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2.2. Variación de parámetros fotovoltaicos con la temperatura

Los parámetros fundamentales de los módulos fotovoltaicos están calculados en condiciones STC: Irradiancia de 1000 W/m2 y 25ºC de temperatura de célula, la cual es diferente a la temperatura ambiente. ¿Qué ocurre si varían esas condiciones? No puede asumirse que las condiciones ambientales sean constantes. Cuando cambien los parámetros también cambian.

Las condiciones STC son condiciones de laboratorio (NO SON REALES). Para demostrar esto vamos a determinar la temperatura ambiente requerida para que una celda pueda permanecer a 25°C con una irradiancia de 1000 W/m².

La siguiente fórmula relaciona la temperatura de la celda con la temperatura ambiente y la irradiancia:


 

Asumiendo un valor típico de NOCT de 47°C se obtiene:


 

Y la temperatura ambiente sería -8,75°C.

Si la temperatura ambiente es mayor, entonces la temperatura de la celda también será mayor. Debe recordarse que cuando la temperatura de la celda aumenta, la tensión de salida tiende a disminuir, por lo que debemos hacer algunos cálculos para asegurarnos de que las características eléctricas sean adecuadas.

Los fabricantes proporcionan datos que nos permiten determinar cómo varían las características eléctricas con la temperatura. Estos son los coeficientes de tensión, de corriente y de potencia.

A continuación se presentan los coeficientes del módulos SANYO HIP-230HDE1:

Coeficiente de variación de la potencia con la temperatura:

Pmp (%/°C) = -0,3

Esto quiere decir que en este módulo la potencia disminuye 0,3 % por cada grado centígrado que aumenta la temperatura.

Coeficiente de variación de la tensión con la temperatura:

Voc (V/°C) = -0,106

Se tiene un disminución de 0,106 V por cada grado centígrado que aumenta la temperatura.

Coeficiente de variación de la intensidad con temperatura:

Isc (mA/°C) = 2,17

La corriente aumenta 2,17 mA por cada grado centígrado que aumenta la temperatura.

El fin es obtener una idea de cómo cambia la temperatura de la celda de acuerdo con la temperatura ambiente, dejando siempre el valor de irradiancia en 1000 W/m2 porque es el valor más elevado y, por lo tanto, cuando la celda estará más caliente.

 

EJEMPLO 1

Para el módulo SANYO HIP-230HD1, calcular sus parámetros si la temperatura ambiente llegara a valores extremos: -10°C y 40°C.

Los parámetros de la hoja de datos son:

P=230 W

Vco = 42,3 V

Vmp = 34,6 V

Isc = 7,22 A

Imp = 6,71 A

Coeficientes:

Pmp (%/ºC) = -0,3, Voc (V/ºC) = -0,106, Isc (mA/ºC) = 2,17

 

Solución:

Para -10°C de temperatura ambiente:

 

 

 

La temperatura de la celda es 23,75°C. Nos interesa saber cual es la diferencia entre esta temperatura y 25°C, por lo que realizamos la resta:

 

La respuesta es -1,25°C, valor al cual llamaremos ΔT. Este dato se puede multiplicar por los coeficientes para determinar cómo varían la tensión, la corriente y la potencia:

Pmp= -1,25°C x -0,3 (%/ºC) = 0,375 %. Como es positivo, significa que la potencia va a aumentar 0,375%, lo cual sería 0,862 W (230 W x 0,00375=0,862 W). La potencia de salida sería entonces 230,862 W.

Voc= -1,25°C x -0,106 (V/ºC) = 0,1325 V. Al ser positivo significa que la tensión de circuito abierto va a aumentar; por lo tanto, el valor final queda en 42,4325 V.

Isc = -1,25°C x 2,17 (mA/ºC) = -2,71 mA. Al ser negativo implica una disminución de la corriente; sin embargo, esta va ser casi imperceptible. Por lo tanto, se puede considerar que no habrá cambios.

En lugares de clima frío existe la posibilidad de que las celdas se enfríen mucho, lo que ocasionaría un ΔT muy elevado. Un ΔT puede hacer que la tensión se eleve mucho y eventualmente se podrían presentar daños en equipos como un inversor.

Para 40°C de temperatura ambiente:

 

 

 

El resultado es una temperatura de celda de 73,75°C. Al calcular el ΔT se obtiene 48,75°C.

Se puede calcular ahora la variación de los parámetros eléctricos:

Pmp= 48,75ºC x -0,3 (%/ºC) = -14,6 %. La potencia va a disminuir en ese porcentaje, que sería 33,5 W (230 W x -0,146=-33,5 W). La potencia de salida queda en 196,5 W.

Voc= 48,75°C x 0,106 (V/°C) = 5,1675 V. La tensión disminuye, quedando en 37,15 V.

Isc = 48,75°C x 2,17 (mA/°C) = 105,78 mA. La corriente aumenta, pero igual que en el caso anterior es un valor muy pequeño, por lo que es prácticamente idéntica.

EJERCICIO 1

Para el módulo SUNTECH STP180S-24/Ad calcule sus parámetros si la temperatura ambiente estuviera a 10°C.

Los parámetros de la hoja de datos son:

P=180 W

Vco = 44,8 V

Vmp = 36,0 V

Isc = 5,29 A

Imp = 5,0 A

Coeficientes:

Pmp (%/ºC) = -0,48, Voc (%/ºC) = -0,34, Isc (%/ºC) = 0,037