Como afecta la temperatura a una placa solar

Para calcular como afecta la temperatura a una placa solar tenemos que tener claros los siguientes conceptos. Los datos del fabricante están medidos en condiciones de medición estándar (STC por su siglas en inglés):

1000 W/m2 de irradiación
25ºC de temperatura de célul (tendríamos una temperatura de célula así cuando la temperatura ambiente fuese aproximadamente -5ºC. Aproximadamente la temperatura de la célula será unos 25ºC mayor que la temperatura exterior.)
y una distribución espectral de 1,5 AM — condiciones que muy raramente se reproducen en nuestro día a día.

Más habituales son irradiaciones de 800W/m2 y temperaturas exteriores muy superiores a las estándar de medida.

Como afecta la temperatura a una placa solar

Características técnicas del placa solar

Por lo tanto para calcular las condiciones reales de operación de una placa solar debemos consultar la ficha de características técnicas del fabricante los siguientes parámetros.

TONC – Temperatura de operación de la célula. Es la temperatura que alcanzan las células solares dependiendo de la temperatura exterior y la irradiación solar. Este valor suele estar entre 43 y 47ºC, cuanto menor sea mejor. Como valor de referencia podemos usar 45ºC.
Coeficiente de temperatura de Potencia. Es la pérdida porcentual de potencia por cada grado por encima de los 25ºC. Normalmente entre -0,43 y -0,47%/ºC. Cuanto menor, mejor.
Coeficiente de temperatura de Voc. Es la pérdida porcentual de tensión de circuito abierto de la placa solar por cada grado de diferencia entre la temperatura ambiente de referencia 25ºC y la temperatura de operación de las células. Normalmente entre -0,33 y -0,34%/ºC. Cuanto menor, mejor.
Coeficiente de temperatura de Vmp. Es la pérdida porcentual de tensión de máxima potencia por cada grado de diferencia entre la temperatura ambiente de referencia 25ºC y la temperatura de operación de las células. Normalmente entre -0,36 y -0,39%/ºC. Cuanto menor, mejor.

La temperatura de trabajo de la célula está relacionada con la temperatura ambiente y la irradiación y se puede obtener mediante la siguiente fórmula:

temperatura ambiente y la irradiación placa solar

T_c: temperatura de trabajo de la célula (ºC)
T_a: temperatura ambiente (ºC)
TONC: temperatura de operación nominal de la célula (ºC)
G: irrandiancia (W/m²)

EJEMPLO de placa solar

Pongamos por ejemplo un día de verano a las 12h del mediodía cuando tenemos:

irradiancia de 800W
temperatura exterior de 40ºC.

La temperatura de trabajo de las células solares estará en: Tc = 40ºC + 800W . (45ºC-20ºC) / 800W = 65ºC

Por lo que tenemos una variación de temperatura de operación de la célula de: 65ºC – 25ºC = 40ºC sobre las condiciones estándar de medida.

Si nuestra placa solar tiene un coeficiente de temperatura Voc de -0,33%/ºC y una Voc = 45,6V

Caída de Tensión por cada voltio de Voc –> -0,33% x 40ºC = -0,132V

Caída de total de Voc –> -0,132V x 45,6V = -6,01V

RESUMEN de Placa Solar

La temperatura de operación de la célula suele ser unos 25ºC superior a la temperatura exterior.

La temperatura de operación de la célula afecta notablemente la tensión de salida de placa solar.

Mayor temperatura –> Menor tensión de salida. Es importante tener en cuenta para que la tensión de las placas solares sea siempre 2 voltios superior, como mínimo, a la tensión de batería.

Menor temperatura –> Mayor tensión de salida. Es importante tener en cuenta para no sobrepasar la tensión máxima permitida a la entrada de los reguladores e inversores MPPT.

CONCLUSIONES

Utilizar placa solar de 60 células con Vmp = 30V con reguladores PWM para cargar baterías es un error. Las placas solares tendrán tensiones de salida inferiores a los 28,8V necesarios para realizar cargas de baterías.

Los reguladores MPPT están limitados por la tensión de CC máxima que pueden admitir a la entrada, normalmente 100V o 150V. Debemos tener en cuenta el incremento de tensión Voc de las placas solares con temperaturas bajas para no sobrepasar el valor de Vmax del regulador.