¿Cuál es el rendimiento de las placas solares fotovoltaicas?

• ¿Qué es el rendimiento de un panel solar?
• Factores que influyen en el rendimiento
• ¿Cómo saber el rendimiento de una placa solar?
• ¿Cuál es la potencia pico de una placa solar?

Los fabricantes suelen indicar la eficiencia de las placas solares en las características técnicas. Sin embargo, este valor es calculado en unas condiciones determinadas y por lo general su productividad una vez instalada siempre será algo menor. Así, se define rendimiento de las placas solares fotovoltaicas como la cantidad de energía eléctrica que es capaz de generar un panel solar en función de la luz o energía solar que recibe.

Por norma general, se considera que en condiciones óptimas recibimos una radiación de 1.000 W/m² de potencia. Partiendo de este dato, podremos calcular el rendimiento o eficiencia de las placas solares fotovoltaicas.

La radiación solar es el conjunto de irradiaciones electromagnéticas emitidas por el Sol. Nuestra estrella se encuentra a una temperatura media de 6.000 K (5.727 °C) en cuyo interior tienen lugar una serie de reacciones de fusión nuclear que producen energía a costa de una pérdida de masa. Esta energía liberada por el Sol se transmite al exterior mediante la radiación solar.

La radiación solar se difunde en muchos tipos de ondas. Desde las ondas infrarrojas hasta las ultravioleta. No toda la radiación alcanza la superficie de la Tierra, porque las ondas ultravioleta más cortas son absorbidas por los gases de la atmósfera. La magnitud que mide la radiación solar que llega a la Tierra es la irradiancia, que determina la potencia que alcanza a la Tierra por unidad de superficie. Se mide en W/m² (vatios por metro cuadrado).

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Aunque siempre se habla de un rendimiento determinado para los paneles solares, una vez que están instalados y funcionando su rendimiento varía en función de varios factores. Estos harán que la eficiencia de las placas solares fotovoltaicas aumente o disminuya. Por ello los técnicos en fotovoltaica tienen en cuenta estas posibles variaciones para poder adecuar todos los elementos de la instalación a la cantidad de placas solares que se instalen.

① Irradiación solar

Ya hemos visto que la radiación solar es la energía que se desprende del sol y nos llega a nosotros. Esta energía es la que aprovechan las placas fotovoltaicas para generar electricidad. No obstante, la cantidad de irradiación solar que llega a la tierra no es uniforme, y varía en función de la latitud en que se encuentre nuestra instalación. Es decir, es mayor cuanto más cerca del ecuador estamos y disminuye conforme nos acercamos los polos.

② La temperatura

Una característica importante que tienen las placas solares fotovoltaicas es que disminuyen su rendimiento cuando la temperatura es elevada. Los paneles se calientan por el mero hecho de que la luz del sol incida sobre ellos, aunque también aumentan su temperatura simplemente por generar electricidad y que esta recorra los conductores que unen las celdas solares. Según múltiples pruebas efectuadas por fabricantes e instaladores fotovoltaicos, la mejor temperatura para la generación eléctrica son 25 °C.

③ Materiales de la instalación fotovoltaica

Los materiales y componentes de una instalación fotovoltaica afectan a la producción eléctrica y con ella el rendimiento de la instalación completa. Por un lado, debemos tener en cuenta el tipo de placas solares, ya que en función de si son amorfas, policristalinas o monocristalinas, su rendimiento será diferente.

También influye la tecnología que utilizan las placas solares, puesto que la eficiencia de los paneles solares con las células PERC es muy superior a las placas solares policristalinas. Esto es debido a la lámina adicional en la cara posterior de la placa solar, que le permite absorber mayor cantidad de luz solar, así como una mayor captación de electrones.

Otro factor relacionado que hará aumentar el rendimiento de las placas solares fotovoltaicas es la correcta elección del resto de componentes, tanto el inversor solar, como el cableado adecuado, etc. Que se combinen adecuadamente hará que el rendimiento global sea mayor. Por ejemplo, la utilización de microinversores ayuda a mejorar el rendimiento global de la instalación, ya que controlan cada panel de forma individual, de forma que cuando un panel tiene algún problema, por sombras u otro, no afecta al resto de paneles.

④ Orientación e inclinación

La orientación en que se dispongan las placas solares afecta a su rendimiento. Porque esta debe establecerse para que los paneles estén dispuestos lo más perpendicular posible a los rayos de sol. Debido a que por lo general los paneles están fijos, es imposible que el rendimiento de las placas solares fotovoltaicas sea el óptimo siempre. Ya que la tierra se mueve respecto al sol y no siempre se consigue esa perpendicularidad.

En cuanto a la inclinación también afecta por el mismo motivo. Es decir, conseguir la perpendicularidad de las placas con respecto a los rayos del sol. Pues la incidencia del sol varía según las estaciones del año, la inclinación de los paneles debería ir variando con el transcurrir de los días. No obstante, por lo general se instalan sobre una estructura fotovoltaica fija, lo que provoca que solo en unos determinados días tendrán la inclinación óptima. El resto del año la eficiencia de los paneles solares se verá menguada.

⑤ Las sombras

Las sombras producen una reducción del rendimiento de los paneles solares, afectando a la producción de toda la instalación. Aunque la sombra únicamente afecte a una parte de un solo panel, provoca que todas las celdas fotovoltaicas de la placa solar de la misma fila queden anuladas.

