Fundamentos Técnicos de Módulos Fotovoltaicos: Tipos, Parámetros Eléctricos y Configuración de Sistemas

Clasificación y Parámetros Fundamentales de Módulos Fotovoltaicos

Tipos de Módulos Fotovoltaicos según su Estructura

• Monocristalinos

  Presentan una estructura cristalina completamente ordenada. Se obtienen de silicio puro fundido dopado con boro. Se reconocen por su monocromía azulada oscura y metálica.

• Policristalinos

  Presentan una estructura ordenada por regiones separadas. Las zonas irregulares se traducen en una disminución del rendimiento. Se obtienen de la misma forma que los anteriores, pero con menos fases de cristalización. Se reconocen porque en su superficie se distinguen distintos tonos de azules y grises metálicos.

• Amorfos

  Presentan un alto grado de desorden y un gran número de defectos estructurales en su combinación química. Su proceso de fabricación es menos costoso (se deposita en forma de lámina delgada sobre vidrio o plástico). Tienen un color homogéneo. Su utilización permite adaptarse a cualquier superficie, son de varios colores y translúcidas, lo que favorece la integración en acristalamientos. En su contra, la potencia que se obtiene es inferior a la de los dos tipos anteriores.

Parámetros Eléctricos Clave y la Curva V-I

La curva V-I (Tensión-Intensidad) define el comportamiento eléctrico de un módulo fotovoltaico bajo condiciones específicas.

• Intensidad de Cortocircuito (Isc)

  Máxima intensidad que se puede obtener en un módulo fotovoltaico. Se calcula midiendo la corriente entre los bornes del panel cuando se produce un cortocircuito. Es directamente proporcional a la radiación solar incidente.

• Tensión en Circuito Abierto (Voc)

  Valor máximo de voltaje que se mediría en un módulo si no hubiese paso de corriente entre los bornes del mismo.

• Tensión Máxima (Vmp)

  Valor de tensión para la potencia máxima. Se trata aproximadamente del 80% de la tensión en circuito abierto (Voc).

• Corriente Máxima (Imp)

  Valor de la corriente para la potencia máxima.

• Tensión Nominal

  Valor de diseño al que trabaja el módulo (típicamente 12 V, 24 V o 48 V).

• Potencia Máxima o Pico (Pmp)

  Valor máximo de potencia que se obtiene por el producto de la corriente por la tensión de salida del módulo fotovoltaico. Se calcula como: Pmp = Vmp × Imp.

Factor de Forma y Eficiencia

• Factor de Forma (FF)

  El Factor de Forma describe la calidad de la curva V-I. Representa la disminución de potencia debido a pérdidas por la resistencia interna del panel, la influencia de la temperatura, etc. Relaciona la tensión y la corriente máxima con la corriente de cortocircuito y la tensión de circuito abierto:

  FF = (Vmp × Imp) / (Voc × Isc)

  La potencia máxima se puede expresar también en función del Factor de Forma:

  Pmp = Voc × Isc × FF

• Eficiencia del Módulo (η)

  Es el cociente entre la potencia eléctrica producida (potencia máxima del módulo, Pmp) y la irradiación incidente sobre el mismo o potencia luminosa recibida (P_L).

Cálculo de Energía Generada y Horas de Pico Solar

La energía generada por el panel (E_panel) en un día se calcula mediante la siguiente relación, donde I_panel es la corriente pico o máxima, HPS son las Horas de Pico Solar y η_panel es el rendimiento del convertidor (que suele oscilar entre 0,8 y 0,9):

E_panel = I_panel × HPS × η_panel = Imp × HPS × 0,9

Horas de Pico Solar (HPS): Es un concepto teórico que indica el número de horas de sol con una intensidad de radiación de 1000 W/m² incidiendo perpendicularmente sobre la superficie del módulo. Representa el tiempo que tendría un día imaginario en el que el módulo recibiría la misma energía que en un día real. En España, este valor oscila entre 2 para latitudes del norte y 4 para latitudes del sur (en verano hay aproximadamente 2 horas más). Su cálculo se realiza a partir del valor de la irradiancia sobre una superficie inclinada, generalmente encontrado en tablas.

Asociación de Módulos Fotovoltaicos

La configuración de los módulos es crucial para alcanzar la tensión y corriente requeridas por el sistema.

• Conexión en Paralelo

  Se conectan todos los polos positivos y, por separado, todos los polos negativos. Con ello se consigue aumentar la corriente generada y mantener un mismo valor de tensión. La corriente generada total es igual a la suma de las corrientes generadas por cada módulo, o el producto de la corriente generada por un módulo por el número de módulos.

• Conexión en Serie

  Se conecta el polo positivo de un módulo con el polo negativo del siguiente. Con ello se consigue aumentar la tensión y mantener el mismo valor de corriente generada. La tensión generada total es igual a la suma de todas las tensiones por cada módulo, o el producto de la tensión de un módulo por el número de módulos.

• Conexión Mixta

  Los módulos se encuentran asociados tanto en serie como en paralelo para optimizar tanto la tensión como la corriente del sistema.