Anexo II. Determinación de la temperatura del módulo fotovoltaico

Transcripción

1 Anexo II Determinación de la temperatura del módulo fotovoltaico Existen diversas metodologías y expresiones para la obtención de la temperatura de un panel fotovoltaico, parámetro de suma importancia debido a la gran incidencia que tiene sobre la eficiencia de éste. A partir de la temperatura de operación nominal de la célula, TONC, parámetro importante en la caracterización del módulo que suministra el fabricante, y cuya determinación, para el caso de células de silicio por ejemplo, viene recogido en la norma UNE EN 61215, puede obtenerse una expresión para una primera aproximación de la temperatura del módulo fotovoltaico. Donde: = + "#$,!"#$ "#$ I i corresponde a cada nivel de irradiancia. T p (I i ) es la temperatura alcanzada por el panel para cada nivel de irradiancia. T a (I i ) es la temperatura ambiente media para cada nivel de irradiancia. T a,tonc es la temperatura ambiente en las condiciones estándar. I TONC es el valor de la irradiancia total en condiciones estándar. La TONC hace referencia a la temperatura que alcanzaría el panel operando en unas determinadas condiciones estándar de referencia (ángulo de inclinación de 45º respecto a la horizontal, irradiancia total de 800 W/m 2, temperatura ambiente de 20 ºC, velocidad del viento de 1 m/s y carga eléctrica nula). Sin embargo, la expresión anterior no considera la influencia de la velocidad ni dirección del viento, así como otros factores como los intercambios energéticos en onda larga, características térmicas del panel, intercambios por conducción, etc., provocando que su uso sea inadecuado para altas velocidades de viento (superiores a 10 m/s), o para el extremo contrario, para bajas velocidades, dándose que al disminuir el nivel de 74

2 irradiancia aumenta el error de la estimación. A título de ejemplo, pueden introducirse errores del ±1.5% en la estimación del rendimiento anual. Por otro lado, a la anterior expresión puede fácilmente introducírsele un término que haga tener en cuenta los intercambios por radiación en el infrarrojo del módulo con su entorno: = + "#$,!"#$ "#$! Pudiendo oscilar éste nuevo término entre 1 ºC y 5 ºC en función de la ubicación del módulo, y pudiendo variar su valor según sea por la mañana o por la tarde. Otra alternativa para la determinación de la temperatura de un módulo fotovoltaico es la propuesta de Ángel Sáez (2003), quien desarrolla un nuevo modelo térmico en su proyecto fin de carrera Optimización de instalaciones fotovoltaicas con conexión a red, la cual contabiliza el efecto de la velocidad y dirección del viento, así como los intercambios radiantes de onda larga con el cielo. La relativa complejidad del modelo impide deducir una única ecuación equivalente a las anteriormente expuestas; no obstante, para cálculos simplificados propuso la siguiente expresión: = 0.5! + ( h!" ) h!" Donde: Se recomienda un valor de 5 W/m 2 K para el coeficiente de radiación h RD. Temperaturas en escala absoluta. Velocidad del viento en m/s. Irradiancias en W/m 2. Si se deseara obtener el coeficiente de radiación h RD de manera exacta, se definió de la siguiente manera: h!" = 4! +!"#$ 2! 75

3 Donde: representa la emisividad del panel fotovoltaico. T CIELO temperatura en Kelvin, definida como sigue: "#$% = ! !"#(15h! ) Siendo T R la temperatura de rocío en Kelvin, y h t la hora desde el medio día. La validez de la anterior expresión de la temperatura del módulo fotovoltaico está sujeta a aquellas situaciones en las que la dirección del viento sea paralela a la superficie del panel. Puede observarse que para altas velocidades de viento los efectos convectivos predominan en los intercambios energéticos, siendo la temperatura del panel del orden de la del ambiente. Por otra parte, a bajas velocidades de viento, los efectos predominantes son los de radiación en la banda del infrarrojo, los de la temperatura ambiente y de los intercambios de radiación por onda larga. Continuando con el estudio de las alternativas existentes para el cálculo de la temperatura del módulo fotovoltaico, hay que señalar la existencia de docenas de correlaciones desarrolladas que expresan la temperatura de la célula fotovoltaica como función de las variables ambientales más relevantes (temperatura ambiente y velocidad local del viento), del flujo solar de radiación y de las propiedades de las que dependen los materiales del sistema, como son la transmitancia de la cubierta de vidrio (!), la absortancia de la placa absorbedora (!), etc., algunas de las cuales requieren información adicional, además de la suministrada por el fabricante de los módulos. Dichas correlaciones se clasifican en implícitas o explícitas, según las variables que contengan dependan o no de la temperatura de la célula. De entre las ecuaciones implícitas destaca la siguiente, desarrollada a partir del balance de energía al módulo por unidad de área y empleando la TONC, válida únicamente para instalaciones montadas al aire libre (Kou et al. 1998): = +,!"#$,!"#$ (,!"#$,!"#$ ) 1 (!") 76

4 Donde: η c es la eficiencia eléctrica del módulo, función de T c. G hace referencia a la irradiancia incidente en W/m 2. U L es el coeficiente global de pérdidas. Con respecto a las correlaciones explícitas de la temperatura de la célula, al igual que con las implícitas, presentan un diferente grado de aplicabilidad y complejidad según las hipótesis adoptadas en cada una de ellas. La expresión explícita más simple es la siguiente, la cual emplea como variables la temperatura ambiente y el flujo solar incidente, siendo k el coeficiente de Ross, y teniendo validez para casos en los que no haya carga eléctrica y velocidad del viento nula: = +! Por último, se muestran la siguientes tablas, donde se recogen una serie de correlaciones para el cálculo de la temperatura del panel, publicadas en un artículo de la revista Solar Energy bajo el siguiente título Operating temperature of photovoltaic modules: A survey of pertinent correlations, E. Skoplaki, J.A. Palyvos (2009). Tabla 35: Correlaciones implícitas para el cálculo de T C (Fuente: Solar Energy) 77

5 Tabla 36: Correlaciones explícitas para el cálculo de T C (Fuente: Solar Energy) 78