Parámetros de paneles solares fotovoltaicos

¿Qué son las Condiciones de Prueba Estándar (STC)?

Las condiciones estándar de medida (STC) son un conjunto de condiciones de referencia para medir el rendimiento de los paneles solares. Los valores de las STC son: irradiancia de 1000 W/m², temperatura de célula de 25°C y 1.5 AM (atmósferas). Las STC garantizan la uniformidad de medida al comparar paneles solares.

Las STC ayudan a medir parámetros clave como la potencia de salida (W), la eficiencia y el voltaje de un panel solar. Los fabricantes se basan en las clasificaciones STC para especificar el rendimiento máximo de sus productos, y demás parámetros eléctricos, lo que permite una comparación precisa.

Hay que tener en cuenta que las condiciones de trabajo de un panel solar en funcionamiento real se desvían del STC, por lo que el rendimiento real disminuye tal como se puede apreciar en la siguiente imagen donde la irradiancia directa no supera los 600 W/m2.

¿Qué relación tiene la irradiancia solar con las STC?

La irradiancia solar forma parte de las STC (Standard Test Conditions). La irradiancia solar se refiere a la potencia por unidad de superficie recibida del sol, medida en vatios por metro cuadrado (W/m²). En las condiciones estándar de ensayo, los paneles solares se prueban bajo una irradiancia de 1000 W/m², simulando las condiciones de máxima luz solar, aunque esta irradiancia rara vez se alcanza en condiciones reales de trabajo.

El nivel de irradiancia normalizado permite a los fabricantes especificar la potencia máxima del panel en condiciones ideales. En situaciones reales, la irradiancia solar fluctúa debido al clima, las sombras o la hora del día, lo que altera el rendimiento y la eficiencia del panel.

A medida que disminuye la irradiancia, la potencia del panel disminuye proporcionalmente, lo que significa que un panel de 400W en condiciones STC puede producir mucho menos en condiciones reales de funcionamiento. Para mostrar esta dependencia proporcional de la irradiancia con las STC se utiliza la siguiente fórmula.

Si consideramos un panel solar de 400W, con una eficiencia del 21% y una superficie de 1,9 m2, podemos calcular su potencia de salida en condiciones STC con irradiancia de 1000 W/m2 y en condiciones reales con irradiancia 800 W/m2 a continuación.

En condiciones STC (con 1000 W/m2 de irradiancia).

En condiciones reales de funcionamiento (con 800 W/m2 de irradiancia)

Al vincular la irradiancia y los STC, se pueden estandarizar las evaluaciones de eficiencia y las expectativas de rendimiento, lo que permite a los consumidores predecir el rendimiento de los paneles en función de la intensidad de la luz solar.

¿Cómo se utilizan las STC para medir la eficiencia de un panel solar?

La eficiencia de un panel solar viene determinada por la relación entre la potencia eléctrica de salida (en vatios) del panel solar y la energía solar incidente en condiciones específicas (1000 W/m2) definidas por las STC.

Por ejemplo, la eficiencia de un panel solar de 550W, con una superficie de 2.279 mm x 1.1134 mm, en condiciones STC se calcula del siguiente modo.

¿Qué otros parámetros se utilizan para evaluar el rendimiento de un panel solar?

Para evaluar el rendimiento real de un panel solar, además de las STC se utilizan los siguientes parámetros:

• Temperatura Nominal de Operación de la Célula (NOCT)
• Horas Sol Pico (HSP)
• Punto de Máxima Potencia (MPP)
• Curva de Panel Solar (Curva IV)
• Factor de Forma (FF)

Temperatura Nominal de Operación de la Célula (NOCT)

La temperatura nominal de operación de las células (TONC o NOCT en inglés) es la temperatura de funcionamiento de las células de un panel solar en condiciones exteriores específicas (entre 40ºC y 45ºC).

Las NOCT se mide cuando el panel está expuesto a una irradiancia de 800 W/m², una temperatura ambiente de 20 °C (lo que implica 45ºC+-2ºC de temperatura de célula), una velocidad del viento de 1 m/s y funciona en condiciones de circuito abierto.

