Importancia de las pérdidas por temperatura en un sistema fotovoltaico
Un panel fotovoltaico utiliza la luz visible de la radiación solar para generar electricidad. Solemos asociar la alta radiación solar con calor ya en un día despejado de verano hace mucho calor y es cuándo más alta es la producción fotovoltaica de un panel. Esto se presta para confusiones cuando decimos “es que hoy hizo harto calor, mi panel (fotovoltaico) debería producir mucha energía”.
La energía que recibimos del sol se compone de distintas radiaciones, pero podemos clasificarlas a grandes rasgos en tres: infrarrojo, luz visible y ultravioleta.
El panel solar del que hablamos en este artículo se denomina fotovoltaico ya que utiliza luz visible (foto-) para generar electricidad (-voltaico). La temperatura puede afectar bastante la producción fotovoltaica de un panel solar, pero no como se suele creer.
A rasgos generales, podemos decir que cuánto más caliente está un panel solar, menos energía fotovoltaica produce, mientras que cuánto más frío esté, más energía fotovoltaica genera.
Tomemos como referencia un panel solar fotovoltaico modelo JAM72S30-540/MR del fabricante JA Solar dice que tiene una potencia máxima de 540 watts peak.
Este panel de referencia producirá 540 watts sólo cuando se cumplan las condiciones STC (standard test conditions):
- Irradiancia solar de 1.000 W/m2
- Temperatura de la celda (del panel) sea de 25 °C
- Condiciones atmosféricas equivalentes a AM1.5
Para ejemplficar de una forma simplifcada, la irradiancia solar es que tan despejado o nublado esté el cielo: Con un sol completamente despejado tenemos mucha irradiancia solar y con un cielo muy nublado tenemos poca irradiancia solar.
Lo importante para efectos de este artículo es la temperatura de la celda: Cuando el panel esté al sol, producirá energía eléctrica a partir de la luz visible que recibe, pero ésta se verá afectada por la temperatura de la celda, que es de esperar que aumente si está al sol.
JA Solar, en la ficha técnica del modelo antes descrito, nos entrega un gráfico del comportamiento de voltaje y corriente para distintas temperaturas de la celda.
En el gráfico la curva roja corresponde a las condiciones de operación del panel en laboratorio (temperatura de la celda = 25°C). En la medida que aumenta la temperatura, podemos ver que el voltaje del panel solar fotovoltaico disminuye.
Figura 1. Curvas I-V a distintas temperaturas para el modelo JAM72S30-540/MR.
Lo anterior es sumamente importante, porque establece los primeros cuidados que hay que tener a diseñar un sistema fotovoltaico.
Dado que los paneles fotovoltaicos generan energía eléctrica en corriente continua, necesitamos un equipo que haga el proceso de inversión: pasar de corriente continua a corriente alterna, que es la que tenemos en nuestras casas. Este equipo se llama inversor y hoy en día una gran mayoría de los que están disponibles en el mercado operan con entradas de rangos de voltaje, es decir, no operan a valores fijos sino que tienen un mínimo y un máximo admisible.
Por esto es que es importante que cuando se diseñan sistemas fotovoltaicos, tengamos presente el efecto de la temperatura en el panel solar: Una caída de voltaje del 10% en un arreglo fotovoltaico es suficiente para que el inversor se desconecte.
Un problema de desconexión del inversor es grave, pero los problemas no se detienen ahí. Si se ve el gráfico con detenimiento, podemos ver que a mayor temperatura la corriente aumenta también.
A mayor temperatura, hay menos voltaje en los paneles solares, que sobreexigirá más al cable de conexión entre los paneles y el inversor. Un cable sobreexigido se deteriora más rápido y podría ocasionar una falla en algún terminal de conexión.
La primera recomendación para la instalación de sistemas fotovoltaicos es pensar en la ventilación, ya que inevitablemente los paneles se calentarán al recibir la radiación solar.
Para propiciar una mejor ventilación en los paneles, se recomienda que al instalarse al techo con estructuras coplanares (aquellas que dejan a los paneles paralelos al techo), se deje un espacio de 10 centímetros entre la superficie del techo y el panel, de manera que pueda circular aire por ese espacio que ventilará al panel. Tomen como referencia la imagen siguiente:
Una instalación de paneles fotovoltaicos a piso normalmente no sufre problemas de ventilación ya que se debe instalar una estructura que incline favorablemente los paneles con respecto a la horizontal para aumentar su producción fotovoltaica, aunque por muy tentador que parezca, no es conveniente utilizar el espacio disponible debajo de los paneles como bodega, ya que podrían ocasionar daños en la estructura, bloquear el paso de aire por debajo y complicar la inspección de los conductores en caso de mantenimiento.
Guillermo Ortiz Opazo
5 de mayo de 2023
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