¿Qué paneles fotovoltaicos funcionan mejor a la sombra?

Cuando los árboles o los edificios proyectan sombras parciales sobre un panel solar, la producción cae drásticamente. Algunos tipos de paneles están diseñados para manejar esto mejor. Las condiciones de poca luz son de hecho una situación normal para la cual los paneles solares están bien diseñados. Ya sea que esté nublado, lluvioso o simplemente temprano en la mañana o al final de la tarde, debe esperar que sus paneles solares continúen generando energía. La potencia de sus paneles solares disminuirá, pero con la mayoría de los paneles la disminución es bastante lineal. Es decir, si la luz solar disminuye a la mitad, con la mayoría de los paneles la salida también disminuirá aproximadamente a la mitad.

¿Qué sucede cuando un panel fotovoltaico queda cubierto por una sombra?

Sin embargo, ocurre una situación curiosa cuando un panel solar queda sólo parcialmente cubierto por una sombra. Si bloquea la luz de la mitad de un panel y deja la otra mitad a pleno sol, es de esperar que la potencia de salida se reduzca a la mitad. Pero no es así. Lo que realmente sucede es que la potencia de salida disminuirá dramáticamente: perderá mucho más de la mitad de la potencia.

Hay un par de enfoques que los fabricantes pueden adoptar para construir paneles solares que funcionen mejor en condiciones de sombra parcial como ésta. La primera y más común es utilizar un componente eléctrico llamado diodo de derivación. El propósito de un diodo de derivación es permitir que la electricidad de un panel solar fluya alrededor de las células sombreadas.

Otra es utilizar células solares cortadas por la mitad. El uso de células solares reducidas a la mitad aumenta las vías eléctricas disponibles en un panel solar, haciéndolo más resistente a la sombra. Otra estrategia que no involucra la tecnología de paneles solares en sí es utilizar componentes electrónicos de potencia a nivel de módulo, como microinversores u optimizadores de energía.

Hay aún más enfoques para mejorar la tolerancia a la sombra, pero ahora tanto los paneles solares semicortados como la electrónica de potencia a nivel de módulo están ampliamente disponibles en el mercado y están ganando popularidad, especialmente los microinversores. Por lo tanto, si está diseñando un sistema de paneles solares que funcione mejor en la sombra, una combinación de paneles solares reducidos a la mitad y microinversores u optimizadores de energía puede ser su mejor opción.

Nodos de derivación en paneles solares.

La cantidad exacta de energía que perderá un panel solar cuando esté parcialmente sombreado depende de dónde cae la sombra sobre el panel. Un panel solar típico consta de 60 células solares individuales conectadas entre sí. Cuando una célula solar recibe sombra, pierde energía.

Esta pérdida de energía aumenta la resistencia eléctrica dentro de la celda, lo que a su vez bloquea el flujo de electricidad desde las células solares aguas arriba. Dependiendo de dónde caiga la sombra, un panel solar sin un método para mitigar este problema podría quedarse sin energía por completo.

La solución que utilizan los fabricantes para abordar este tipo de problema de sombreado parcial es la adición de diodos de derivación. Un diodo de derivación es como un desvío en un atasco: permite que la electricidad fluya alrededor de las celdas sombreadas.

Un panel solar típico de 60 celdas está cableado internamente en tres cadenas separadas, con un diodo de derivación que protege cada cadena. Estos diodos están ubicados en la caja de conexiones, que es la pequeña caja negra que encontrarás en la parte posterior del panel. Con un diodo de derivación colocado, cuando una sola célula solar está protegida, la pérdida de energía se produce sólo dentro de la cadena misma, no en todo el panel. Esto puede limitar el impacto del sombreado parcial en el panel, pero cuánto lo limita depende de cómo cae la sombra sobre el panel.

En la instalación en el tejado de una casa, la sombra puede provenir de muchas fuentes, no sólo de los árboles. Los edificios cercanos, las chimeneas, los objetos del tejado, como las antenas parabólicas, los segmentos del tejado con diferentes ángulos e incluso las hojas y los excrementos de los pájaros, pueden provocar problemas de sombra.

Células solares cortadas a la mitad

Algunos fabricantes tienen métodos adicionales para mejorar el rendimiento en esta situación. Una de esas tecnologías son las células reducidas a la mitad, que esencialmente duplican la capacidad de un panel solar para abordar los problemas de sombra.

Una célula solar cortada por la mitad es exactamente lo que parece: una célula solar normal está cortada en dos. Un panel que utiliza celdas medio cortadas tendrá 120 celdas medio cortadas en lugar de las 60 típicas. Con el diagrama de cableado de un panel solar medio cortado, esto da como resultado una duplicación de los caminos eléctricos a través del panel. Esto significa que un panel tendrá seis cuerdas internas en lugar de tres.

Un panel solar con células cortadas por la mitad tiene dos regiones, lo que duplica los recorridos eléctricos a través del panel. Si la mitad superior del panel está sombreada, la mitad inferior no se verá afectada. Una menor resistencia en las celdas divididas por la mitad significa una mejor eficiencia. De hecho, una de las formas en que un panel solar pierde eficiencia es a través del calor provocado por la resistencia eléctrica.

Como la potencia disipada va con el cuadrado de la corriente, esto significa que si duplicas la corriente (medida en amperios), la pérdida de potencia es 4 veces mayor. Por esta razón, las celdas cortadas a la mitad se benefician de una menor pérdida de potencia resistiva. Cada celda solar cortada por la mitad genera la mitad de corriente que una celda de tamaño completo, lo que resulta en 1/4 de la pérdida de energía de un panel fotovoltaico convencional.

La pérdida de potencia resistiva dentro de un panel no es muy alta, pero en la tecnología de paneles solares hemos llegado al punto en el que cada pequeña ganancia ayuda. En promedio, un panel solar reducido a la mitad tendrá una mejora absoluta de la eficiencia de alrededor del 0,5%. Esto significa que si tiene un panel con una eficiencia general del 18%, cambiar a celdas reducidas a la mitad dará como resultado una eficiencia de alrededor del 18,5%.

Microinversores, optimizadores de potencia y sombreado.

Para ser claros, este artículo trata sobre el sombreado parcial de un solo panel solar, no sobre el sombreado que afecta a varios paneles solares de su conjunto.

La sombra que cae sobre una parte de su conjunto causa un problema en todo el sistema similar al sombreado parcial de un solo panel solar. Esto se debe a que, al igual que las celdas individuales de un panel se conectan en serie, los paneles de una matriz normalmente también se conectan en serie. Esto significa que bloquear la luz en un solo panel puede afectar a todo el conjunto.

La solución a este problema reside en la elección del inversor. Los microinversores y los optimizadores de energía son dos tecnologías de inversores que permiten que su conjunto administre mejor el sombreado del sistema. Ambos le ayudarán a maximizar la potencia de su sistema, con la contrapartida de un coste mayor. Otros artículos de este sitio los explicarán con más detalle.