¿Cómo afecta el calor a nuestra instalación fotovoltaica?

La temperatura media del planeta no hace más que aumentar cada año y en cada estación, las temperaturas son más extremas. Esto está siendo un auténtico azote para el planeta que no para de ver cómo va disminuyendo su biodiversidad y que los seres humanos, cada vez usan más calefacción en invierno y aire acondicionado en verano, contribuyendo con este problema. Y entre toda esta vorágine nosotros nos preguntamos, ¿cómo puede esto afectar a tu instalación fotovoltaica?

Como en toda tecnología, la temperatura es un elemento que hay que tener muy en cuenta en la obtención de resultados, ya que pueden discernir de los esperados en condiciones ideales. Muchos elementos se pueden ver dañados o incluso cambiar de tamaño debido a ella y como no podía ser menos, la fotovoltaica corre esta misma suerte.

Módulos

La tecnología de los paneles solares, a pesar de trabajar todo el día a pleno sol, se ve muy afectada por la temperatura, por ello para calcular sus potencias estándar siempre se hacen en condiciones ideales referencias a 25ºC (STC) o 20ºC (NOCT). Además, en sus especificaciones cada módulo indica como se degrada variando su tensión, intensidad y potencia por cada grado de temperatura adicional en esas condiciones reales, suponiendo perdidas considerables en la instalación.

Dentro del mundo de los paneles o placas solares, cada uno se ve afectado de una manera diferente y es por ello que os mostramos a continuación dos módulos monocristalinos y la evolución de su producción en función de la temperatura.

Como se puede observar, el efecto es bastante notable entre ambos llegando a presentar una diferencia de más de 10 vatios de producción a los 65ºC.

Analizando esta información de forma individual, se puede observar que las pérdidas que los módulos monocristalinos P-Type experimentan al llegar a los 65ºC es del 13,9% y el monocristalinos N-Type del 9,89%. Estos datos, sobre todo en las instalaciones industriales, pueden suponer una gran cantidad de pérdidas.

Por otro lado, se van a comparar diferentes tecnologías de módulos como la monocristalina frente a la policristalina para poder conocer si el factor temperatura es realmente determinante entre ellas.

Se puede observar que, aunque ambos módulos sufren una gran caída de producción que marca los 13,09% en caso de los monocristalino y los 13,78% en el caso de los policristalino, la diferencia entre ambas es de prácticamente 3 vatios a los 65ºC, por lo que se puede considerar prácticamente irrelevante en la comparativa.

Inversores

Como no podía ser menos, los inversores también se ven afectados por este fenómeno. Estos se ven influidos por la temperatura de distinta manera según cada marca y modelo de equipo siendo muy determinante tanto su organización interna como su mecanismo de ventilación. En primer lugar, se muestra una comparativa de inversores de mismas potencias y diferentes marcas según el efecto de la temperatura:

En esta comparativa se han utilizado inversores de 100kWn para ver su efecto en la producción según va aumentando la temperatura y los resultados no nos han dejado indiferentes. También es determinante en este comportamiento la tensión en DC en la que está trabajando el inversor. En este caso, la utilizada para poder realizar esta comparación son 800V, ya que esta, es la única tensión que comparten en común las gráficas obtenidas por cada una de las marcas y por lo tanto es la más clarificadora en la comparativa.

En primer lugar, se puede observar que el inversor que se ve antes afectado por la temperatura es el de inversor A que comienza a decaer a los 20ºC de temperatura ambiente. Este viene seguido del inversor C que empieza esta caída a los 40ºC de temperatura ambiente y por último el inversor B a los 45ºC.

A pesar de su temprana caída, el inversor A muestra una tendencia más liviana que el resto de los inversores, lo que supone que a mayores temperaturas, como pueden ser los 55ºC, muestre valores mayores de potencia que los inversores b y C. En contraposición, aunque el Inversor C comience a caer más tarde y sea capaz de dar su 100% a mayor rango de temperaturas, a partir de los 45ºC muestra un descenso de producción mucho más pronunciado.

Esto factores, aunque pueden parecer poco relevantes a simple vista, son muy importantes para evitar grandes pérdidas según el lugar y su climatología en el que se pretenda realizar la instalación fotovoltaica. También hay tener en cuenta que, cuanto mayor potencia nominal haya instalada en la planta, mayores serán estas pérdidas provocadas por la temperatura.

Estas diferencias entre equipos se deben sobre todo a la disposición del hardware, sus componentes y la selección de refrigeración activa o pasiva.

Refrigeración activa o pasiva

En inversores industriales de altas potencias, casi todos los fabricantes tienden a utilizar la refrigeración activa mediante el empleo de ventiladores, aunque la tendencia actual en las gamas residenciales de menor potencia suponga la pérdida de este elemento clave en la batalla contra la temperatura. Aun así, en la actualidad existen marcas defensoras de este sistema de refrigeración, basándose en lo siguiente:

• Gracias a los sistemas de ventilación forzada se pueden utilizar un rango de corrientes de entrada MPPT mucho mayor.

