Fundamentos de Radiación Solar y Tecnología Fotovoltaica

Tipos de radiación solar sobre una superficie

• Radiación directa: Formada por los rayos recibidos directamente del sol.
• Radiación difusa: Procedente de toda la bóveda del cielo, excluyendo el disco solar. Está formada por los rayos dispersados por la atmósfera en dirección al receptor.
• Radiación reflejada o de albedo: Reflejada por la superficie terrestre hacia el receptor. Depende de la naturaleza de las montañas, edificios, lagos, etc., que rodean al receptor.

Irradiancia e irradiación: Definiciones y unidades

Irradiación

Es la integración o suma de las irradiancias en un periodo de tiempo determinado. Representa la cantidad de energía solar recibida durante dicho periodo. Se mide en julios por metro cuadrado por unidad de tiempo (J/m² por hora, día, semana, mes, etc.).

Irradiancia

Es la potencia o radiación incidente por unidad de superficie. Indica la intensidad de la radiación solar y se mide en vatios por metro cuadrado (W/m²).

Conversión de unidades

• ¿A cuántos kWh/m² equivale una radiación de 7200 kJ/m²?
  7200 / 3600 = 2 kWh/m² (Nota: 1 kWh = 3600 kJ).
• ¿A cuántos kWh/m² equivale una radiación de 10.800.000 J/m²?
  10.800.000 / 1000 = 10.800 kJ/m²; 10.800 / 3600 = 3 kWh/m².

Coordenadas solares

• Elevación solar: Ángulo que forman los rayos solares con la horizontal.
• Acimut solar: Ángulo formado por el meridiano del sol y el del lugar, tomando como referencia el sur en el hemisferio norte y el norte en el hemisferio sur.
• Ángulo o distancia cenital: Ángulo formado por la dirección del sol y la vertical.

Semiconductores y unión PN

Semiconductor tipo P

Cuando se introduce una impureza trivalente en la red cristalina del silicio, se forman tres enlaces covalentes con tres átomos de silicio vecinos, quedando el cuarto átomo con un electrón sin enlazar, lo que provoca un hueco en la red cristalina. Ese hueco se comporta como una carga positiva que solo se puede mover por el interior del semiconductor.

Semiconductor tipo N

Es un semiconductor dopado con impurezas pentavalentes, donde la carga de los portadores añadidos es negativa.

Unión PN

Al juntar un material tipo P con uno tipo N, se forma una unión PN con dos regiones diferenciadas.

Efectos en paneles fotovoltaicos

Influencia de la irradiancia y la temperatura

Si aumenta la temperatura, la intensidad de cortocircuito aumenta ligeramente, pero la tensión y la potencia entregada por la célula disminuyen. Con respecto a la irradiancia, la potencia eléctrica de una célula solar será mayor cuanto mayor sea esta.

Solución al problema del punto caliente (hot-spot)

Se soluciona colocando diodos de paso (bypass) en paralelo con las células asociadas en serie, evitando así el sobrecalentamiento de las células sombreadas del módulo.