Para evitar que toda la placa y por ende toda la instalación de las placas solares deje de producir electricidad, se incluyen en los paneles fotovoltaicos diodos que hacen de puente eléctrico cuando alguna celda queda anulada. Así, se conecta la entrada con la fila siguiente que no esta afectada por la sombra u otro problema y se anula la parte del panel solar que no funciona.

⑥ La estacionalidad

La estacionalidad afecta al rendimiento de las placas solares fotovoltaicas por la variación de la posición de la tierra respecto al sol. Es decir, provoca que los rayos solares no incidan de forma perpendicular sobre las placas. Por ello, la eficiencia de los paneles solares también se ve afectada por el número de horas de luz solar disponible. Ya que, a menos luz, menos electricidad se genera.

⑦ El mantenimiento

Un adecuado mantenimiento nos asegura un rendimiento de las placas solares fotovoltaicas sea bueno. Asegurar que las placas están limpias; que las conexiones eléctricas no están deterioradas; que la estructura fotovoltaica sea estable y mantiene bien fijas las placas. En cambio, cuando no se limpian las placas, acumulando una capa de polvo, arenilla u otra suciedad, la luz del sol no llega a las celdas y por consiguiente la producción eléctrica disminuye sensiblemente.

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El cálculo del rendimiento de las placas solares fotovoltaicas se realiza relacionando la cantidad de electricidad que son capaces de generar con la cantidad energía solar que les llega. Para ello partimos de ciertas consideraciones. Es decir, estimamos que el panel solar está trabajando en condiciones óptimas, o Condiciones Estándar de Medida. Estas condiciones corresponden con una temperatura del panel de 25 ºC y una distribución espectral⁽¹⁾ AM de 1.5 G. Para ellas se toma un valor de 1.000 W/m² como la irradiación que recibe una placa solar.

⁽¹⁾ Distribución espectral: es la cantidad de aire atmosférico que los rayos solares tienen que atravesar para incidir, de forma oblicua, sobre las placas solares.

En el caso que las placas solares no tuvieran pérdidas, o sea, sí el rendimiento de las placas solares o eficiencia fuera del 100%, podrían generar 1.000 W/m² de potencia. Esto es, obviamente solo de modo teórico, ya que las placas solares reales no consiguen ese rendimiento.

Consideramos unas placas solares con dimensiones de 2*1 m, que nos proporcionan una superficie de 2 m2. En el caso de condiciones ideales, y un panel perfecto, es decir, sin pérdidas, supondríamos que la eficiencia de los paneles solares es del 100%. En este caso, los paneles podrían generar:

Desgraciadamente esto no es real, y las placas solares debido a los factores mencionados en el apartado anterior no llegan a ese rendimiento.

Consideremos que utilizamos para nuestra instalación fotovoltaica placas solares de 400 W y que miden 2 metros de largo y 1 metro de ancho. En condiciones ideales u óptimas, estos paneles podrían llegar a generar 400 W cada uno.

Dicho en otras palabras, estas placas solares fotovoltaicas aprovechan el 20% de la energía solar que reciben. Teniendo en cuenta que este cálculo se ha realizado sin tener en cuenta la orientación, la inclinación o la afección de sombras o un mal mantenimiento. Todos estos factores irán afectando y por consiguiente reduciendo el rendimiento real de las placas solares.

Procediendo de igual forma podemos calcular el rendimiento de diferentes placas solares fotovoltaicas en función de su superficie de captación, generando una tabla de eficiencias orientativas.

Rendimiento de paneles solares (%)

Los valores anteriores los hemos trasladado a una gráfica para observar como afecta la tecnología y la superficie de captación al rendimiento de las placas solares fotovoltaicas

Fuente de la imagen: ©Hogarsense.es

Al comparar varios paneles de la misma potencia, pero de diferente tamaño, como en el caso de las placas de 330 W, vemos que, al disponer de mayor superficie, tienen un rendimiento mayor. En el siguiente gráfico disponemos un ejemplo más visual para comprender este efecto del tamaño. Evidentemente, el rendimiento de las placas solares fotovoltaicas se verá reflejado en el precio de estos.

Fuente de la imagen: ©Hogarsense.es

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La potencia pico de una placa solar es la máxima potencia que puede generar ese panel en las condiciones ideales. Es decir, en el momento en el que el sol produce 1.000 W al incidir sobre 1 m2 a 25ºC. Solo en estas condiciones es capar de producir el 100% de la electricidad posible, o lo que es lo mismo, el rendimiento de la placa solar fotovoltaica es del 100%.

Es por ello que, tan solo conseguiremos generar el 100% de la producción de nuestra instalación solar en días soleados de invierno, y quizás algunos de primavera u otoño. Es decir, únicamente llegaremos a la producción pico de los paneles solares en días soleados de invierno.

Con el aumento de la temperatura de las placas solares la producción eléctrica disminuye. La mayoría de los fabricantes cifran el rendimiento de las placas solares fotovoltaicas en un 80% a 40ºC. Es por ello que, si nuestra instalación solar tiene instalados 10 kW en paneles, estos tan solo generarán 8 kW durante los días de calor.

En la siguiente gráfica vemos como se relacionan la corriente eléctrica generada con la tensión y la potencia de las placas solares con la tensión. Así, cuando la tensión sube más de los 24 V, la intensidad empieza a bajar, durante un pequeño tramo. No obstante, esta reducción es mucho más pronunciada con una tensión algo mayor, hasta anular la generación eléctrica.

De igual forma comprobamos que la potencia es máxima con tensiones que varían entre los 30 y los 33 V. Es en estos puntos donde se produce la potencia pico. Con valores superiores de tensión, la potencia también cae hasta cero.

Fuente de la imagen: ©Hogarsense.es