Hablemos de módulos fotovoltaicos (tercera parte)

Cómo interpretar una Hoja de Datos de un módulo fotovoltaico

Aunque la estructuración de una Hoja de Datos no obedece un estándar, si puedo mencionar la información mínima necesaria que nos debe de proporcionar:

A) Título, Presentación del producto, Imagen real del producto, Puntos destacados.
B) Las CERTIFICACIONES con las que cuenta el producto, de las cuales hablamos en el artículo Hablemos de módulos fotovoltaicos (primera parte) 28 junio, 2017
C) La GARANTÍA que ofrece en años, por concepto de fabricación (mano de obra) y por desempeño de producción fotovoltaica, las cuales son de dos tipos: estándar o también denominada de 2 fases, y por degradación lineal.

Fig. 1 Gráfica garantía de rendimiento lineal.

Como observamos en la gráfica de la figura 1, en un módulo con degradación lineal, la potencia real (lo que produce) no puede desviarse de la potencia nominal especificada (el dato impreso de la placa) a más del 3% durante el primer año; después, la potencia no disminuirá en más del 0.7 por ciento de la potencia nominal por año. Así que, en el año 11, la capacidad del módulo está garantizada para al menos el 89.3% de la placa, en comparación con la garantía estándar de la industria del 80%. En el año 20, todavía está en al menos el 83%, en comparación con el estándar de la industria del 80%. (1) La garantía de degradación lineal del módulo nos proporciona un valor agregado, ya que nos permite que nuestro proyecto sea elegible para ser financiado por medio de un crédito bancario.

D) PARÁMETROS FÍSICOS:

1.- CANTIDAD Y TIPO DE MATERIAL DE LAS CELDAS (monocristalinas, policristalinas, película delgada) con las que está construido el módulo y la cantidad de buses de las que consta el módulo.

2.- DIMENSIONES DEL MÓDULO, que, en el caso de un módulo estándar de 60 celdas (6×10), tiene un acomodo de 6 celdas a lo ancho, con una dimensión de ±1.00 metro, por 10 celdas en el sentido longitudinal, con una dimensión de ±1.65 metros. Para los módulos con 72 celdas (6×12), se conserva el ancho de ±1.00 metro, por 12 celdas en el sentido longitudinal, con una dimensión de ±1.95 metros. En el caso de los módulos construidos con película delgada (Thin Film), sus dimensiones son ± 0.60×1.20 metros.

3.- DIMENSIONES DEL PERFIL perimetral que conforma el marco, tipo de material y los puntos indicados para aterrizaje del módulo.

4.- Las CARGAS DE DISEÑO que puede soportar el módulo, ya sea por viento en ambas caras del módulo, o por nieve, ya que, dependiendo de la configuración de la estructura, se puede instalar con dos o tres rieles de manera longitudinal o la estructura puede estar colocada de manera perimetral al módulo.

5.-Ubicación esquemática de la CAJA DE CONEXIONES, sus dimensiones, longitud de los cables de conexión positivo y negativo.

E) PARÁMETROS DE TEMPERATURA Y COMPORTAMIENTO ELÉCTRICO: Las características del comportamiento térmico que nos van a brindar el rango de la temperatura de operación del módulo, sus coeficientes de ajuste y el comportamiento de su producción. Para ello, existen dos pruebas:

