En este post voy a detallar, desde distintos ángulos, el efecto de la temperatura en la eficiencia de un módulo fotovoltaico. Coeficiente de temperatura, irradiación solar, localización y estación del año son factores a considerar.
El coeficiente de temperatura de la potencia del módulo
La potencia nominal que suministra un módulo solar se calcula en condiciones estándar de temperatura e iluminación, es decir a una temperatura de célula de 25 °C y un nivel de irradiancia de 1.000 W/m2. Sin embargo, en el uso real, la temperatura de la célula suele superar con creces los 25 °C, dependiendo de la temperatura ambiente del aire, la velocidad del viento, la hora del día y la cantidad de irradiación solar. Este factor es muy dependiente, a su vez, de la localización y de la estación del año.
En verano, en los países cálidos y cuando hace sol, la temperatura de la célula suele ser entre 20 y 30 °C por encima de la del ambiente, lo que se traduce en una reducción aproximada del 8-15 % en la producción total de energía. Ello depende del tipo de célula solar y del denominado coeficiente de temperatura, que cuantifica esta disminución. La imagen muestra ese incremento en función de nivel de irradiación.
Para proporcionar una estimación media ajustada a la realidad del rendimiento de los módulos, la mayoría de los fabricantes también especifican la potencia nominal que suministra la célula en unas condiciones denominadas NOCT (Nominal Operating Cell Temperature, temperatura nominal de funcionamiento de la célula). El rendimiento NOCT suele especificarse a una temperatura de la célula de 45 °C y un nivel de irradiancia solar inferior de 800 W/m2. Con ello se intenta aproximar a las condiciones medias de funcionamiento de un módulo solar en el mundo real.
Por el contrario, las temperaturas extremadamente frías pueden dar lugar a un aumento de la generación de energía por encima de la potencia nominal, ya que la tensión de la célula fotovoltaica aumenta a temperaturas inferiores a las condiciones STC (25°C). Los módulos fotovoltaicos pueden superar la potencia nominal del módulo durante breves periodos de tiempo cuando hace mucho frío. Esto suele ocurrir cuando, tras un periodo nublado, aparece la luz del sol. Es lo que ocurrió durante la segunda quincena del mes de enero en nuestro país.
Valores típicos del coeficiente de temperatura
Las temperaturas de la célula por encima o por debajo de las condiciones STC reducirán o aumentarán la potencia de salida en una cantidad específica por cada grado por encima o por debajo de 25°C. Esto se conoce como coeficiente de temperatura de potencia, que se mide en %/°C. Los módulos monocristalinos tienen un coeficiente de temperatura medio de -0,38 %/°C, mientras que en los módulos policristalinos ese valor es ligeramente superior, de -0,40 %/°C.
Las células más eficientes del mercado en la actualidad, las monocristalinas IBC, tienen un coeficiente de temperatura mejor (es decir, más bajo), en torno a -0,30%/°C. Mientras que las células con mejor rendimiento a altas temperaturas son las células HJT, que llegan a -0,25 %/°C.
Como se ha dicho, el coeficiente de temperatura de potencia se mide en % por °C y cuanto más bajo es, más eficiente es el módulo:
- Células policristalinas estándares – 0,39 a 0,43 % /°C
- Células monocristalinas estándares (PERC) – 0,35 a 0,40 % /°C
- Células monocristalinas (IBC) – 0,28 a 0,31 % /°C
- Células monocristalinas (HJT) – 0,25 a 0,27 % /°C
El siguiente gráfico muestra la diferencia de pérdida de potencia entre módulos que utilizan distintos tipos de células fotovoltaicas. Las células de heterounión tipo N (HJT) e IBC reflejan una pérdida de potencia mucho menor a temperaturas elevadas en comparación con las células PERC comunes, tanto poli como monocristalinas.
En la gráfica anterior, las condiciones de temperatura mostradas en el eje horizontal son las siguientes:
- STC (Condiciones estándares): 25°C.
- NOCT (Temperatura nominal de funcionamiento de la célula): 45°C.
- (^) Temperatura alta de la célula (temperatura típica de la célula en verano): 65°C.
- (#) Temperatura máxima de funcionamiento (temperatura máxima de funcionamiento del módulo en condiciones de temperaturas extremadamente altas): 85°C.
Habitualmente, la temperatura de la célula suele ser 20 °C superior a la del aire ambiente, lo que equivale a una reducción del 5-8 % de la potencia en condiciones NOCT. Sin embargo, la temperatura de la célula puede llegar a 85 °C cuando se monta en un tejado de color oscuro durante días muy calurosos y sin viento. Esto es lo que generalmente se considera la temperatura máxima de funcionamiento de un módulo solar.
