Efectos del calor en paneles solares
En publicaciones previas de nuestro blog, hemos detallado cómo los paneles solares están compuestos por células fotovoltaicas, predominantemente de silicio, un material semiconductor que reacciona ante la luz solar. La incidencia de los fotones activa los electrones del silicio, generando la corriente eléctrica que será convertida según el uso previsto para los módulos solares.
Aunque los paneles solares necesitan la luz del sol para producir energía, el calor intenso puede ser uno de sus peores adversarios. Las temperaturas elevadas impactan de manera negativa en su rendimiento, disminuyendo su eficiencia de forma considerable.
Esto provoca una notable pérdida en la producción energética, afectando tanto a proyectos de autoconsumo como a plantas solares de gran escala. Estas pérdidas no solo se reflejan en términos de sostenibilidad, sino también en términos económicos. En este artículo analizaremos cómo el calor afecta a los módulos solares y exploraremos estrategias para reducir su impacto.
Temperatura ideal de funcionamiento de las placas solares
El funcionamiento óptimo de los paneles solares se encuentra en un rango de temperatura entre 20 y 25 grados. Al superarse esta temperatura, el rendimiento de las placas solares disminuye ligeramente. Según la mayoría de los fabricantes, a 40ºC el rendimiento se sitúa en torno al 80%. No obstante, este efecto negativo del calor es compensado por el incremento de horas solares. Así es como la temperatura influye en el rendimiento de las placas solares.
El rendimiento máximo de un panel solar se da cuando el ambiente está templado, incluso en días nublados. Contrario a lo que se suele creer, las placas solares generan electricidad en jornadas nubladas. Las nubes afectan a la radiación de tres maneras diferentes: la reflejan, la absorben y la difuminan, pero no impiden que dicha radiación llegue al panel fotovoltaico. Por lo tanto, incluso en días nublados, la instalación puede operar al 10% o 15%.
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¿Cómo influye el calor?
La radiación solar se convierte en una gran aliada para los módulos fotovoltaicos, los cuales pueden aprovechar tanto la radiación directa como difusa (la que llega reflejada en las nubes). Sin embargo, existe una relación inversamente proporcional entre la temperatura y la eficiencia de los paneles solares: cuando la temperatura aumenta, la eficiencia de conversión disminuye.
Por ello, el mantenimiento de las placas solares se vuelve crucial para asegurar su óptimo funcionamiento a lo largo del tiempo, especialmente ante fenómenos climatológicos como las olas de calor, cada vez más frecuentes por el cambio climático.
Efectos adversos del calor
Los equipos pueden experimentar tres efectos perjudiciales derivados del calor.
1. Disminuye el Voltaje de Salida
Cuando la temperatura de las células solares sube, el voltaje de salida se reduce, generando así menos electricidad. Este es un comportamiento natural de los semiconductores, como el silicio, donde el calor elevado influye negativamente en la velocidad de los electrones en movimiento.
2. Menor eficiencia de conversión
La eficiencia de un panel solar se refiere a cuánta energía solar se transforma en electricidad. A medida que la temperatura sube, la eficiencia de conversión sufre debido a la reducción del voltaje, como se mencionó anteriormente.
Estudios diversos indican que, por cada grado Celsius incrementado respecto a la temperatura estándar de prueba (típicamente 25 °C), la eficiencia de conversión puede caer entre un 0,3% y un 0,5%, dependiendo del fabricante, el modelo y la tecnología del panel. Este efecto es especialmente notable en zonas con temperaturas elevadas, como en los desiertos.
3. Degradación
No solo la eficiencia a corto plazo de los paneles solares se ve afectada por el calor, sino que también a largo plazo puede contribuir a su degradación. La exposición continua a temperaturas elevadas puede acelerar el envejecimiento de los materiales que forman los paneles solares.
Entre los problemas más significativos se encuentran la delaminación, donde las capas del panel se separan, y la degradación de los materiales encapsulantes que protegen las células solares. Estos factores pueden disminuir la vida útil de los paneles y, en casos extremos, llevar a fallos prematuros.
Además de las condiciones externas, errores en la configuración interna de los paneles pueden generar incrementos de temperatura que resultan igualmente dañinos. Algunos de los más comunes son:
Factores de temperatura que afectan a la producción de energía de una instalación fotovoltaica
Como ya mencionamos, la temperatura influye directamente en la eficiencia y producción de los paneles solares. Por ello, es crucial controlar ciertos aspectos que pueden reducir la eficiencia de las placas solares. A continuación, examinamos tres factores clave:
- Temperatura del sistema instalado. Los paneles solares ubicados en los tejados suelen experimentar temperaturas más altas, ya que absorben tanto el calor del sol como el del techo al que están adosados. Sin embargo, algunas instalaciones fotovoltaicas incorporan una estructura que eleva los paneles del tejado, permitiendo que el aire circule entre el panel y la superficie y generando así un efecto de enfriamiento.