La TONC ofrece una estimación empírica de la temperatura que alcanzarán las células de un panel durante un funcionamiento real, lo que repercute en la eficiencia de funcionamiento. Como los paneles solares generan calor bajo la luz solar, su rendimiento disminuye al aumentar la temperatura, por lo que son preferibles los paneles solares con una TONC cuanto más baja mejor.

Horas Sol Pico (HSP)

La Hora Sol Pico (HSP) es una unidad de medida de la cantidad de horas en que la energía solar (irradiación) recibida en un lugar específico alcanza una media de 1.000 W/m². Por ejemplo, si un lugar recibe 5 HSP, significa que la energía total recibida equivale a 5 horas de luz solar a 1.000 W/m².

Las HSP de un lugar se utilizan para dimensionar los sistemas de energía solar porque están directamente relacionadas con la producción de energía de un panel solar. Cuanto mayor sean las HSP en un lugar, más energía podrá generar un panel solar.

Las HSP varían en función de la ubicación geográfica, la época del año y las condiciones meteorológicas.

Punto de Máxima Potencia (MPP)

El punto de máxima potencia (“Maximum Power Point” o MPP) es el punto específico de la curva de corriente-tensión (I-V) de un panel solar en el que el producto de la corriente (I) y el voltaje (V) produce la máxima potencia.

El punto de máxima potencia representa la condición óptima de funcionamiento de un panel solar, en la que puede producir la máxima potencia posible en determinadas condiciones ambientales de irradiancia y temperatura.

Los paneles solares funcionan de forma más eficiente cuando están en su MPP. Dado que las condiciones ambientales cambian constantemente, el MPP también cambia, lo que requiere una tecnología de seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT) en los inversores solares para ajustar continuamente el punto de funcionamiento y garantizar que el sistema fotovoltaico permanezca en el MPP o lo más cerca de él. Esta tecnología maximiza el rendimiento energético y la eficiencia global de un sistema de energía solar.

Curva de Panel Solar (Curva IV)

La Curva IV (Curva Corriente-Tensión) de un panel fotovoltaico representa la relación entre la corriente (I) y la tensión (V) producidas por un panel solar en condiciones concretas de irradiancia y temperatura. La curva IV ayuda a visualizar cómo cambia la producción de un panel con cargas e irradiancia variables, mostrando la corriente a diferentes niveles de tensión.

En un extremo de la curva, cuando la tensión es cero, la corriente es máxima, lo que se denomina corriente de cortocircuito (Isc). En el otro extremo, cuando la corriente es cero, la tensión es máxima, lo que se conoce como tensión en circuito abierto (Voc). El punto clave de la curva es el punto de máxima potencia (MPP), donde el producto de la corriente y la tensión alcanza su valor máximo, lo que indica la condición óptima de rendimiento del panel.

La curva IV se utiliza para analizar el rendimiento de los paneles fotovoltaicos, para ayudar en el diseño y dimensionamiento de los sistemas fotovoltaicos y para optimizar la generación de energía. La gran mayoría de software actual ya incluye las curvas IV en sus sistemas de monitorización.

Factor de Forma (FF)

El factor de forma (FF) es un parámetro que se utiliza para evaluar la eficiencia de un panel solar. Representa el cociente entre la potencia máxima (Pmax) de un panel solar y el producto de su tensión de circuito abierto (Voc) y su corriente de cortocircuito (Isc). Se mide en porcentaje (%).

Para calcular el FF se utiliza la siguiente ecuación:

FF (%) = Pmax / (Voc x Isc)

El factor de forma indica lo «cuadrada» que es la curva IV, lo que refleja la capacidad del panel para convertir la luz solar en energía utilizable. Un FF más alto indica un panel más eficiente con menos pérdida de energía, ya que muestra que el panel funciona más cerca de su máxima potencia de salida posible. El FF se utiliza junto con la eficiencia para comparar y evaluar distintos paneles solares. Los mejores paneles solares tienen un FF superior al 78% y al 85%.

¿Qué otros parámetros afectan al voltaje?

La tensión de salida de un panel solar, en particular la tensión en circuito abierto (Voc) y la tensión en el punto de máxima potencia (Vmp), varían según otros parámetros como la temperatura y el sombreado, mientras que Vmp varía más directamente por cambios en la irradiancia, la resistencia y la eficiencia global de la célula.

