Rendimiento de los paneles fotovoltaicos: factores a evaluar

El rendimiento de los paneles fotovoltaicos depende de numerosas variables. Descubre los factores que influyen en el rendimiento de toda la instalación

La instalación de un sistema fotovoltaico puede tener muchas ventajas tanto desde el punto de vista ambiental como económico.

Sin embargo, el rendimiento de los paneles solares está influenciado por varios aspectos que afectan significativamente la producción anual de energía. Una evaluación inadecuada de estos elementos podría comprometer la eficiencia de todo el sistema.

Para obtener los resultados deseados y dimensionar correctamente un sistema fotovoltaico, te recomiendo que pruebes de inmediato la versión de prueba gratuita de un software fotovoltaico que puede ayudarte durante todo el proceso de diseño.

¿Qué se entiende por rendimiento de un sistema fotovoltaico?

Durante la fase de diseño, deben tenerse en cuenta ciertas características que influyen en la cantidad de energía captada, producida y en la eficiencia del sistema.

Antes de definir la eficiencia del sistema fotovoltaico, hay que analizar la eficiencia del panel fotovoltaico individual.

La potencia de los paneles fotovoltaicos se calcula en condiciones STC (Standard Test Condition), es decir, con una irradiación de 1000 W/m², temperatura de 25 °C, distribución espectral = 1,5.

El rendimiento de un panel es la cantidad de energía solar que puede convertir en energía eléctrica por unidad de superficie. Esta es siempre el máximo rendimiento en condiciones STC.

El rendimiento de un panel fotovoltaico se calcula conociendo la potencia máxima y las dimensiones:

Cálculo del rendimiento de los paneles fotovoltaicos

donde:

• Power (W) es la potencia máxima expresada en W;
• Surface (m²) es la superficie del panel en m²;
• 1000 es la irradiación de 1000 W/m²;
• 100 es el factor porcentual.

Pongamos un ejemplo práctico: en el caso de un panel de 250W_p de dimensiones iguales a 1,65 m x 1,00 m (superficie igual a 1,65 m²), obtenemos:

Rendimiento = (250 / 1,65 / 1000) * 100 = 15,15 %

Las dimensiones y la potencia máxima se pueden detectar en las fichas técnicas de los paneles o en las etiquetas de los mismos.

A este punto, podemos introducir el concepto de eficiencia de la instalación fotovoltaica, que expresa la relación entre la cantidad producida y la cantidad máxima producible.

El rendimiento de la instalación fotovoltaica se ve influenciada por varios factores (y no solo por el rendimiento de los módulos).

Factores que influyen en el rendimiento de los paneles solares

Los principales factores que influyen en el rendimiento de la instalación son:

• características intrínsecas de los paneles;
• inclinación de los paneles;
• exposición de los paneles;
• sombreado;
• distancia entre filas;
• pérdidas de energía.

Rendimiento de los paneles fotovoltaicos: factores influyentes

Rendimiento de los paneles fotovoltaicos: Selección de la exposición e inclinación de los paneles

Antes de instalar el sistema fotovoltaico, es aconsejable verificar que el panel tenga la exposición y la inclinación adecuada.

Para captar la máxima radiación solar en el hemisferio norte, los paneles solares deben estar orientados hacia el Sur; sin embargo, los módulos orientados al sureste y suroeste también pueden funcionar bien.

La inclinación (tilt) es variable y depende de la latitud. Los valores orientativos en nuestras latitudes son 20-40°.

Para determinar exactamente el mejor valor según el área de instalación, te sugiero que confíes en un software fotovoltaico, que te permite estimar la producción solar fotovoltaica a partir de datos concretos de radiación solar, disponibles para cualquier localidad del mundo, tomados de la principales bases de datos climáticos de referencia:

• PVGIS para Europa, África, Cuenca Mediterránea y Sudeste Asiático;
• Meteonorm 7.1 para todo el mundo.

Inclinación 30-35° – Dirección Sur

Distancia entre filas

En el caso de posicionamiento sobre una superficie horizontal, además de establecer la orientación y la inclinación, es necesario calcular la distancia entre las filas de módulos para encontrar el compromiso adecuado entre la maximización de la potencia instalable en la superficie y la minimización de los sombreados entre las filas. Este es un aspecto fundamental para maximizar el rendimiento de los paneles fotovoltaicos.

Para establecer la distancia óptima entre las filas, se debe considerar la superficie en la que se instalará el sistema:

• Si la superficie es inclinada, los paneles se instalan generalmente coplanares a la inclinación del tejado o superficie y no es necesario calcular la distancia (la inclinación es la de la pendiente);
• si el sistema está instalado en el suelo o en un techo plano, la inclinación y la distancia entre las filas deben determinarse correctamente para evitar que coincidan la superficie de módulos con las sombras de otros módulos, también teniendo en cuenta la hora del día y los períodos del año.

