¿Qué factores afectan la eficiencia de un panel fotovoltaico?

En el mundo real, la mayoría de los paneles solares tienden a tener eficiencias entre el 16 y el 19%, aunque algunos fabricantes tienen paneles de gama alta con eficiencias superiores al 20%. Pero, en su mayor parte, no importa si utiliza los paneles más eficientes para aplicaciones residenciales, a menos que tenga un espacio limitado en el techo. Tener un panel solar más eficiente no significa necesariamente que sea mejor, sólo significa que puede generar más energía en un área más pequeña. Si tiene abundante espacio en el techo, por ejemplo, puede ser más ventajoso instalar una mayor cantidad de paneles más baratos en lugar de pagar una prima por paneles más eficientes.

Pero las capacidades del panel en sí son sólo una parte de la historia. Hay muchos otros factores que afectan la eficiencia de los paneles solares y su capacidad para convertir la luz solar en energía para usar en nuestros hogares y negocios.

Paneles solares y temperatura.

Lo creas o no, las temperaturas más cálidas en realidad tienen un efecto negativo en la producción de paneles solares. Suena loco, ¿verdad? Se podría pensar que las temperaturas más cálidas serían mejores porque generalmente hay más luz solar cuando hace más calor, pero la exposición prolongada al calor puede degradar prematuramente las células solares.

Para la producción diaria, las altas temperaturas provocan una caída de tensión y, a su vez, una caída de potencia. La potencia es el producto del voltaje y la corriente (P = V x I), por lo que aunque la corriente aumenta ligeramente con la temperatura, la potencia general se reduce por una caída significativa en la diferencia de potencial entre los electrones (voltaje).

Verá, la luz solar está formada por partículas cargadas llamadas fotones que se originan a partir de la colisión de átomos de hidrógeno en el núcleo del Sol. A medida que estos fotones afectan el servicio semiconductor de los paneles (las células solares), imparten sus energías a los electrones en el celúla. Una vez que estos electrones se excitan a un estado de mayor energía, se mueven y eventualmente son recolectados y canalizados hacia un flujo de electrones (es decir, electricidad).

Si aumenta la temperatura, la "temperatura de reposo" del electrón en realidad aumenta. Como se necesita menos energía para excitar al electrón, inicialmente se transfiere menos energía desde el fotón. Como resultado, su sistema produce menos electricidad.

Ahora, antes de empezar a ventilar tus paneles solares con hojas de palma, debes saber que sólo las temperaturas extremadamente altas tendrán un impacto significativo en la eficiencia de tus paneles solares. Entonces, si sus paneles están en medio de un desierto, por ejemplo, es probable que vean una caída en el rendimiento (sin mencionar una buena cantidad de polvo).

Si por el contrario estás en la ciudad, esto sólo será un problema en los días más calurosos, en los meses más calurosos. Para mitigar este problema, normalmente verá paneles solares residenciales ligeramente elevados en los tejados para mejorar la circulación del aire y enfriar los paneles de manera efectiva. Esta es también la razón por la que los paneles solares flotantes están ganando popularidad, ya que el agua ayuda a enfriar el sistema y mejora ligeramente la eficiencia del panel.

¡Ubicación, ubicación, ubicación!

Como es lógico, es probable que encuentres turbinas eólicas en áreas con un suministro constante de viento, plantas de energía hidroeléctrica cerca del agua y sistemas de energía solar, bueno, ¡donde hay mucha luz solar!

Toda tecnología renovable necesita una fuente de energía, y la bomba de combustible de la energía solar se encuentra a unos 150 millones de kilómetros de distancia, en el centro de nuestro sistema solar. Dicho esto, no todos los lugares de la Tierra reciben la misma abundancia de luz solar anual. Conocer la irradiancia relativa de su hogar, la cantidad de radiación solar recibida en un área determinada, es fundamental para diseñar un panel solar asequible para su hogar.

La insolación está determinada por factores como el clima local, la época del año y, lo más importante, la latitud de su hogar o negocio. ¿Alguna vez te has preguntado por qué tenemos estaciones? Bueno, en pocas palabras, se debe a que la Tierra está inclinada 23,5 grados y partes del planeta estarán más cerca del sol en diferentes épocas del año (cuanto más cerca esté el verano, más lejos estará el invierno).

Sin profundizar demasiado en la mecánica orbital, esto se traduce en que el Sol se encuentra a diferentes altitudes en el cielo según la estación. El sol estará más alto en el cielo en verano y más bajo en invierno, por lo que las cifras de producción de su panel solar variarán según la temporada. Recuerde: se trata de producción anual. Sin duda, su sistema producirá más electricidad en verano, pero probablemente también esté consumiendo más electricidad, especialmente en el Sur, donde no se puede vivir sin aire acondicionado.

