 AM - Factor de espesor atmosférico para Europa

La energía bajo condiciones NOCT ayuda a entender cómo funcionan los paneles a temperaturas normales. Sin embargo, vale la pena recordar que la insolación media anual en España es de 1800 W/m2, no de 800.

Los paneles de pv estándar se prueban en condiciones:

  • temperatura de la célula 25°C
  • insolación de 1000 W/m2

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Este valor se denomina indicador STC (Standard test cell) y determina las condiciones óptimas de trabajo de los paneles fotovoltaicos y, por tanto, su potencia máxima. Después de superar la temperatura de una célula fotovoltaica de 25°C (STC), la eficiencia disminuye y, a la temperatura de NOCT, su potencia puede ser entre un 5% y un 10% inferior a la máxima.

Por lo tanto, a la hora de seleccionar los paneles, es muy importante elegir los que tienen el coeficiente de pérdida de temperatura Pmax más bajo, que determina la resistencia de una célula fotovoltaica a la temperatura.

Otra cosa es que las grandes diferencias de temperatura entre el día y la noche pueden dañar físicamente un módulo fotovoltaico. La resistencia de los paneles a los cambios de temperatura se prueba en los laboratorios de PVEL.

Resistencia térmica de los paneles fotovoltaicos

El coeficiente Pmax de pérdida de temperatura representa una disminución en la eficiencia de los paneles con un aumento de la temperatura. Determina en qué medida la eficiencia de una célula fotovoltaica disminuirá con un aumento de temperatura de 1 grado por encima de 25°C (STC) y se expresa en unidades de %/°C. Por lo tanto, al elegir los paneles fotovoltaicos, preste atención a su factor de pérdida Pmax. Las buenas células fotovoltaicas tienen un Pmax de más de 0,42 %/°C.

Teniendo el valor del coeficiente Pmax y la temperatura de la célula fotovoltaica en condiciones NOCT, podemos calcular el valor de las pérdidas de eficiencia debidas al aumento de temperatura y estimar su resistencia térmica.

Por ejemplo:

El panel REC330NP de REC Group tiene:

La temperatura de calentamiento en condiciones NOCT es de 44°C, y su tasa de pérdida de temperatura es de 0,35 %/°C. Teniendo en cuenta que el panel en condiciones STC, con una temperatura de 25°C tiene la mayor eficiencia, podemos calcular la diferencia entre la temperatura NOCT y la temperatura STC, es decir, 0,35 %/°C:

44°C - 25°C= 19°C - es la diferencia de temperatura entre los dos rangos de funcionamiento de la célula.

Ahora, multiplicando el coeficiente de pérdida de temperatura por la diferencia obtenida, estimaremos la pérdida total de Pmáx, que en este caso es: 19°C x 0,35 %/°C= 6,65%.

Restándolo del valor óptimo (STC), es decir, 100% - 6,65%= 93,35% - se obtiene el valor de resistencia a la temperatura de la célula fotovoltaica en condiciones normales de uso. Lo que en este caso en particular es un buen resultado.

Actualmente, en el mercado fotovoltaico disponemos de una amplia selección de paneles fotovoltaicos, cuya resistencia a la temperatura varía en torno al 90%.

Las mejores marcas de paneles resistentes a la temperatura son LG Solar, REC, SunPower y Panasonic.

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