Por lo tanto, será necesario calcular la altura (H) y la distancia (D) entre una fila de módulos y la siguiente. En el caso de que la distancia no se calcule correctamente, puede ocurrir el fenómeno de las sombras portantes, es decir, los módulos colocados delante crean sombras en los de atrás.

Distancia entre filas de paneles solares

Para gestionar el fenómeno de las sombras portantes sin perder tiempo y estar seguro de obtener resultados fiables, te sugiero que confies en un software fotovoltaico capaz de calcular automáticamente la distancia mínima de instalación entre filas de paneles fotovoltaicos en cualquier superficie (horizontal, vertical o inclinada).

Coeficiente de sombreado

Otro factor fundamental para garantizar el rendimiento óptimo de los paneles es el coeficiente de sombreado, que se calcula mediante el llamado análisis de sombreado.

El análisis de sombreado es el estudio de los elementos arquitectónicos o naturales que rodean la instalación, que permiten verificar cómo pueden intervenir en la radiación solar incidente y si, eventualmente, causan sombras en las superficies de captación.

Un análisis correcto de sombreado implica una inspección, durante la cual se realiza un análisis inclinométrico, es decir, se verifica la presencia de cualquier objeto que pueda causar sombras y se calcula su acimut.

La detección del acimut se realiza de la siguiente manera:

1. nos tenemos que posicionar en el sitio donde se va a instalar el sistema. Luego, con una brújula se detecta en qué punto cardinal se encuentra el elemento con respecto a nosotros. En el caso de la imagen, el árbol está situado hacia el este;
2. se calcula la elevación de este elemento (por ejemplo, 10°);
3. se calcula el valor de la inclinación: mirando con prismáticos o una cámara en la punta del árbol, que representa el límite entre el cielo y el elemento que puede proyectar una sombra, se observa el nivel de inclinación, representado por el ángulo α. Para medir este ángulo α, se utiliza el inclinómetro, es decir, un transportador con una plomada, que permite ver la altura a la que uno se encuentra con respecto a una vista horizontal.

Medición del acimut de un árbol

Este factor se calcula para cada objeto que pueda provocar una sombra en los paneles. Posteriormente, estos valores se integrarán en un mapa solar de coordenadas cartesianas (diagrama solar) y se analizarán con un software fotovoltaico específico que te permite verificar si durante ciertas épocas del año, esos elementos traerán sombras al sistema pv.

Diagrama solar para verificación de sombreado

La imagen anterior es un ejemplo de un diagrama solar donde podemos ver:

• los puntos cardinales de las abscisa;
• los valores de elevación en las ordenadas;
• las curvas solares representadas por las líneas amarillas;
• la esquematización geométrica de los elementos que dan sombra (por ejemplo rectángulos rojos para representar edificios y círculos verdes para representar árboles).

El cálculo preciso de los valores de elevación y orientación de los elementos que rodean los módulos puede convertirse en un proceso muy difícil si no se cuenta con un software de referencia específico. Con el software fotovoltaico Solarius PV, podrás evaluar los sombreados provenientes de todos los obstáculos lejanos o cercanos a la instalación (alturas, edificios, árboles, etc.) a partir de un simple levantamiento fotográfico y realizar el diagrama solar del sitio de instalación.

Pérdidas de energía

Para calcular la eficiencia real de la instalación solar, se deben considerar las diversas pérdidas de energía que pueden ocurrir durante la conversión de la energía solar en electricidad.

Al respecto podemos considerar elbalance of system (BOS). Este expresa en porcentaje las pérdidas de energía en la instalación debidas a diversos factores. Por ejemplo, el acoplamiento entre los distintos módulos fotovoltaicos, las conexiones con el inversor, las pérdidas en los cuadros, las pérdidas en los conductores, etc.

Dicha lista incluye perdidas por:

• reflexión;
• sombreado;
• mismatching;
• temperatura;
• circuitos en corriente continua;
• los inversores;
• circuitos en corriente alterna.

Las pérdidas en el cuadro de corriente continua dependen de la longitud de los cables: cableados más largos provocarán mayores pérdidas.

El fenómeno del mismatching se debe a las pequeñas diferencias en las características eléctricas que hay entre los distintos módulos, según la configuración de la cadena (string). Esto puede provocar una disminución de la energía producida.

Para calcular con precisión el rendimiento real de los paneles fotovoltaicos, se debe tener en cuenta todos los factores mencionados anteriormente. También es útil utilizar un software fotovoltaico que puedes descargar gratuitamente para evaluar las sombras, calcular la radiación solar y considerar las diferentes pérdidas de energía.