Todo lo que un arquitecto quiso saber sobre instalaciones fotovoltaicas y nunca se atrevió a preguntar

Por Vicente Muñoz*

Capitulo 1: Cada cosa en su sitio.

Alentado por mi prima italiana Silvia, me propongo realizar un pequeño post orientado a arquitectos donde explicaré qué es y cómo funciona eso que muchos llaman “panelicos solares”. Me permito comenzar con esta broma para recalcar que el termino panel solar es un termino que induce a error y más cuando se desconoce de lo que se está hablando. Digo esto porque la gente de a pie llama panel solar tanto a un módulo fotovoltaico como a un colector solar, cuando sabemos que un módulo fotovoltaico produce corriente continua y un colector solar produce agua a más o menos temperatura. Por favor no confundir, hablemos con propiedad esto no es Tecnopolis (programa de Canal Sur TV de dudoso rigor científico).

Bien, pues una vez desterrado el termino panel solar, voy a centrarme en hablar de mi campo que es la electricidad fotovoltaica, es decir, transformar la radiación solar en electricidad. Para realizar dicha transformación se necesitará una célula solar, la interconexión y confinamiento de células solares sobre una misma superficie, da lugar a groso modo a lo que todos conocemos como módulo fotovoltaico. Voy a dejar de lado la física que subyace en el proceso que tiene lugar en la célula fotovoltaica y nos adentraremos en este mundo desde la perspectiva de un ingeniero de sistemas.

Quede claro por tanto que nuestra unidad mas pequeña que proporciona electricidad de origen fotovoltaico es la célula FV, la unión de células da lugar a un módulo fotovoltaico y la unión de módulos en combinaciones en serie y/o paralelo da lugar a un generador fotovoltaico. Recordemos: célula(cell)–>modulo(module)–>generador(generator). Esta nomenclatura es independiente del material con que esté hecho el modulo FV y he de decir que está ampliamente extendida en el sector.

¿Qué caracteriza a las células fotovoltaicas? Pues dejando a un lado el material con que están hechas, se debe decir que es su respuesta eléctrica bajo unas condiciones meteorológicas concretas. ¿Qué condiciones meteorológicas? Pues aquí viene lo difícil de entender para alguien que no se dedica a esto. Los fabricantes certifican una respuesta eléctrica para sus células referenciada a las siguientes condiciones meteorológicas:

Irradiancia global incidente en el plano de la célula, G=1000W/m²

Temperatura de la célula, Tc=25C

Espectro solar, AM=1,5

Velocidad del viento, V=3m/s

A estas características se les conoce como condiciones estándar de medida CEM (STC en inglés). Por lo tanto un módulo de 50Wstc (o también llamado 50Wpico) significa que proporciona 50W de potencia siempre y cuando se reproduzcan las condiciones estándar de medida. Este ultimo párrafo es probablemente lo mas importante que voy a contar en este capítulo y es al menos lo quiero que el lector saque en claro de este post.

Realmente merece la pena detenerse en los dos primeros parámetros definidos anteriormente:

Irradiancia: Es la potencia por metro cuadrado con la que los rayos solares inciden sobre una superficie, al tratarse de una potencia es una medida instantánea. Como todos intuimos la irradiancia es mayor en las horas centrales del día, pero…¿cuanto? Pues un día claro de julio cerca del solsticio de verano estamos hablando de unos 1000 -1100W/m². ¿Y por la tarde a eso de las 18:00? pues la irradiancia baja hasta los 600-750W/m².

Temperatura de Célula: Es la temperatura a la que está operando la célula. Naturalmente cuando se está en el mes de Julio a las 12:00 con más de 1000W/m², la temperatura de la célula puede alcanzar los 65C, valor que dista mucho de los 25C a los que el fabricante referenció sus células.

A la vista de los comentarios introducidos queda claro que las condiciones a las que los fabricantes referencian sus células rara vez se dan a lo largo de un año de funcionamiento del módulo. ¿Pero esto repercute negativamente en las células? mejor dicho ¿Repercute esto negativamente en la electricidad producida por las células? Pues desgraciadamente si. Entonces ¿Donde funcionan mejor las células fotovoltaicas? Pues en principio en sitios con irradiancias altas y temperaturas frias, por poner un ejemplo rápido que todos conozcamos el altiplano boliviano.

 ¿Entonces un desierto entre duna y duna es un buen sitio para poner un generador fotovoltaico? No discuto que no lo sea, pero que tenga claro aquel que lo ponga que si la temperatura de módulo aumenta excesivamente tendrás una penalización por temperatura.

¿Entonces si diseño una cubierta o una fachada fotovoltaica debo de intentar maximizar la refrigeración de los módulos? Efectivamente, máxime si la cubierta o la fachada está ubicada en un lugar caluroso. ¿Y como hago? Pues una solución muy utilizada es dejar un espacio entre modulo y módulo así como entre el modulo y la pared donde queda anclado, de este modo el aire puede circular entre uno y otro. Al mismo tiempo disminuyes la resistencia del conjunto al viento, con lo que es más difícil que una ráfaga de viento levante tu estructura. Esta solución es muy utilizada en fachadas fotovoltaicas (Illustration 1 & 2)

Fachada fotovoltaica utilizando módulos semitransparentes. Observese la separación entre módulos contiguos y la distancia a la pared donde se ancla.

