Potència nominal i condicions de prova estàndard (STC)
El rendiment d'un mòdul fotovoltaic es mesura generalment sota les condicions de prova estàndard (STC), definides per l'estàndard IEC 60904-1:
- Irradiància de 1000 W/m² (llum solar òptima)
- Temperatura del mòdul a 25°C
- Espectre de llum estandarditzat (IEC 60904-3)
Els mòduls bifacials, que capten la llum per ambdós costats, poden millorar la producció mitjançant la reflexió del sòl (albedo). PVGIS encara no modela aquests mòduls, però un enfocament és utilitzar BNPI (Bifacial Nameplate Irradiance), definit com: P_BNPI = P_STC * (1 + φ * 0,135), on φ és el factor de bifacialitat.
Limitacions dels mòduls bifacials: No apte per a instal·lacions integrades a l'edifici on la part posterior del mòdul està obstruïda. Rendiment variable segons l'orientació (per exemple, eix nord-sud amb orientació est-oest).
Estimació de la potència real dels mòduls fotovoltaics
Les condicions reals de funcionament dels panells fotovoltaics difereixen de les condicions estàndard (STC), la qual cosa afecta la potència de sortida. PVGIS.COM aplica diverses correccions per incorporar aquestes variables.
1. Reflexió i angle d'incidència de la llum
Quan la llum arriba a un mòdul fotovoltaic, una part es reflecteix sense convertir-se en electricitat. Com més agut és l'angle d'incidència, més gran és la pèrdua.
- Impacte en la producció: De mitjana, aquest efecte provoca una pèrdua del 2 al 4%, reduïda per als sistemes de seguiment solar.
2. Efecte de l'espectre solar sobre l'eficiència fotovoltaica
Els panells solars són sensibles a determinades longituds d'ona de l'espectre de llum, que varien segons la tecnologia fotovoltaica:
- Silici cristal·lí (c-Si): Sensible a la llum infraroja i visible
- CdTe, CIGS, a-Si: Sensibilitat diferent, amb una resposta reduïda a l'infraroig
Factors que influeixen en l'espectre: La llum del matí i del vespre és més vermella.
Els dies ennuvolats augmenten la proporció de llum blava. L'efecte espectral influeix directament en la potència fotovoltaica. PVGIS.COM utilitza dades de satèl·lit per ajustar aquestes variacions i integra aquestes correccions en els seus càlculs.
Dependència de l'energia fotovoltaica de la irradiància i la temperatura
Temperatura i eficiència
L'eficiència dels panells fotovoltaics disminueix amb la temperatura del mòdul, depenent de la tecnologia:
A alta irradiància (>1000 W/m²), augmenta la temperatura del mòdul: Pèrdua d'eficiència
A baixa irradiància (<400 W/m²), l'eficiència varia segons el tipus de cèl·lula fotovoltaica
Modelatge a PVGIS.COM
PVGIS.COM ajusta la potència fotovoltaica en funció de la irradiància (G) i la temperatura del mòdul (Tm) mitjançant un model matemàtic (Huld et al., 2011):
P = (G/1000) * A * eff (G, Tm)
Els coeficients específics de cada tecnologia fotovoltaica (c-Si, CdTe, CIGS) es deriven de mesures experimentals i s'apliquen a PVGIS.COM simulacions.
Modelització de la temperatura de mòduls fotovoltaics
- Factors que influeixen en la temperatura del mòdul (Tm)
- Temperatura de l'aire ambient (Ta)
- Irradiància solar (G)
- Ventilació (W): un fort vent refreda el mòdul
-
Model de temperatura en PVGIS (Faiman, 2008):
Tm = Ta + G / (U0 + U1W)
Els coeficients U0 i U1 varien segons el tipus d'instal·lació:
| Tecnologia fotovoltaica | Instal·lació | U0 (W/°C-m²) | U1 (Ws/°C-m³) |
|---|---|---|---|
| c-Si | Autònom | 26.9 | 26.9 |
| c-Si | BIPV/BAPV | 20.0 | 20.0 |
| CIGS | Autònom | 22.64 | 22.64 |
| CIGS | BIPV/BAPV | 20.0 | 20.0 |
| CdTe | Autònom | 23.37 | 23.37 |
| CdTe | BIPV/BAPV | 20.0 | 20.0 |
Pèrdues del sistema i envelliment dels mòduls fotovoltaics
Tots els càlculs anteriors proporcionen la potència a nivell de mòdul, però cal tenir en compte altres pèrdues:
- Pèrdues de conversió (inversor)
- Pèrdues de cablejat
- Diferències de potència entre mòduls
- Envelliment dels panells fotovoltaics
Segons l'estudi de Jordan & Kurtz (2013), els panells fotovoltaics perden de mitjana un 0,5% d'energia a l'any. Després de 20 anys, la seva potència es redueix al 90% del seu valor inicial.
- PVGIS.COM recomana introduir una pèrdua inicial del sistema del 3% durant el primer any per tenir en compte les degradacions del sistema, després del 0,5% per any.
Altres factors no considerats a PVGIS
Alguns efectes influeixen en la producció fotovoltaica, però no s'hi inclouen PVGIS:
- Neu als panells: Redueix dràsticament la producció. Depèn de la freqüència i la durada de la nevada.
- Acumulació de pols i brutícia: Disminueix la potència fotovoltaica, en funció de la neteja i la precipitació.
- Ombreig parcial: Té un fort impacte si un mòdul està ombrejat. Aquest efecte s'ha de gestionar durant la instal·lació fotovoltaica.
Conclusió
Gràcies als avenços en el modelatge fotovoltaic i les dades de satèl·lit, PVGIS.COM permet una estimació precisa de la potència de sortida dels mòduls fotovoltaics tenint en compte els efectes ambientals i tecnològics.
Per què utilitzar PVGIS.COM?
Modelització avançada de la irradiància i la temperatura del mòdul
Correccions basades en dades climàtiques i espectrals
Estimació fiable de les pèrdues del sistema i l'envelliment del panell
Optimització de la producció solar per a cada regió