- Temperatura ambiental. Aunque las temperaturas frías benefician a los paneles solares, el invierno ofrece menos horas de sol y más días nublados. En cambio, durante el verano, aunque la eficiencia es menor debido a las altas temperaturas, se dispone de más horas de luz solar.
- Coeficiente de temperatura del panel. Los fabricantes apuntan a los 25º C como la temperatura ideal para el rendimiento óptimo de los paneles solares. La mayoría presentan un coeficiente entre -0,2%/Cº y -0,5%/Cº. Un coeficiente más cercano a 0 indica mayor eficiencia con las variaciones de temperatura a lo largo del año.
Esta información debe ser considerada para maximizar la eficiencia y producción de energía de tus paneles solares instalados por Energía y Calor Extremadura, S.L.
¿Cómo se calcula la perdida de producción de un panel solar debida al calor?
Ilustremos con un ejemplo la producción de un panel solar en un mes caluroso como julio, en Cáceres.
Para calcular el incremento de temperatura en una célula fotovoltaica respecto a la temperatura ambiente, utilizamos esta fórmula: Atº = 0.034 x I – 4 (donde I es la potencia en w/m2 que produce el sol)
Así, en Cáceres durante julio, con una temperatura de 32ºC y una producción solar de unos 772 w/m2, el incremento de temperatura sería: Atº = 0.034 x 772 – 4 = 22.25ºC
Añadiendo la temperatura ambiental en el momento del análisis, obtenemos: 22.25 + 32 = 54.25 ºC sería la temperatura de la célula fotovoltaica.
Si el fabricante indica que la potencia del panel disminuye en un -0.44%/ºC una vez superados los 25ºC, calculamos: -0.44 x (54.25 – 25) = -12.87%
Entonces, si la placa solar es de 260wp, su potencia para esas condiciones sería: 100 – 12,87 = 87,13 260 x 0,8713 = 226,54wp
Siguiendo estos simples pasos, podrás conocer la potencia real que tu panel solar produciría en ese momento específico.
Todos los fabricantes serios de módulos solares te facilitarán el coeficiente de temperatura y otros datos relativos a la pérdida de eficiencia por radiación y temperatura.
Te invitamos a que explores nuestra sección de placas solares, donde podrás consultar las fichas técnicas y observar cómo varían estos coeficientes entre distintos módulos.
¿Cómo reducir el efecto del calor?
Dada la naturaleza fija de una instalación, resulta bastante difícil reducir el efecto del calor en las placas solares. No obstante, hay diversas acciones que podemos implementar para minimizar el impacto del calor sobre los paneles:
- Emplear colores claros en los materiales de construcción, el techo y los componentes de los paneles para disminuir la absorción de calor.
- Instalar los paneles con sistemas de refrigeración que captan la lluvia y la almacenan en los marcos laterales del panel. Al aumentar las temperaturas, el sistema distribuye el agua sobre las láminas, enfriándolas y mejorando la eficiencia en un 20%.
- Colocar los paneles sobre el techo, dejando un espacio entre ambos para que circule aire y se logre un efecto de enfriamiento.
- Utilizar láminas de distribución, una innovación que ayuda a repartir mejor la radiación captada por los paneles, mientras distribuye la temperatura para una mayor eficiencia.
- Instalación de los inversores y monitores en la sombra para evitar el sobrecalentamiento del sistema
¿Cómo hacer frente al calor extremo en las placas solares?
Considerando la influencia negativa del calor en los paneles solares, es esencial conocer que existen diversas formas de aminorar ese efecto. Entre las soluciones más comunes se encuentran:
1. Materiales avanzados
El incremento en la inversión en investigación y desarrollo por parte de los principales fabricantes está haciendo realidad la promesa de materiales avanzados menos sensibles al calor. En este momento, se están investigando nuevos materiales semiconductores que dependen menos de la temperatura, lo que podría optimizar la eficiencia de los paneles solares incluso en situaciones de calor extremo. Un claro ejemplo es la perovskita, que ha demostrado un notable potencial para mantener su alta eficiencia a temperaturas elevadas.
