Efecto de las sombras en un panel solar fotovoltaico

En el artículo de hoy vamos a analizar cuáles son los efectos negativos que tienen las sombras sobre los paneles solares fotovoltaicos. La sombras son unos de los mayores enemigos que podemos encontrarnos a la hora de instalar placas solares, por lo que debemos estar muy atentos para evitarlas lo máximo posible y saber que es uno de los requisitos que debemos tener en cuenta al instalar placas solares.

¿Qué efectos tienen las sombras en un panel fotovoltaico?

Además de esto, no solo la ausencia de las sombras son un factor determinante en una instalación fotovoltaica, pues debemos tener también muy en cuenta la calidad de las placas solares que instalemos, pues su comportamiento en sombra puede ser mejor en función de la calidad de las mismas.

Investigar un poco en internet sobre el origen de fabricación de un panel solar es relativamente sencillo y es más que aconsejable que los módulos fotovoltaicos que usemos sean de la máxima calidad, mayor rendimiento y seguridad en la cobertura de garantías que ofrecen los fabricantes de paneles solares. Las placas solares SunPower, o los paneles FuturaSun son un buen ejemplo de ello.

Antes de proseguir, y para evitar confusiones, debemos saber diferenciar entre célula y panel solar.

El panel solar está compuesto por la asociación de células solares (típicamente 36, 60, 72 células) asociadas en serie o paralelo. Podemos decir que, a modo coloquial, el funcionamiento de un panel fotovoltaico parte de una agrupación de células solares conectadas entre si.

Efecto de las sombras en un panel

Como decíamos al comienzo, debemos evitar en todo lo posible el sombreado de los paneles solares de nuestra planta solar por que impide un correcto funcionamiento. Pero esto es a veces inevitable, sobre todo en tejados de sistemas fotovoltaicas para casas y/o edificios, donde estamos limitados en espacio, orientación, etc.

En esos casos, donde el sombreado resulte inevitable, dependiendo de la forma de la sombra, del número de células o paneles que cubra, y de la distribución de éstas en el interconexionado del módulo, el efecto sobre la generación de energía eléctrica del panel solar puede variar considerablemente.

Diodos de bypass:

Como ya hemos visto en artículos anteriores, la existencia de sombras sobre parte de un panel fotovoltaico produce la entrada en funcionamiento de los diodos “Bypass” de la caja de conexiones y esto provoca escalones en la curva I-V del mismo, es decir, su producción se reduce.

Por ejemplo, una placa solar estándar, dispone de 3 diodos de bypass, uno por cada serie de 20 células, por lo que cuando uno de los diodos conduce, el panel produce un 1/3 menos de lo que debiera en ese momento de sombra.

Cuando una célula o grupo de células se sombrea, pasa de producir electricidad a consumirla, lo que puede provocar sobrecalentamiento y hasta la destrucción de la célula (lo que se conoce como Punto Caliente o Hot Spot) ( ¿Qué es un punto caliente en una placa solar?), por ello la existencia de los diodos “Bypass” que hacen de puenteo de la corriente eléctrica para evitar que esto suceda.

Se puede ver en la imagen siguiente un ejemplo de Hotspot en un panel solar debido, en este caso, a su baja calidad:

punto caliente hotspot célula solar

Funcionamiento del diodo de bypass:

Es decir, técnicamente hablando, cuando la suma de los voltajes positivos del resto de células asociadas en serie con la célula sombreada supera el voltaje negativo de esta en una cantidad igual al voltaje de activación del diodo Bypass, entonces el diodo bypass comienza a conducir, ofreciendo un camino alternativo para la corriente, y evitando así que la célula sombreada resulte dañada.

Se puede ver en en la siguiente imagen:

efecto sombra panel diodo bypass

Los diodos de paso (de bypass en inglés) no evitan el sombreado de las células, ni mejoran la respuesta eléctrica en esas situaciones, sólo sirven como medida de protección para minimizar los efectos del “punto caliente” en asociaciones serie.

Conexionado:

También es importante mencionar que si conectamos unos paneles fotovoltaicos directamente a una batería solar y se invierte la polaridad uniendo los terminales de distinto signo con la batería, los diodos de paso permitirían la circulación de la corriente inversa desde la batería al panel, originándose un cortocircuito de consecuencias desastrosas.

Explicación del funcionamiento del Diodo Bypass en un panel solar:

Como sabemos que el concepto de cómo funciona el diodo de paso (Bypass) es difícil de entender, vamos a tratar de explicarlo de un modo más básico.