Fachada fotovoltaica utilizando módulos semitransparentes. Observese la separación entre módulos contiguos y la distancia a la pared donde se ancla.

 

En este caso aunque no hay espacio entre modulo y modulo la parte posterior del modulo queda en el interior del edificio a menor temperatura que el exterior.

En este caso aunque no hay espacio entre modulo y modulo la parte posterior del modulo queda en el interior del edificio a menor temperatura que el exterior.

Pero volvamos a nuestra célula solar, o mejor aún al módulo fotovoltico, ¿como queda caracterizado éste eléctricamente? Sin ahondar en detalles (y sin que me oiga mi jefe…) diremos que un módulo fotovoltaico queda caracterizado por tres parámetros medidos éstos en condiciones estándar de medida: Potencia pico (o potencia STC) medida en Vatios (P), Intensidad en el punto de máxima potencia (Im) y voltaje en el punto de máxima potencia (Vm). Como podéis intuir P=Vm*Im. Para poner un símil que todo el mundo entienda, supongamos que compramos un coche siendo su potencia el parámetro distintivo y a partir del cual el fabricante fija el precio del mismo, pues con los módulos fotovoltaicos pasa lo mismo. El tipo de pista, altitud, pendiente de la pista, etc son las condiciones estándar bajo las cuales el fabricante certifica que tu coche tiene X caballos. Llegados a este punto se debe decir que cuando compro un coche que tiene menos caballos de los que dice el fabricante tengo todo el derecho del mundo a molestarme, con los módulos FV pasa lo mismo y creerme cuando os digo que hay concesionarios que mejor ni preguntar…

¿Como influye un aumento de la temperatura por encima de 25C sobre P? Influye negativamente sobre Vm, disminuye su valor disminuyendo la potencia del módulo

¿Como influye un descenso de la irradiancia sobre P? Se produce una disminución proporcional sobre Im reduciéndose por tanto P

Otro ejemplo mas, supongamos que tenemos un portátil que consume 50W y que quiero hacer funcionar a las 12:00 y a las 19:00 en julio con un módulo de P(stc)=50W en Jaén. A la vista de los números alguien puede pensar que como el portátil consume 50W y el modulo produce 50W pues asunto resuelto…pues no, no va a funcionar en ninguno de los dos casos:

12:00. probablemente tenga una irradiancia de 1000W/m² como en condiciones STC pero la célula va a estar bastante mas allá de 25C con lo que tendré una reducción de Vm y por tanto P sera menor de 50W.

19:00. a esta hora y con mucha (pero que mucha) suerte la célula puede estar a 25C pero sin embargo la irradiancia es del orden del 30-40% menos que en las horas centrales (1000W/m² aprox), luego Im sufre una reducción proporcional del 30-40% y P también. Pues tanto tampoco podrás encender el portátil.

“Vaya trola esto de la fotovoltaica” estaréis pensando…

Recapitulando, he explicado lo básico que se necesita saber del módulo fotovoltaico sus párametros bajo que condiciones se miden, así como los factores que influyen en la potencia del mismo, se que es difícil de entender y un poco rollo (sobre todo para un arquitecto), sin embargo es necesario entender lo que hoy explico, para rebatir mitos y leyendas.

Ahora me gustaría oir vuestras preguntas al respecto de lo que he explicado

Para el próximo capitulo prometo leerme algo de integración arquitectónica así se os hace mas ameno.

*Vicente Muñoz está licendiado en Ciencias Fisicas e Ing. Electronica por la Universidad de Granada y trabaja en la Universidad de Jaén en el Departamento de Electrónica y Automatica realizando el Doctorado en Sistemas fotovoltaicos conectados a la red

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2 Responses to “Todo lo que un arquitecto quiso saber sobre instalaciones fotovoltaicas y nunca se atrevió a preguntar”


  1. 1 silviapolito September 17, 2009 at 2:17 pm

    Gracias Primo,
    mi cerebro de arquitecto se ha ido en Stand By leyendo la primera mitad del post. Mañana voy a leer la segunda parte.
    Que inteligente que eres, menos mal que hay alguien así en la familia. Un besito

  2. 2 fer March 24, 2010 at 9:04 pm

    que tal, apenas voy a entrar a esta carrera que en verdad me gusta y pues no quiero entrar muy lelo sin saber ni jota asi que te escribo para saber si puedes mandarme a mi cirreo lo que puedas para empezar, tu sabes cosas sencillas que pueda ir estudiando o que deba saber sobre esto para estar informado.
    bueno espero me puedas ayudar y tu post esta chido tambien es bueno saber eso, pues gracias me despido


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