Célula y panel fotovoltaico Cómo trabaja el módulo fotovoltáico. Explicación de los parámetros eléctricos Forma parte del Contenido de aula solar fotovoltaica
La célula fotovoltaica
Para no complicar en exceso la explicación sobre el funcionamiento de una célula fotovoltaica, bastará con que entendamos que la unión física de dos elementos de diferente valencia (posibilidad de enlaces) como por ejemplo el silicio y el boro, al ser iluminada por los rayos solares, produce un flujo de electrones que intentan enlazar sin posibilidad de hacerlo, quedando libres como cargas negativas permitiendo a su vez la creación de huecos que a falta de un electrón se convierten en una carga positiva.Este flujo de cargas positivas y negativas conectado a una resistencia exterior, genera una corriente continua de unos pocos miliAmperios. La unión de varias de estas celdas según la nomenclatura latinoamericana, capaces de convertir la luz solar (energía) en corriente eléctrica, forma lo que llamamos módulo o panel fotovoltaico. (También denominado por algunos y de forma algo confusa placa solar, puesto que de esta forma no se sabe si se refieren a térmica o a fotovoltáica).
Siguiendo con las células, al estar conectadas en serie, entre los dos bornes del panel (positivo y negativo) obtenemos la suma de las tensiones ( voltios, V ) proporcionadas por cada una de ellas y la intensidad de corriente ( amperios, I ) que soportan todas ellas por igual, aunque los módulos suelen estar compuestos por combinaciones serie y paralelo. Estos dos valores I y V serán los que determinen la potencia que el panel será capaz de suministrar.
Parámetros eléctricos del panel fotovoltáico
Como podemos ver en la figura de abajo, existen cuatro factores que definen eléctricamente a un panel fotovoltaico.
- Intensidad de cortocircuito
- Isc, que corresponde a la cantidad de amperios que podríamos registrar si la resistencia entre sus bornes fuera 0.
- Tensión de circuito abierto
- Voc, que corresponde a la cantidad de voltios que mediríamos entre sus bornes estando desconectados de cualquier tipo de resistencia eléctrica.
- Potencia máxima
- El producto de Vmax por Imax que es la máxima potencia que el panel suministra en condiciones normalizadas de potencia lumínica y temperatura. Es el dato que damos cuando hablamos de la potencia de un panel.
- Factor de forma
- FF, que es la relación entre Pmax y el producto Isc x Voc. Da una idea de las prestaciones reales del panel. Entre dos paneles definidos por una misma Pmax, suministrará más potencia aquel cuyo FF se aproxime más a la unidad.
- Rendimiento
- Relación entre potencia eléctrica suministrada por el módulo y la radiación solar disponible (w/m2).
Los valores citados arriba de Intensidad y Tensión son suministrados por el fabricante para unas condiciones determinadas que son: 1 Kw/m2 de intenidad, potencia o irrdiancia solar y una temperatura del módulo de 25ºC. Sin embargo en condiciones de trabajo reales Isc y Voc varían.
Temperatura normal de operación de la célula fotovoltaica NOCT
La corriente de cortocircuito y la temperatura de trabajo de la célula están en función de la irradiancia; si esta aumenta, lo hace la intensidad que a su vez hace aumentar la temperatura, además de la aportación térmica de los propios rayos solares. El voltaje de circuito abierto depende de la temperatura. Se estima de forma empírica que el voltaje o tensión de cada célula disminuye unos 2,2 mV por cada ºC que aumenta la temperatura. Debido a estas variaciones son necesarios otros dos elementos para conocer con exactitud el comportamiento del módulo; estos son:- La temperatura normal de operación de la célula TONC o en inglés NOCT, que es otro dato suministrado por el fabricante y comprobada a 80mw/m2 con velocidad del viento de 1m/seg.
- La célula calibrada, que es un modulo compuesto de una sola célula de la que se han extraido datos de Ics y Voc muy precisos.
Con estos elementos podemos comprobar si la Voc del panel fotovoltaico para condiciones estandar, es la proporcionada por el fabricante.
Voc (condiciones estand.) = Voc (Tcel) + 0,0023 x N ( Tcel - 25ºC )
Voc (Tcel) = Voc obtenida a la temperatura real de la célula
N = Nº de células en serie del módulo.
En este enlace a la web de la empresa EKO-EU dedicada a mediciones e instrumentación solar es posible obtener información relacionada con el tema de esta página.
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