2. Diseño de los Paneles
Para mejorar la disipación del calor, también es posible optimizar el diseño de los paneles solares. Esto implica la incorporación de sistemas de enfriamiento pasivo, como aletas de enfriamiento y configuraciones que maximizan la convección natural, permitiendo la circulación del aire para eliminar el exceso de calor. Además, los paneles bifaciales, que capturan la luz solar tanto en la parte frontal como en la trasera, permiten una distribución más equitativa del calor absorbido, reduciendo la acumulación en una sola superficie.
3. Sistemas de refrigeración
Cuando las temperaturas alcanzan niveles extremadamente altos, los sistemas activos de enfriamiento pueden ser una solución eficiente. Estos sistemas, que emplean aire o agua para mantener los paneles solares a temperaturas óptimas, permiten una generación continua de electricidad. A pesar de que suponen un incremento en los costes y la complejidad de la instalación, resultan ventajosos en entornos donde la pérdida de eficiencia debido al calor es considerable. Un ejemplo claro de sistema solar que se enfría de manera natural es la energía solar fotovoltaica.
4. Instalación y orientación
Para asegurar que los paneles reciban suficiente flujo de aire y evitar la acumulación excesiva de calor, es esencial considerar factores como el ángulo de inclinación, la ventilación y la ubicación al diseñar e instalar un sistema.
5. Recubrimientos reflejantes
La implementación de recubrimientos reflejantes es una técnica eficaz para disminuir la temperatura de los paneles solares, ya que logran reflejar parte del calor que normalmente sería absorbido por el panel, lo que reduce su temperatura operativa. Por ejemplo, los recubrimientos de silicio u óxido de titanio son altamente efectivos para bajar la temperatura sin comprometer de manera significativa la absorción de la luz solar.
El máximo rendimiento de una placa solar NO se consigue cuando más calor hace
Es un error común pensar que a mayor calor, mejor rendimiento de una placa solar; sin embargo, el punto óptimo de funcionamiento de un panel solar es en ambientes más templados. El calor afecta desfavorablemente a las placas solares, reduciendo su eficiencia, al igual que lo hace en otros dispositivos eléctricos. Sin embargo, este impacto negativo del calor en el rendimiento de las placas solares se compensa ampliamente con el incremento de las horas solares durante el verano. Aunque en verano la eficiencia instantánea de la placa solar disminuye, la producción total a lo largo del día es superior comparada con los días invernales.
¿Verano o invierno?
En términos generales, las placas solares funcionan mejor cuando la temperatura ambiente es más baja. A partir de este dato, podríamos afirmar que la situación “ideal” ocurre en un día soleado de otoño o invierno, donde la abundancia de luz genera gran cantidad de electricidad y las bajas temperaturas evitan que los módulos se sobrecalienten.
Sin embargo, es importante tener en cuenta que, aunque los paneles solares “prefieran” temperaturas frías, durante el invierno hay menos horas de sol y más días nublados.
Por otro lado, en el verano, aunque las altas temperaturas reducen la eficiencia de las placas, se disponen de más horas de luz solar, lo que equilibra la situación.
Máxima eficiencia y rendimiento de las placas solares
Encontrar las condiciones climatológicas perfectas es muy difícil. Sin embargo, no es necesario para que una instalación fotovoltaica sea rentable, ya que las placas solares están diseñadas para adaptarse a un amplio rango de temperaturas, que va desde -40ºC hasta +85ºC. Gracias a esta adaptabilidad, funcionan adecuadamente tanto en las regiones más frías como en las más cálidas del planeta. La eficiencia de los módulos fotovoltaicos puede variar, siendo mayor en climas templados.
Los módulos fotovoltaicos están hechos de silicio, un material semiconductor cuyas propiedades cambian conforme la temperatura ambiente varía. Bajo una intensa radiación solar y una alta temperatura ambiental, el silicio se calienta, lo que provoca una caída de tensión en los módulos y, consecuentemente, una disminución en la energía generada.
Todos los paneles solares son sometidos a pruebas en laboratorios para verificar su eficiencia. Como ya se ha mencionado, la temperatura idónea se fija en 25 grados, a partir de la cual se realizan pruebas de incrementos y descensos para calcular la pérdida de eficiencia. La mayoría de los paneles presentan un coeficiente de entre -0,2%ºC y -0,5%ºC. Mientras más cercano a 0 esté este coeficiente, mayor será la eficiencia del panel solar.
En Energía y Calor Extremadura, S.L, trabajamos con múltiples fabricantes de paneles solares incluidos en la lista de TIER 1, cuyas placas tienen un coeficiente de temperatura de los más bajos, entre -0,39%ºC y -0,42%ºC, y un rendimiento elevado en sus células fotovoltaicas, superior al 20%.