Los 5 parámetros que afectan al voltaje de una placa solar se listan a continuación.

• La temperatura: A medida que aumenta la temperatura, tanto la Voc como la Vmp disminuyen. La Voc es muy sensible a los cambios de temperatura y disminuye más rápidamente porque representa la tensión potencial máxima sin corriente. La Vmp también disminuye menos bruscamente que Voc, reduciendo directamente la potencia del panel.
• Irradiancia: A medida que disminuye la irradiancia, la Voc se mantiene relativamente estable pero experimenta una ligera reducción debido a la menor energía para la separación de cargas. La Vmp cae a medida que disminuye la irradiancia, ya que el punto de máxima potencia se desplaza hacia abajo debido a una menor eficiencia y corriente en condiciones de poca luz.
• Sombreado: El sombreado puede causar importantes caídas de tensión. La Voc se reduce sustancialmente si el sombreado afecta a grandes partes del panel. La Vmp es más sensible al sombreado, porque el punto de potencia se desplaza debido a la reducción de la corriente y a los puntos calientes localizados, lo que provoca una Vmp más baja.
• Resistencia en serie (resistencia interna): La resistencia interna de las conexiones y los materiales que componen el panel solar provoca pérdidas de energía, reduciendo tanto el Voc como el Vmp. El impacto sobre el Voc es mínimo, pero el impacto sobre el Vmp es mayor porque una mayor resistencia reduce la eficiencia y la corriente y desplaza el punto de máxima potencia hacia abajo.
• Degradación de las células: Con el tiempo, la degradación de las células y los desajustes debidos a las variaciones de fabricación provocan caídas de tensión.

¿Qué otros parámetros afectan a la potencia de un panel solar?

La potencia de un panel solar depende de 6 parámetros ambientales y operativos que se listan a continuación.

• Corriente de cortocircuito (Isc): es la corriente máxima generada por el panel cuando no hay carga (resistencia cero). La Isc es directamente proporcional a la intensidad de la luz solar (irradiancia). Una mayor irradiancia aumenta la Isc, por lo que es un factor clave para determinar la producción de energía.
• Corriente máxima de funcionamiento (Imp): es la corriente en el punto de máxima potencia (MPP) del panel, donde se entrega la potencia máxima. La Imp es ligeramente inferior a Isc y está influida por factores como la temperatura, el sombreado y la irradiancia.
• Sombreado: Las sombras reducen drásticamente la potencia de un panel solar porque impiden que la luz solar llegue a algunas o a todas las células. Incluso un sombreado parcial puede causar caídas significativas en la corriente y el voltaje reduciendo tanto la potencia de salida como la eficiencia global.
• Albedo: Se refiere a la capacidad de reflejar la luz solar de las superficies que rodean al panel solar, que puede mejorar la generación de energía en los paneles solares bifaciales (captar energía por ambas caras del panel). Las superficies reflectantes, como la nieve o los tejados blancos, hacen rebotar más luz solar en el panel, aumentando la irradiancia y, por tanto, la corriente y la potencia de salida.
• Capacidad de conversión espectral: Es la capacidad de un panel solar para convertir diferentes longitudes de onda de luz (espectros variados) en electricidad. Los paneles con una mejor conversión espectral utilizan eficazmente no sólo la luz visible, sino también las longitudes de onda infrarroja y ultravioleta, mejorando el rendimiento general en condiciones de iluminación variadas.
• Pérdidas por desajuste: Las pérdidas por desajuste se producen cuando las células individuales o los paneles de una cadena no funcionan en su punto óptimo por defectos en la fabricación, el sombreado o la degradación de su vida útil. Estas pérdidas provocan una reducción de la potencia porque la célula o el panel menos eficiente limita el rendimiento de toda cadena (string).

¿Por qué es importante revisar los parámetros de un panel solar antes de comprarlo?

Revisar los parámetros de un panel solar antes de comprarlo es importante porque permite elegir el panel más adecuado para la instalación fotovoltaica. No tener en cuenta estos parámetros hace que se tomen decisiones de compra poco informadas, y que cuando se instalen los paneles fotovoltaicos el rendimiento de la instalación sea inferior a lo esperado en condiciones adversas o con el paso del tiempo.