Potencia nominal y condiciones de prueba estándar (STC)
El rendimiento de un módulo fotovoltaico generalmente se mide bajo Condiciones de Prueba Estándar (STC), definidas por la norma IEC 60904-1:
- Irradiación de 1000 W/m² (luz solar óptima)
- Temperatura del módulo a 25°C
- Espectro de luz estandarizado (IEC 60904-3)
Los módulos bifaciales, que captan la luz por ambos lados, pueden mejorar la producción mediante la reflexión del suelo (albedo). PVGIS aún no modela estos módulos, pero un enfoque es utilizar BNPI (irradiancia de placa de identificación bifacial), definida como: P_BNPI = P_STC * (1 + φ * 0,135), donde φ es el factor de bifacialidad.
Limitaciones de los módulos bifaciales: No apto para instalaciones integradas en edificios donde la parte trasera del módulo está obstruida. Comportamiento variable según la orientación (p. ej., eje Norte-Sur con orientación Este-Oeste).
Estimación de la potencia real de los módulos fotovoltaicos
Las condiciones de funcionamiento reales de los paneles fotovoltaicos difieren de las condiciones estándar (STC), lo que afecta a la potencia de salida. PVGIS.COM aplica varias correcciones para incorporar estas variables.
1. Reflexión y ángulo de incidencia de la luz
Cuando la luz incide en un módulo fotovoltaico, una parte se refleja sin convertirse en electricidad. Cuanto más agudo sea el ángulo de incidencia, mayor será la pérdida.
- Impacto en la producción: En promedio, este efecto provoca una pérdida del 2 al 4%, reducida para los sistemas de seguimiento solar.
2. Efecto del espectro solar sobre la eficiencia fotovoltaica
Los paneles solares son sensibles a determinadas longitudes de onda del espectro de luz, que varían según la tecnología fotovoltaica:
- Silicio Cristalino (c-Si): Sensible a la luz infrarroja y visible
- CdTe, CIGS, a-Si: Sensibilidad diferente, con respuesta reducida en el infrarrojo
Factores que influyen en el espectro: La luz de la mañana y del atardecer es más roja.
Los días nublados aumentan la proporción de luz azul. El efecto espectral influye directamente en la potencia fotovoltaica. PVGIS.COM utiliza datos satelitales para ajustar estas variaciones e integra estas correcciones en sus cálculos.
Dependencia de la energía fotovoltaica de la irradiancia y la temperatura
Temperatura y eficiencia
La eficiencia de los paneles fotovoltaicos disminuye con la temperatura del módulo, según la tecnología:
A alta irradiancia (>1000W/m²), la temperatura del módulo aumenta: Pérdida de eficiencia
A baja irradiancia (<400W/m²), la eficiencia varía según el tipo de célula fotovoltaica
Modelado en PVGIS.COM
PVGIS.COM ajusta la potencia fotovoltaica en función de la irradiancia (G) y la temperatura del módulo (Tm) utilizando un modelo matemático (Huld et al., 2011):
P = (G/1000) * A * eff(G, Tm)
Los coeficientes específicos de cada tecnología fotovoltaica (c-Si, CdTe, CIGS) se derivan de mediciones experimentales y se aplican a PVGIS.COM simulaciones.
Modelado de la temperatura de módulos fotovoltaicos
- Factores que influyen en la temperatura del módulo (Tm)
- Temperatura del aire ambiente (Ta)
- Irradiancia solar (G)
- Ventilación (W): el viento fuerte enfría el módulo
-
Modelo de temperatura en PVGIS (Faimán, 2008):
Tm = Ta + G / (U0 + U1W)
Los coeficientes U0 y U1 varían según el tipo de instalación:
| Tecnología fotovoltaica | Instalación | U0 (W/°C-m²) | U1 (Ws/°C-m³) |
|---|---|---|---|
| c-Si | Independiente | 26,9 | 26,9 |
| c-Si | BIPV/BAPV | 20.0 | 20.0 |
| CIGS | Independiente | 22,64 | 22,64 |
| CIGS | BIPV/BAPV | 20.0 | 20.0 |
| CdTe | Independiente | 23.37 | 23.37 |
| CdTe | BIPV/BAPV | 20.0 | 20.0 |
Pérdidas del sistema y envejecimiento de los módulos fotovoltaicos
Todos los cálculos anteriores proporcionan la potencia a nivel de módulo, pero se deben considerar otras pérdidas:
- Pérdidas de conversión (inversor)
- Pérdidas de cableado
- Diferencias de potencia entre módulos.
- Envejecimiento de los paneles fotovoltaicos
Según el estudio de Jordan & Kurtz (2013), los paneles fotovoltaicos pierden de media un 0,5% de energía al año. Al cabo de 20 años, su potencia se reduce al 90% de su valor inicial.
- PVGIS.COM recomienda ingresar una pérdida inicial del sistema del 3% durante el primer año para tener en cuenta las degradaciones del sistema, luego del 0,5% por año.
Otros factores no considerados en PVGIS
Algunos efectos influyen en la producción fotovoltaica pero no están incluidos en PVGIS:
- Nieve en los paneles: Reduce drásticamente la producción. Depende de la frecuencia y duración de las nevadas.
- Acumulación de polvo y suciedad: Disminuye la potencia fotovoltaica, dependiendo de la limpieza y la precipitación.
- Sombreado parcial: Tiene un fuerte impacto si un módulo está sombreado. Este efecto debe gestionarse durante la instalación fotovoltaica.
Conclusión
Gracias a los avances en la modelización fotovoltaica y los datos satelitales, PVGIS.COM permite una estimación precisa de la potencia de salida de los módulos fotovoltaicos teniendo en cuenta los efectos ambientales y tecnológicos.
Por qué utilizar PVGIS.COM?
Modelado avanzado de irradiancia y temperatura del módulo.
Correcciones basadas en datos climáticos y espectrales.
Estimación confiable de pérdidas del sistema y envejecimiento del panel.
Optimización de la producción solar para cada región