Qué factores afectan a la eficiencia de la generación fotovoltaica

Sin embargo, la energía solar presenta problemas como la baja densidad energética, la escasa eficiencia en la generación de energía y la gran influencia de los factores medioambientales, que limitan su desarrollo. Por ello, la mejora de la eficiencia de la generación de energía fotovoltaica se ha convertido en un campo de investigación candente.

Este trabajo analiza principalmente el cambio del flujo de transferencia de calor causado por el cambio del espaciado de la estructura del conjunto cuadrado de células solares, que puede mejorar la eficiencia de la generación de energía fotovoltaica, y otros factores que afectan a la eficiencia de la generación de energía solar.

Cambiar la distancia de los paneles fotovoltaicos para aumentar la eficiencia fotovoltaica

Algunos estudios han descubierto que al cambiar la distancia del panel fotovoltaico, el cambio de su temperatura de funcionamiento tiene un impacto significativo en la potencia de salida del conjunto fotovoltaico.

El cambio del conjunto cuadrado no sólo afectará a la irradiancia total que incide sobre la superficie del módulo, aumentará o disminuirá la temperatura del módulo, sino que también cambiará la trayectoria del flujo de aire de evacuación del calor y modificará la eficacia de la refrigeración convectiva del sistema fotovoltaico.

El coeficiente de temperatura de potencia de una batería de silicio monocristalino es de aproximadamente -0,5%/℃, es decir, la temperatura de funcionamiento de la batería aumenta en 1℃, y la potencia de salida de la batería disminuye en 0,5%.

Por lo tanto, para mejorar la eficiencia de la generación de energía fotovoltaica, es esencial controlar la temperatura de módulos fotovoltaicos.

Para conseguir la máxima potencia del panel solar en el uso real, es necesario simular su entorno de trabajo real mediante modelado antes del diseño, con el fin de ajustar los parámetros o la estructura del dispositivo.

Para ello, algunos investigadores establecieron un modelo general de temperatura fotovoltaica, teniendo en cuenta parámetros como la separación entre filas, la altura de los paneles y el ángulo de inclinación para completar la disposición espacial de los sistemas fotovoltaicos.

Además, el modelo también tiene en cuenta la disposición espacial de diferentes centrales fotovoltaicas y mejora el modelo añadiendo coeficientes de transferencia de calor por convección.

Los resultados del estudio muestran que, a medida que aumenta la distancia entre hileras, aumentan la irradiancia incidente y la refrigeración convectiva de los módulos fotovoltaicos, así como la potencia de salida. En comparación con los modelos térmicos convencionales de convección existentes, el sistema predijo un aumento de 0,98% en la potencia de salida al año para la misma variación de espaciado entre filas.

Sin embargo, los investigadores no especificaron a qué distancia deben estar los paneles solares, ya que cada sistema fotovoltaico es diferente y depende de las condiciones locales.

¿Qué otros factores afectan a la eficiencia de la generación de energía fotovoltaica?

Cuando la eficiencia de conversión del módulo de células solares es constante, la generación de energía del sistema fotovoltaico viene determinada por la intensidad de radiación del sol, y la cantidad de radiación solar está positivamente correlacionada con la generación de energía.

Debido a la existencia de la atmósfera, la cantidad de radiación solar que llega realmente a la superficie terrestre se ve afectada por muchos factores, como la altitud del sol, la calidad de la atmósfera y la transparencia de ésta.

Altitud del sol

La altitud a la que el sol se encuentra sobre el horizonte se denomina altitud del sol. La altitud del sol cambia constantemente a lo largo del día. Para un determinado plano del suelo, cuando la altitud del sol es baja, la luz viaja a través de la atmósfera durante más tiempo y su energía decae más.

Además, la luz se proyecta sobre el plano con un ángulo menor, por lo que llega menos energía solar, y viceversa.

Calidad del ambiente

La absorción y la dispersión atmosféricas atenúan la energía solar que llega al suelo. La magnitud de su atenuación está relacionada con la longitud de la radiación solar que atraviesa la atmósfera.

Cuanto más tiempo recorre la radiación solar a través de la atmósfera, mayor es la atenuación de la energía; cuanto menor es la distancia, menor es la pérdida de energía.

Transparencia atmosférica

En la superficie terrestre, la irradiancia solar varía con frecuencia debido a las diferencias de transparencia atmosférica.

Con tiempo despejado y sin nubes, la transparencia atmosférica es alta y llega más radiación solar al suelo; con tiempo nublado o polvoriento, la transparencia atmosférica es baja y llega menos radiación solar al suelo.

Para la generación de energía fotovoltaica, el factor más importante que afecta a su generación de energía es la cantidad de radiación solar, seguida de la temperatura de los componentes.

Como la intensidad de la radiación y las características espectrales del sol cambian con las condiciones meteorológicas, tiene una gran aleatoriedad y es difícil de controlar.

Por ello, los investigadores se centraron en ajustar la distancia de los componentes para controlar la temperatura.

¿Es económico cambiar la separación entre paneles fotovoltaicos?

El aumento de la distancia entre hileras o de la cobertura del suelo se traduce en un incremento de los costes del sistema fotovoltaico y del terreno, así como en cambios en el rendimiento energético.

Por lo tanto, es necesario evaluar el impacto de los cambios de configuración del conjunto fotovoltaico que modifican el flujo de calor convectivo en la superficie de los módulos fotovoltaicos sobre el rendimiento del análisis tecnoeconómico del sistema fotovoltaico.

Los investigadores evaluaron el análisis tecnoeconómico de su modelo utilizando como indicador el coste energético normalizado. Los resultados muestran que ajustando la distancia entre filas de módulos fotovoltaicos se puede aumentar el coste energético normalizado del sistema.

En determinados climas, el aumento de la energía primaria derivado de la mayor irradiancia incidente de los sistemas fotovoltaicos de una o dos caras y los efectos secundarios de refrigeración convectiva derivados de la mayor separación entre hileras compensan con creces el aumento de los costes del terreno y del cableado.

Por otro lado, la investigación podría ser especialmente relevante en el campo de la energía fotovoltaica agrícola, donde los cultivos pueden crecer al lado o debajo de los paneles solares. Los expertos del sector afirman que aumentar el espaciado permite utilizar una mayor variedad de cultivos y más tipos de equipos agrícolas en los sistemas fotovoltaicos agrícolas.

Otra ventaja de aumentar la distancia entre los paneles solares es que aumenta la irradiancia reflejada en el suelo sobre los paneles solares, y los paneles no se bloquean entre sí para reducir la cantidad de radiación solar.

Aunque un mayor espaciado puede conllevar costes más elevados debido a la necesidad de más terreno, los profesionales afirman que, en última instancia, los beneficios compensan los costes.