Optimización de la eficiencia de la energía solar durante la ola de calor de julio

Mientras nos preparamos para otro verano abrasador, consideremos los paneles solares colocados en los tejados, luchando contra el calor. La gente a menudo malinterpreta que la energía solar fotovoltaica en los tejados florece en condiciones de alta temperatura similares a los sistemas solares térmicos; en realidad, sin embargo, la situación es todo lo contrario.Este artículo proporciona las técnicas de diseño y adquisición necesarias que, una vez implementadas, garantizarán la estabilidad de su sistema solar durante la ola de calor prevista para julio y le ayudarán a alcanzar la producción máxima de energía.

¿Cuál es el problema con el calor y la energía solar?

Los paneles solares fotovoltaicos (PV) tienen la capacidad de convertir la luz solar en electricidad. Sin embargo, su productividad se reduce a medida que aumenta la temperatura. A diferencia de los paneles solares térmicos de agua caliente, los fotovoltaicos solares funcionan mejor en condiciones relativamente más frías. Por tanto, emplear un buen diseño es un factor clave para contrarrestar el impacto del calor en la producción de energía.

Según las Condiciones de Prueba Estándar (STC), la potencia de un panel solar se define a una temperatura de celda de 25ºC. Cuando se implementa en condiciones reales, el rendimiento del panel normalmente disminuirá debido al aumento de temperatura. La fracción en la que disminuye se conoce como coeficiente de temperatura (Pmax), que se mide a la temperatura nominal de funcionamiento de la celda (NOCT). NOCT, entre otros parámetros, especifica una temperatura del aire de 20ºC durante las pruebas de laboratorio.

Teniendo en cuenta que la NOCT media es de aproximadamente 45ºC, es razonable concluir que en condiciones del mundo real, cualquier día con una temperatura del aire superior a 20ºC afectará negativamente a la eficiencia de un panel solar debido al calor. Aunque este impacto podría ser insignificante en un día templado, un aumento de algunos grados en la temperatura podría alterar sustancialmente la situación.

A partir de los datos de California del año pasado, es evidente que las altas temperaturas son un desafío importante a la hora de optimizar la producción de energía solar. La mitad de los días se registraron temperaturas máximas de más de 20 grados y durante más de una cuarta parte las temperaturas subieron a alrededor de 30 grados. Estas condiciones provocan pérdidas notables de eficiencia relacionadas con la temperatura en los paneles solares, un desafío que debe resolverse.

Absolutamente, no todos los días producen la misma energía solar, especialmente aquellos con temperaturas más altas que suelen tener más horas pico de luz solar. De hecho, es un arma de doble filo. Por un lado, hay una mayor irradiación solar y, por otro, un desafío en forma de Disminución de la eficiencia del panel debido a las altas temperaturas.

Si reflexionamos sobre el número de horas de luz solar, vemos que la mayoría ocurre cuando las temperaturas suben más de 20 grados, y más de un tercio incluso en días extremadamente calurosos por encima de los 30 grados. Estos datos subrayan la importancia de considerar las variaciones de temperatura al evaluar la efectividad de los paneles solares en diferentes condiciones climáticas.

¿Importa el coeficiente de temperatura?

Al explorar inversiones en energía solar, es beneficioso elegir un panel solar diseñado para funcionar de manera óptima en condiciones de calor. Al revisar la hoja de datos, busque el coeficiente de temperatura (Pmax) con el valor negativo más pequeño cercano a cero, lo que implica una menor reducción de potencia. Por lo tanto, un parámetro como -0,37%/°C es más ventajoso que -0,40%/°C.

Si observamos los paneles solares con el rendimiento de temperatura más alto y más bajo, hay solo una variación del 0,31% por cada aumento de 1°C sobre los 25°C estándar (por ejemplo, el máximo es -0,21%/°C versus el más bajo, -0,52%/°C). Traduciendo esto a las condiciones del mundo real, esto equivale a una caída máxima de eficiencia potencial (de mayor a menor) de alrededor del 3% en un día de 30° y del 6% en un día intenso de 40°.

De hecho, la pérdida de eficiencia no se produce de manera uniforme a lo largo del día, ya que fluctúa constantemente con los cambios de temperatura. Debido a esta naturaleza dinámica, resulta prácticamente un desafío calcular la cantidad específica de energía o dólares ahorrados entre diferentes paneles solares en términos de pérdida de eficiencia relacionada con la temperatura.

La importancia del coeficiente de temperatura puede ser objeto de debate. Si bien algunas personas pueden percibirlo como insignificante, es fundamental recordar que un panel solar con un coeficiente de temperatura bajo a menudo también destaca en otras especificaciones. Por lo tanto, podría merecer la pena tenerlo en cuenta durante el proceso de selección de la calidad general asociada.