• Este tipo de refrigeración permite una mayor versatilidad en la disposición de los equipos permitiendo ubicarlo en posición horizontal si se desea.
• La ubicación del inversor con respecto a los elementos que se encuentran cercanos al mismo es menos restrictiva.

En contraposición a todo esto, en el mercado domina la tendencia de la refrigeración pasiva debido a que:

• Estos elementos suponen unos mayores costes de producción y por lo tanto afecta a los costes finales de los equipos.
• Supongo un elemento más en el diseño del hardware ligeramente propenso a dañarse por lo que puede acarrear gestiones de mantenimiento durante la vida de trabajo del equipo.

Comparando un ejemplo de inversor a 800V de cada una de ellas podemos obtener lo siguiente:

Se puede observar que el inversor que utiliza la refrigeración activa presenta una caída en su potencia más tardía y que a temperaturas altas se encuentra por encima de aquel que utiliza refrigeración pasiva. Además, cabe remarcar que el inversor que utiliza refrigeración pasiva, a pesar de ser de 8kWn, tiene una potencia máxima superior para poder paliar de alguna forma el efecto de la temperatura por lo que, de ser de 8kWn reales, en altas temperaturas se encontraría muy por debajo de su competidor.

Todas estas son las valoraciones hechas desde el punto de vista de diferentes fabricantes, pero… ¿Desde el cliente? Juzguen ustedes mismos.

Estructura

Por último, y no por ello menos importante, toca valorar los efectos de la temperatura sobre la estructura de nuestra instalación fotovoltaica. Este elemento, aunque en muchos análisis y valoraciones suele pasar desapercibido, es clave para que la instalación sea fiable, duradera y de calidad.

Aunque suelen estar compuestas por elementos metálicos, estos cuentan con unos coeficientes de dilatación que no son determinantes en pequeñas cantidades y, por lo tanto, para instalaciones “pequeñas” como pueden ser las residenciales, no suele ser un parámetro a tener en cuenta. El problema es cuando se trabaja a gran escala como es el caso de las instalaciones industriales.

Es por esto, que algunos de los fabricantes de estructuras con los que trabajamos, como por ejemplo Van der Valk, cuenta en su dimensionador con el cálculo de los puntos de dilatación para realizar una pequeña separación y evitar que el efecto de la expansión/contracción de la estructura dañe los módulos con posibles microrroturas. Estos utilizan estructuras de aluminio para las estructuras coplanares en cubiertas inclinadas, cuyos perfiles no muestran dilataciones significativas hasta los 30 metros de longitud de perfil y de acero para las estructuras destinadas a cubiertas planas, lo que permite trabajar hasta 60 metros sin notar estos efectos.  A continuación, se muestra un ejemplo de una instalación industrial con dicho simulador:

Este layout, representa una instalación industrial con una estructura de contrapeso. Las líneas azules que se pueden observar en dicho layout, simbolizan las líneas de dilatación, lo que suponen una pequeña separación entre los módulos. Estos sistemas presentan una gran ventaja y es que si está distancia de dilatación no supera unos límites marcados por Van der Valk, la estructura podrá considerarse como una sola permitiendo de esta manera compartir lastres y, por ende, cumplir con la estática sin alcanzar valores de peso en los lastres desorbitados.

Conclusiones

Como hemos podido observar, la temperatura es un elemento muy importante a la hora de llevar a cabo el diseño de nuestra planta fotovoltaica y los equipos que van a formar parte de ella. La aceleración provocada por el ser humano en el cambio climático está provocando que poco a poco las temperaturas sean más extremas y por ello, este factor vaya cobrando importancia cada año.

En el mundo de los módulos fotovoltaicos podemos concluir que en la elección entre la tecnología mono o policristalino la temperatura no es un factor a tener en cuenta. Sin embargo, para poder elegir nuestro módulo fotovoltaico es importante revisar antes su ficha técnica y prestar atención a su coeficiente de potencia máxima con respecto a la temperatura.

Según se ha podido observar en los inversores, las distintas marcas y tecnologías de refrigeración son claramente determinantes en su funcionamiento según la temperatura ambiente y por ello debe ser muy valorada a la hora de llevar a cabo esta elección.

Por último, con respecto a las estructuras, es importante tener en cuenta los efectos de expansión y contracción de los elementos de la estructura para evitar que los módulos puedan salir mal parados en el caso de instalaciones industriales. Sin embargo, las instalaciones de carácter residencial no se ven especialmente afectadas por este factor.

Todas estas valoraciones son mucho más representativas y determinantes en grandes instalaciones de carácter industrial, siendo de menor afectación en las pequeñas instalaciones residenciales. Y tú… ¿Vas a tener en cuenta la temperatura en tu próxima instalación?