La primera, llamada Condiciones de Prueba Estándar (STC=STANDARD TEST CONDITIONS), es la principal prueba de rendimiento de salida para un módulo fotovoltaico, utilizada por la mayoría de los fabricantes y organismos de prueba, garantizando una comparación relativamente independiente y permite evaluar los diferentes módulos fotovoltaicos existentes en el mercado. Para realizar esta prueba se especifica una temperatura de celda de 25°C y una irradiancia de 1000 W/m2, con un espectro de masa de aire 1.5 (AM1.5) (3). Estos datos corresponden a la irradiancia y el espectro de la luz del sol incidente en un día despejado sobre una superficie orientada al sol de 37° con el sol en un ángulo de 41.81° sobre el horizonte. Esta condición representa aproximadamente el mediodía solar cerca de los equinoccios de primavera y otoño en los Estados Unidos continentales con la superficie de la célula dirigida directamente al sol, sin embargo, estas condiciones rara vez se encuentran en el mundo real. Aunque es un estándar de comparabilidad aceptado por la industria entre módulos, a menudo ocurre que en el proceso de fabricación los requisitos de STC no se cumplen diligentemente por el control de calidad interno del fabricante, con frecuentes desviaciones en el espectro de la lámpara, temperatura de la celda, temperatura ambiental, irradiación, etc.

Fig. 2 Gráfica desempeño por coeficiente de temperatura

Por lo tanto, los compradores de módulos solares solicitan a menudo los servicios de inspección de terceros para garantizar las declaraciones de rendimiento del fabricante. Derivado de esta prueba, podemos determinar el comportamiento de los módulos, tal y como se muestra en las gráficas de las figuras 2 y 3, en el cual los módulos fabricados con Thin Film (2) tienen mejor desempeño a mayores temperaturas.

Fig. 3 Ejemplo de curva de Intensidad – Tensión y Potencia-Tensión y Gráfica de coeficiente de temperatura según Isc, Voc y Pmax

La segunda prueba, llamada Temperatura de Operación Normal de la Celda (NOCT=NORMAL OPERATING CELL TEMPERATURE) es un estándar de prueba orientado a las condiciones operacionales de las celdas solares, definida como la temperatura alcanzada por las celdas de circuito abierto en un módulo que asume una irradiancia de 800 W/m², temperatura ambiente de 20°C y velocidad del viento de 1 m/s con el módulo en un ángulo de inclinación de 45° y su parte trasera abierta a la brisa (a diferencia de las condiciones en las que los paneles están montados en los techos y el calor se acumula debajo del panel).

Al igual que el STC, las condiciones NOCT son un enfoque para reflejar las condiciones del mundo real. Se aplica para calcular la potencia real disponible en un día promedio y es un parámetro comparativamente más estricto que es requerido por un rango de clasificación de energía y estándares de rendimiento de salida.

Es la principal condición de prueba alternativa a las condiciones de prueba estándar (STC) y también se utiliza para pruebas de calidad del rendimiento del panel solar durante la producción en masa. Los materiales utilizados para los módulos y la densidad de empaquetamiento pueden tener un impacto importante en NOCT y dar como resultado calificaciones distorsionadas. Por ejemplo, una superficie posterior con una menor densidad de empaquetamiento y, por lo tanto, una resistencia térmica reducida puede dar lugar a diferencias de temperatura de más de 5°C. Tanto la transferencia de calor conductiva como la convectiva se ven significativamente afectadas por las condiciones de montaje del módulo PV. Una superficie posterior que no puede intercambiar calor con el ambiente (es decir, una superficie posterior cubierta tal como la montada directamente en un techo sin espacio de aire), tendrá efectivamente una resistencia térmica trasera infinita. Del mismo modo, la convección en estas condiciones se limita a la convección desde la parte frontal del módulo. El montaje integrado en el techo causa una temperatura de funcionamiento más alta, a menudo aumentando la temperatura de los módulos en 10°C.

Fig. 4 Gráfica de curva I – V (Corriente-Voltaje)

Con los datos resultantes se obtienen gráficas llamadas Curva I-V (4) Es la representación gráfica de la corriente frente a la tensión de un dispositivo fotovoltaico a medida que aumenta la carga desde la condición de cortocircuito (sin carga) hasta la condición de circuito abierto (voltaje máximo). La forma de la curva caracteriza el rendimiento de la célula. En el eje “X” se representa el voltaje del módulo expresado en Volts, y en el eje “Y” la corriente del módulo expresada en Amperes, y se puede aprovechar este mismo eje para representar la potencia del módulo expresada en Watts.