Aire Acondicionado Y Solar

Mientras soportamos una ola de calor tras otra, las preocupaciones sobre los crecientes gastos de funcionamiento de un aire acondicionado están completamente justificadas. De hecho, sería sensato planificar meticulosamente el tamaño y el diseño de un nuevo sistema solar en el tejado, lo que puede ayudar a compensar estos costes de forma significativa. Cuanto mejor optimizada esté su instalación solar, más ahorrará a largo plazo.

Primero lo primero

Es imperativo subrayar la importancia de un aislamiento adecuado para la envolvente de su edificio antes de considerar la opción solar. La única energía verdaderamente gratuita es la que no consumes, por lo que es fundamental, como mínimo, comprobar la idoneidad del aislamiento de tu tejado y subsanar posibles huecos en puertas o ventanas.

Suponiendo que se haya cuidado su aislamiento, supongamos que desea que su nuevo sistema solar en el techo compense los gastos de energía de un aire acondicionado de tamaño mediano que funciona en las horas pico del día durante el calor más intenso del año. Más tarde discutiríamos el escenario invernal.

Adaptación de la energía solar para la carga del aire acondicionado

A continuación se presenta un enfoque sencillo de 4 pasos para dimensionar un sistema solar de techo conectado a la red para adaptarse a la carga de su aire acondicionado. Es posible que esta estrategia no sea adecuada si tiene prioridades diferentes o para un sistema fuera de la red. Además, debe utilizarse junto con la orientación de su instalador.

Parámetros del panel solar MS-450W

1 Determinar la potencia del aire acondicionado:

Para esta ilustración, tomemos un sistema de CA dividido de 7 kW (salida) con una carga máxima de 2,5 kW. Con un cálculo un poco complejo, consideraremos una carga de funcionamiento promedio de 2 kW.

2 Determine el uso diario de energía:

Para calcular el uso diario de energía durante condiciones de mucho calor, simplemente multiplique la potencia promedio por las horas de funcionamiento previstas durante el día más caluroso.
2 kW (potencia promedio) x 16 horas (tiempo de funcionamiento diario) equivalen a 32 kWh (uso diario de energía).

3 Determine las necesidades de energía para el mes más cálido:

Hagamos más suposiciones: supongamos que vive en California, donde cada kW (kilovatio) de energía solar en los tejados genera un promedio de aproximadamente 4,4 kWh (kilovatios-hora) de energía diaria. Pero para nuestros cálculos, sólo nos centramos en sus necesidades energéticas durante condiciones de mucho calor. Por lo tanto, necesita averiguar la producción diaria de energía en kWh por kW de energía solar instalada durante el mes más caluroso de su ubicación. Por lo tanto, deberías planificar la instalación de 5,8 kilovatios de energía solar al día.

4 Determine la potencia requerida del panel solar:

Divida el uso diario de energía de su unidad de aire acondicionado por la producción diaria de energía por kilovatio de energía solar. 32 kW (uso diario de energía) / 5,8 kWh (producción diaria de energía por kW de energía solar) = 5,5 kW (capacidad solar necesaria en el tejado).Lo anterior no tiene en cuenta otras cargas de la casa. Es simplemente un método para calcular la energía solar necesaria para alimentar un aire acondicionado durante el período más caluroso del año para un sistema conectado a la red. Hay muchos otros factores a considerar al diseñar un panel solar en el tejado de un hogar.

Dirección de colocación del panel solar

Orientar los paneles solares hacia el oeste puede ser beneficioso, especialmente durante condiciones de ola de calor, ya que maximiza la producción de energía solar durante las horas pico de la tarde. Esto coincide con el tiempo de uso más alto de su aire acondicionado y probablemente de otros electrodomésticos de su hogar. Por tanto, esta disposición puede mejorar la eficiencia del autoconsumo energético.

Los paneles solares favorecen un viento fresco

Así como disfrutamos de una brisa refrescante en un caluroso día de verano, también lo hacen nuestros paneles solares. Las investigaciones han demostrado que el viento tiene un efecto refrescante sobre las células fotovoltaicas, mejorando la producción eléctrica de los paneles solares. Lo ideal es que esta brisa llegue antes de las 2 p. m., idealmente desde la dirección en la que miran los paneles.

De hecho, en California somos afortunados. Quienes viven a 5 o 10 km de la costa se benefician de la constante brisa marina del suroeste. Suele empezar alrededor del mediodía en la mayoría de los días de verano, excepto en los más sofocantes que superan los 30 grados. Esta dirección del viento es especialmente beneficiosa para los paneles solares con orientación occidental, mejorando su rendimiento.

Caso de producción de Suness en Medio Oriente