El rendimiento de los paneles solares es uno de los aspectos más importantes a considerar al evaluar la eficiencia y el potencial de generación de energía de un sistema solar. El rendimiento se refiere a la cantidad de energía eléctrica que se puede generar a partir de una determinada cantidad de radiación solar que incide en un panel solar durante un tiempo específico, generalmente un año. Se mide en kilovatios-hora (kWh) por kilovatio-pico (kWp) de capacidad solar instalada.
Factores que afectan el rendimiento específico
El rendimiento específico, o simplemente rendimiento, se refiere a la cantidad de energía (kWh) que se produce por cada kWp de capacidad del módulo a lo largo de un año típico o real. Si bien los valores típicos pueden variar desde 1,000 kWh/kWp hasta más de 2,000 kWh/kWp, el valor real está determinado por muchos factores, incluyendo:
- Ubicación: La ubicación de un proyecto determina la cantidad de luz solar, o irradiación, que recibirá. La irradiación suele ser el factor más importante que afecta el rendimiento específico, ya que puede variar mucho. Por ejemplo, El Paso, Texas, recibe el doble de irradiación global horizontal anual (GHI) que las áreas montañosas de Washington o Montana. La irradiación depende directamente de la ubicación de un arreglo, así como de otros factores relacionados con la ubicación, como la exposición del arreglo a sombras, suciedad y cobertura de nieve.
- Archivo climático: Existen diferentes formas de construir un archivo climático, que incluyen mediciones basadas en tierra, modelos basados en satélites y enfoques híbridos. Estas diferentes metodologías pueden resultar en archivos climáticos que difieren en un 10% o más para la misma ubicación y el mismo período de tiempo.
- Orientación del módulo: La inclinación y orientación del módulo afectan la cantidad de luz solar disponible (GHI) que realmente impactará la superficie del arreglo (también conocida como irradiación del plano del arreglo o POA). La ganancia de POA al inclinar los módulos desde la horizontal hasta una inclinación de 18° puede variar, por ejemplo, desde un 8% en Miami, Florida, hasta más del 20% en Anchorage, Alaska.
- Selección del módulo: Los módulos suelen ser descritos por un solo número: la potencia del módulo. Sin embargo, en términos de energía por vatio, no todos los módulos son iguales. Todos los módulos pierden eficiencia en condiciones de calor y poca luz, pero pierden eficiencia a diferentes tasas. El rendimiento a temperaturas en particular puede marcar una diferencia real; un módulo con un mejor coeficiente de temperatura puede mejorar el rendimiento de un proyecto en un 2-4%.
- Eficiencia del sistema: La eficiencia del sistema incluye la eficiencia del inversor, la limitación del inversor, las pérdidas de seguimiento MPP, las pérdidas de cables CC y CA, las pérdidas por desajuste y más. Muchas herramientas de modelado de producción de energía simplemente asumen un valor fijo para las pérdidas del sistema, pero HelioScope modela rigurosamente cada pérdida del sistema para cada hora del año.
Valores típicos de kWh/kWp
Ahora que hemos definido los factores que influyen en el rendimiento, veamos los valores de rendimiento para algunos ejemplos reales para ver cómo la ubicación, el archivo climático y el diseño afectan individualmente el rendimiento, comenzando con la ubicación. La Figura 2 muestra la GHI para cuatro ubicaciones representativas, según lo informado por NREL Solar Prospector.
Para cualquier ubicación dada, es posible tener acceso a varios archivos climáticos. En la Figura 3, se puede ver que diferentes fuentes de datos climáticos informan valores de irradiación diferentes para la misma ubicación, y que la clasificación de los valores informados por diferentes fuentes de archivos climáticos no es consistente de una ubicación a otra.
Finalmente, el diseño suele ser el factor más importante del rendimiento bajo su control. Si bien existen opciones de diseño infinitas, nos limitaremos a cinco diseños representativos, como se muestra en la Tabla
La Tabla 2 muestra los valores de rendimiento para estos diseños en cuatro ubicaciones representativas:
En cada ubicación, hay una diferencia del 20% o más entre el diseño de menor rendimiento y el diseño de mayor rendimiento (es decir, entre el diseño residencial de sombra alta y el diseño de utilidad). Todos estos diseños tienen diferentes impactos de sombreado, temperatura e incluso ajustes de orientación del plano del arreglo.
Muchos desarrolladores solares tienen una idea del rendimiento en kWh/kWp que esperan ver basado en su propia experiencia. Pero no muchos aprecian cómo esos valores variarán según la ubicación, el tipo de sistema o incluso el archivo climático utilizado. ¡Como en todo en la energía solar, el diablo está en los detalles!
Teresa Zhang es vicepresidenta de operaciones en Folsom Labs. Es ingeniera, ambientalista y testigo experta con una década de experiencia en energía solar, que abarca desde la fabricación de módulos hasta el desarrollo de proyectos, la diligencia debida técnica y el software. Tiene títulos de licenciatura y doctorado en ingeniería mecánica de MIT y U.C. Berkeley.
¿Cuál es el rendimiento de los proyectos solares?
El rendimiento de energía de la energía solar se refiere a la cantidad de energía eléctrica que se puede generar a partir de una determinada cantidad de radiación solar que incide en un panel solar durante un tiempo específico, generalmente un año. Se mide en kilovatios-hora (kWh) por kilovatio-pico (kWp) de capacidad solar instalada.