Dejo a propósito los términos en inglés (5), para referenciarlos con las hojas técnicas existentes en el mercado, y observemos qué significan y cómo se grafican

En el eje “Y” encontramos:

Corriente a la potencia máxima (Imp=Current at Maximum Power), es la corriente a la cual la potencia máxima del módulo está disponible.

Corriente de Cortocircuito (Isc=Short Circuit Current) es la corriente a través de la célula solar cuando el voltaje a través de la celda solar es cero (es decir, cuando la celda solar está cortocircuitada).

Potencia máxima (Pmax=Maximum Power), La potencia de salida resultante en vatios después de realizarse la prueba STC será la capacidad nominal del módulo, y la eficiencia se calcula dividiendo esto por 1000 W / m2. Esto significa que un módulo solar con una potencia de 180 W / m2 tiene una eficiencia del 18%.

En el eje “X” encontramos:

Tensión a la Potencia Máxima (Vmp= Voltage at Maximum Power), es la tensión a la que está disponible la potencia máxima en el módulo.

Tensión en Circuito Abierto (Voc=Open Circuit Voltage), es la tensión máxima disponible de una celda solar, y esto ocurre a corriente cero. La tensión de circuito abierto corresponde a la cantidad de polarización directa en la celda solar debido a la polarización de la unión de la celda solar con la corriente generada por la luz.

Punto de Máxima Potencia (MPP= Maximum Power Point) Es el punto en la curva de corriente-voltaje (I-V) de un módulo bajo iluminación, donde el producto de corriente y voltaje es máximo.

Fig. 5 Comportamiento de una celda con bajo y alto Fill Factor

La Corriente de Cortocircuito y la Tensión en Circuito Abierto son la corriente y el voltaje máximos, respectivamente, de una celda solar. Sin embargo, en ambos puntos operativos, la potencia de la celda solar es cero. El “factor de relleno”, (FF=Fill Factor) (4), es un parámetro que, junto con Voc e Isc, determina la potencia máxima de una celda solar. El FF se define como la relación entre la potencia máxima de la celda solar y el producto de Voc e Isc. Gráficamente, el FF es una medida de la “cuadratura” de la celda solar y también es el área del rectángulo más grande que cabrá en la Curva I-V.

Como FF es una medida de la “cuadratura” de la Curva I-V, una celda solar con un voltaje más alto tiene un FF más grande posible ya que la porción “redondeada” de la Curva I-V ocupa menos área. El máximo FF teórico de una celda solar se puede determinar diferenciando la potencia de una célula solar con respecto a la tensión y encontrando que es igual a cero.

Como conclusión, con toda esta información, junto con las dos entregas anteriores, deseo que tengan todo el conocimiento necesario para que sus proyectos sean exitosos y lleguen a buen término, así como realicen una compra bien informada.

Considero que para la siguiente entrega sería útil platicar y analizar el uso de las baterías dentro de los sistemas fotovoltaicos. Hagámoslo… Un abrazo.

Bibliografía/ Referencias
(1) JINKO SOLAR. Modulo Policristalino 72 Celdas 320W Eagle Module. Hoja Técnica.
(2) FIRST SOLAR. Thin Film Module. Series 4V3 Datasheet. 
(3) NREL. Reference Solar Spectral Irradiance: Air Mass 1.5. 
(4) PV Education. 4.2 Solar Cell Parameter. I-V Curve. Fill Factor. 
(5) DOE. Solar Energy Glossary.


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2 comentarios en “Hablemos de módulos fotovoltaicos (tercera parte)”

  1. Buenas noches. No puedo encontrar la segunda parte de este artículo (Hablemos de módulos fotovoltaicos). Realmente me gustaría poder leerlo. No sé si no lo estoy buscando bien o ya no se encuentra en el sitio. Si puede compartirlo, mi correo es [email protected]
    De antemano, gracias.
    Alyne León

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