¡Incluso el tejado contribuye a la eficiencia! Al igual que tener que enfrentarse a un objetivo para alcanzar el objetivo, sus paneles deben apuntar hacia el Sol para maximizar la producción. Los diseñadores de sistemas logran esto orientando los paneles de manera que su inclinación y acimut permitan la mayor exposición anual. Aquí es donde la geometría de su hogar se vuelve crítica.

La “inclinación del techo”, por ejemplo, es la inclinación o pendiente relativa del techo. Debido a que el Sol varía en su ángulo de altitud a lo largo del año, los paneles deben inclinarse para que, en promedio, reciban la mayor cantidad de luz solar. Este ángulo suele ser el mismo que la latitud local. Tenga en cuenta que este ángulo es relativo al suelo, no a la superficie del techo. El ángulo entre los paneles y el techo es su latitud menos la pendiente del techo (el ángulo de inclinación).

El otro ángulo que debes tener en cuenta es el ángulo azimutal, que normalmente se mide desde una dirección cardinal como el norte o el sur. En Italia, lo ideal es orientar los paneles perfectamente hacia el sur (la misma dirección que la antena parabólica) porque estarán expuestos al máximo a la luz solar. Sin embargo, no es el fin del mundo si tienes un techo orientado al este/oeste. Hoy en día es frecuente ver sistemas en tejados con orientación este/oeste.

La única dirección en la que no orientarías tus paneles es el norte (a menos que vivas en el hemisferio sur. Para aclarar, esto se debe a que la Tierra es más o menos una esfera. Para las personas que viven en el hemisferio norte, el sol aparecerá estar en la parte sur del cielo. Esto es lo contrario para los residentes del hemisferio sur.

El mito del cielo nublado y el sol

Existe la idea errónea de que los días nublados impiden la generación de electricidad. Si bien los paneles solares para su hogar seguramente verán una caída en su producción, todavía reciben luz y continúan convirtiéndola en electricidad.

El solo hecho de que puedas ver los paneles en el techo significa que hay luz entrando a través de la opaca capa de nubes. Lo que importa es la abundancia de sol anual, ni un solo día nublado en el que los paneles solo produzcan alrededor del 20% de su capacidad nominal.

Además, el hecho de que la temperatura sea más fría significa que los paneles solares tendrán una mayor eficiencia que una ciudad más calurosa que podría recibir el mismo nivel de luz solar. Mire a Alemania. Los alemanes, hasta hace poco, lideraban el mundo en producción de energía solar, y su país no se anuncia como un paraíso tropical bañado por un mar de sol. A pesar de su clima más septentrional y templado, representan aproximadamente 1/5 de la energía solar mundial, unos 40 gigavatios de capacidad instalada.

Sombra: la pesadilla de la existencia de tu panel solar

Esto se explica por sí mismo, pero no puedo enfatizar el efecto de sombra, ya que es particularmente dañino para su sistema de energía solar residencial o comercial. La buena noticia es que también es uno de los más fáciles de controlar ya que no es un factor ambiental (a menos que cuentes los árboles).

La sombra es enemiga de la energía solar porque, al igual que las nubes, bloquea la luz solar necesaria para producir electricidad. Entonces, por ejemplo, si tiene muchos árboles alrededor, probablemente necesitará talarlos o eliminarlos para utilizar energía solar. Las obstrucciones del techo, como conductos de ventilación o chimeneas, también pueden ser un problema, aunque son mucho más difíciles de sortear.

La razón por la que la sombra plantea un problema tan importante tiene que ver con cómo están conectados los paneles solares internamente y entre sí. En un panel, las celdas individuales están conectadas en serie para aumentar el voltaje del módulo, pero son tan eficientes como su eslabón más débil. Por lo tanto, incluso si una pequeña parte de un módulo queda a la sombra, todo el conjunto experimentará una pérdida de energía. Esto es cierto para el sistema en su conjunto, ya que los propios paneles están conectados en serie (generalmente).

Pero existe una gran solución a este problema: utilizar optimizadores de energía o microinversores. Básicamente, un optimizador de energía aísla un único módulo para que su rendimiento no afecte a otros módulos de una matriz. Piense en los microinversores como luces navideñas modernas. Las cadenas de luces más antiguas tenían el problema de que "cuando una luz deja de funcionar, todas dejan de funcionar". Con un microinversor, la salida del panel de sombra se verá afectada, pero el resto del sistema estará bien.