Fundamentos: El panel fotovoltaico. La curva (I-V); MPP; Vmp y Voc
Publicado: 31 Ene 2019, 11:33
El panel solar es uno de los componentes principales de un sistema fotovoltaico. En cuanto a generación, tiene unas características particulares, que le alejan de poder ser considerado como una fuente de tensión o intensidad ideales.
En los catálogos de los fabricantes podemos ver sus características, siendo las más notorias las que siguen:
Isc: Intensidad en cortocircuito, que es la intensidad que entrega el panel cuando unimos los polos directamente ("sc" = short circuit)
Voc: Es la tensión que se mide entre sus polos cuando no circula corriente por el panel, es decir, cuando el panel queda en abierto ("oc" = open circuit)
Imp: Es la intensidad del panel en el punto de máxima potencia ("mp" = maximum power)
Vmp: Es la tensión del panel en el punto de máxima potencia ("mp" = maximum power)
Pmp: Es la potencia que entrega el panel en el punto de máxima potencia ("mp" = maximum power)
Curvas I-V : Son curvas en las que se observa la relación entre voltaje e intensidad, bajo diversas circunstancias. Entre las más habituales, tenemos curvas "STC" (Standard Test Conditions) con radiación solar de 1.000 W/m2 y temperatura de célula de 25ºC; curvas con temperatura constante, en las que varia la radiación solar y curvas a radiación constante en las que lo que varía es la temperatura de las células.
No vamos a entrar en la forma en que las células solares producen energía y nos centraremos en el panel como una "caja negra" capaz de entregar potencia por la acción de la luz solar.
A continuación tenemos las curvas de funcionamiento que da un fabricante de un panel solar de 72 células y 330 w de potencia pico:
En la imagen de la izquierda vemos las curvas de trabajo I-V para distintos niveles de radiación, manteniendo la temperatura de las células constantes a 25ºC.
En la imagen de la derecha, vemos como varían Isc, Voc y Pmp en función de la temperatura. Se cortan las tres curvas a una temperatura de 25ºC, puesto que los datos nominales de esos parámetros están dados a dicha temperatura.
Visto lo anterior, cabe preguntarse si existe alguna forma de determinar la temperatura de la células en función de las condiciones ambientales que rodean al panel.
Para el caso estacionario, es decir, aquel en el que el sol está presente sin transiciones con nubes, tenemos esta aproximación bastante precisa:
Tc = Ta+ G x (NOCT-20) / 800
donde:
Tc : Temperatura de la célula
G : Radiación en W/m2.
NOCT : Temperatura de la célula bajo una temperatura ambiente de 20ºC y una velocidad de viendo de 1 m/s. Dato facilitado por el fabricante.
Como ejemplo, para determinar la temperatura de las células cuando la temperatura ambiente es de 35ºC y la radiación de 900 w/m2, con un NOCT de 45 ºC:
Tc = 35 + 900 (45-20) / 800 = 63.1 º C.
En cuanto a la estimación de la temperatura de las células en los transitorios, el cálculo resulta algo más complejo y no vamos a entrar en detalle. Desde el punto de vista de la transmisión del calor, el panel es considerado como una placa plana radiada y las variables son la velocidad del viento, la radiación, la temperatura ambiente, la posible presencia de agua en el panel...
Cuando se tiene un registro de datos amplios, se observa que las máximas tensiones de trabajo de los paneles no se dan en los días fríos de invierno con sol, como podría pensarse. En esos casos podemos aplicar la fórmula para el régimen estacionario y para una radiación de 900 w/m2 y una temperatura ambiente de 5 º, vemos que la temperatura de las células no es excesivamente baja, unos 33 º C. En mi caso, las temperaturas de células más bajas registradas, o de máximas tensiones, se dan en días con una velocidad de viento considerable, lluvia y posterior transición a sol. En dichos casos, podemos tener una Voc un 12-15% mayor que la NOMINAL.
En los catálogos de los fabricantes podemos ver sus características, siendo las más notorias las que siguen:
Isc: Intensidad en cortocircuito, que es la intensidad que entrega el panel cuando unimos los polos directamente ("sc" = short circuit)
Voc: Es la tensión que se mide entre sus polos cuando no circula corriente por el panel, es decir, cuando el panel queda en abierto ("oc" = open circuit)
Imp: Es la intensidad del panel en el punto de máxima potencia ("mp" = maximum power)
Vmp: Es la tensión del panel en el punto de máxima potencia ("mp" = maximum power)
Pmp: Es la potencia que entrega el panel en el punto de máxima potencia ("mp" = maximum power)
Curvas I-V : Son curvas en las que se observa la relación entre voltaje e intensidad, bajo diversas circunstancias. Entre las más habituales, tenemos curvas "STC" (Standard Test Conditions) con radiación solar de 1.000 W/m2 y temperatura de célula de 25ºC; curvas con temperatura constante, en las que varia la radiación solar y curvas a radiación constante en las que lo que varía es la temperatura de las células.
No vamos a entrar en la forma en que las células solares producen energía y nos centraremos en el panel como una "caja negra" capaz de entregar potencia por la acción de la luz solar.
A continuación tenemos las curvas de funcionamiento que da un fabricante de un panel solar de 72 células y 330 w de potencia pico:
En la imagen de la izquierda vemos las curvas de trabajo I-V para distintos niveles de radiación, manteniendo la temperatura de las células constantes a 25ºC.
En la imagen de la derecha, vemos como varían Isc, Voc y Pmp en función de la temperatura. Se cortan las tres curvas a una temperatura de 25ºC, puesto que los datos nominales de esos parámetros están dados a dicha temperatura.
Visto lo anterior, cabe preguntarse si existe alguna forma de determinar la temperatura de la células en función de las condiciones ambientales que rodean al panel.
Para el caso estacionario, es decir, aquel en el que el sol está presente sin transiciones con nubes, tenemos esta aproximación bastante precisa:
Tc = Ta+ G x (NOCT-20) / 800
donde:
Tc : Temperatura de la célula
G : Radiación en W/m2.
NOCT : Temperatura de la célula bajo una temperatura ambiente de 20ºC y una velocidad de viendo de 1 m/s. Dato facilitado por el fabricante.
Como ejemplo, para determinar la temperatura de las células cuando la temperatura ambiente es de 35ºC y la radiación de 900 w/m2, con un NOCT de 45 ºC:
Tc = 35 + 900 (45-20) / 800 = 63.1 º C.
En cuanto a la estimación de la temperatura de las células en los transitorios, el cálculo resulta algo más complejo y no vamos a entrar en detalle. Desde el punto de vista de la transmisión del calor, el panel es considerado como una placa plana radiada y las variables son la velocidad del viento, la radiación, la temperatura ambiente, la posible presencia de agua en el panel...
Cuando se tiene un registro de datos amplios, se observa que las máximas tensiones de trabajo de los paneles no se dan en los días fríos de invierno con sol, como podría pensarse. En esos casos podemos aplicar la fórmula para el régimen estacionario y para una radiación de 900 w/m2 y una temperatura ambiente de 5 º, vemos que la temperatura de las células no es excesivamente baja, unos 33 º C. En mi caso, las temperaturas de células más bajas registradas, o de máximas tensiones, se dan en días con una velocidad de viento considerable, lluvia y posterior transición a sol. En dichos casos, podemos tener una Voc un 12-15% mayor que la NOMINAL.