Para ello vamos a imaginar tres depósitos de agua, comunicados entre si. Cada depósito es la equivalencia de lo que sería una célula solar, e imaginemos que el depósito del centro (Depósito 2) simula la célula que está sombreada.

Sucedería lo siguiente:

Efecto sombra célula depósito 2

Como se aprecia, el depósito 2, que equivaldría a la célula solar sombreada, en lugar de generar y dejar fluir el agua, absorve agua y se desborda. Es lo que hablábamos de que la célula sombreada comienza a disipar potencia y se puede acabar quemando (fenómeno HotSpot o Punto Caliente) .

Continuando con el ejemplo de los depósitos, ahora vamos a incorporar un circuito de bypass con una válvula de un solo sentido. Esto viene a ser el equivalente al diodo de paso.

Sería algo así:

efecto sombra célula depósitos con bypass

Como podemos ver, cuando no hay sombras, el agua circula en el sentido indicado por la flecha recta, y el circuito de Bypass (flecha curva) está cerrado, por lo que la circulación sería a través de los tres depósitos.

En el caso de que la célula central (Depósito 2) volviera a estar sombreada, ocurriría entonces lo siguiente:

efecto sombra célula depósitos con bypass activo

Como vemos, el circuito de Bypass (que equivale al diodo de bloqueo), se abriría para dejar circular el agua y de este modo puentea el depósito 2 evitando que se desborde.

Es decir, tal como describíamos, al actuar el diodo de bloqueo o Bypass, la célula o rama de células asociadas a ese diodo quedan puenteadas y se se evita que disipen potencia.

Solución a las sombras en paneles solares:

Hay varios aspectos a tener en cuenta si quieres solucionar el problema de las sombras en paneles solares. Unas son con un buen diseño y otras son con una selección de productos específicos para ello.

Diseño:

Por mera lógica, aunque muchas veces se pasa por alto, la mayoría de problemas de sombra se deben solucionar en la fase de diseño del sistema fotovoltaico. Separación entre filas de paneles (si se montan sobre estructura inclinada), análisis de posibles obstáculos como chimeneas, antenas... y adelantarse a futuros como crecimiento de árboles cercanos, construcción de alguna edificación cercana... son aspectos que se tratan en la fase de diseño y pueden solucionar muchos problemas de sombras.

Producto:

Si a pesar de la fase de diseño, se contempla que resulta inevitable la proyección de sombras durante una parte del año, la mejor solución es comprar paneles solares con microinversor integrado, o bien,  comprar microinversores. Esta solución técnica hace funcionar a cada panel de manera totalmente independiente al resto, de este modo, si alguno se encuentra bajo efectos de sombra, el resto de paneles que componen el sistema estará funcionando correctamente y sin merma de producción.

Empresas:

Instalar paneles solares, aunque parezca sencillo, implica muchos pequeños detalles que pueden dar al traste con el buen funcionamiento del sistema. Para que esto no suceda en tu instalación fotovoltaica, recuerda siempre contratar los servicios de profesionales que tengan conocimientos y experiencia en como instalar paneles solares.

Conclusiones:

Esperamos que os haya resultado útil el artículo y haya ayudado a comprender el fenómeno de las sombras en un panel o célula solar.

Recordar también que el fenómeno de puntos calientes, o HotSpot, no solo es causado por el sombreado, también es muy habitual en placas solares baratas de baja calidad, por lo que, insistimos, es siempre mejor invertir algo más en un panel solar fabricado de calidad que no arriesgarse a pagar algo menos y tener luego problemas con nuestra instalación fotovoltaica.

Esto también es extrapolable a una placa solar autocaravana, pues debemos evitar esa sombra fija de, por ejemplo, la antena de radio.

Hay un viejo proverbio que dice así: “La amargura que provoca la mala calidad permanece mucho más tiempo que el placer que produce un precio barato”.

Puedes encontrar módulos solares con mejor comportamiento en sombras, por su tecnología, en nuestra selección de venta de placas fotovoltaicas y pedir presupuesto para tu proyecto.

Artículo elaborado por el departamento técnico de SunFields Europe.

José Alfonso Alonso Lorenzo

José Alfonso Alonso Lorenzo

Profesional Fotovoltaico desde 2006.

  • Ingeniero técnico Industrial por la Escuela Politécnica de Ferrol.
  • Experto en Solar Fotovoltaica por el Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas de Madrid en 2009-2010.
  • Experto Profesional en Energía Fotovoltaica, por la UNED 2010-2011.
  • Gerente y Responsable de Compras en SunFields Europe desde 2010.

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