Eficiencia Del Panel Solar

La eficiencia del  panel solar  es una medida de la cantidad de energía solar (irradiación) que cae sobre la superficie de un panel y se convierte en electricidad. Debido a los muchos avances recientes en la tecnología de células solares  durante los últimos 5 años, la eficiencia promedio de conversión del panel ha aumentado del 15% al ​​20%. Este gran salto en la eficiencia dio como resultado que la potencia de salida de un panel de tamaño estándar aumentara de 250 W a 340 W.

Como se explica a continuación, la eficiencia del panel está determinada por  dos factores principales; la eficiencia de la celda fotovoltaica (PV), basada en el diseño de la celda y el tipo de silicio, y la eficiencia total del panel, basada en el diseño de la celda, la configuración y el tamaño del panel.

 

Eficiencia celular

C ell eficiencia está determinada por el material de la estructura celular y de silicio base usada que es generalmente ya sea de tipo P o N-tipo . La eficiencia de la celda se calcula mediante lo que se conoce como factor de llenado (FF), que es la máxima eficiencia de conversión de una celda fotovoltaica al voltaje y corriente óptimos.

El diseño de la celda juega un papel importante en la eficiencia del panel. Las características clave incluyen el tipo de silicio, la cantidad de barras colectoras (MBB) y el tipo de pasivación (PERC). Las celdas IBC de alto costo son actualmente las más eficientes (20-22%), debido a la base de celda de silicio tipo N de alta pureza y sin pérdidas por sombreado de barras / dedos. Sin embargo, las células mono PERC recientes con MBB y las últimas células de heterounión (HJT) han alcanzado niveles de eficiencia muy por encima del 20%.

Eficiencia del panel

La eficiencia total del panel se mide en condiciones de prueba estándar (STC), basadas en una temperatura de celda de 25 ° C, una irradiancia solar de 1000 W / m2 y una masa de aire de 1,5. La eficiencia (%) de un panel se calcula mediante la potencia nominal máxima (W) en STC, dividida por el área total del panel en metros.

La eficiencia general del panel puede verse influenciada por muchos factores, incluidos; temperatura de la celda, nivel de irradiancia, tipo de celda e interconexión de las celdas. Sorprendentemente, incluso el color de la lámina protectora del panel puede afectar la eficiencia. Una lámina trasera negra puede parecer más agradable desde el punto de vista estético, pero absorbe más calor, lo que aumenta la temperatura de la celda y aumenta la resistencia, lo que a su vez reduce ligeramente la eficiencia de conversión total.

Los paneles construidos con celdas IBC avanzadas son los más eficientes, seguidos de las celdas monocristalinas de medio corte y de múltiples barras colectoras, las celdas mono tablillas y finalmente las celdas mono estándar de 60 celdas (4-5 barras colectoras). Los paneles poli o policristalinos comunes de 60 celdas generalmente son los paneles menos eficientes y de menor costo.

 

Los 10 Paneles Solares Más Eficientes *

Los paneles solares más eficientes disponibles en 2020 utilizan las células IBC de tipo N de alta pureza fabricadas por SunPower y LG . REC lanzó recientemente la serie Alpha utilizando celdas tipo N HJT de alto rendimiento que aumentaron la eficiencia cerca del nivel de las celdas IBC. Como se destaca en la tabla siguiente, la mayoría de los otros fabricantes han pasado de celdas mono estándar a celdas PERC mono de medio corte más eficientes. Además, los módulos de nueva generación con celdas de medio corte de barras múltiples (MBB) de Longi Solar, Solaria, Trina, Jinko, Canadian y Hyundai han aumentado la eficiencia del panel muy por encima del 20%.

  Hacer Modelo Poder Eficiencia
1 Poder del sol Maxeon 3 400 W 22,6%
2 LG Neón R 380 W 22,0%
3 REC Alfa 380 W 21,7%
4 Longi Solar Hi-Mo 4 375 W 20,6%
5 Trina Solar Miel M DEO8 375 W 20,5%
6 Solario Poder XT 370 W 20,5%
7 Jinko Solar Tiger Pro 6Rl3 390 W 20,4%
9 Canadian Solar HiDM CS1H-MS 345 W 20,4%
8 Phono Solar TwinPlus M4-9B-R 375 W 20,4%
10 Células Q Q.Peak DUO G8 + 360 W 20,3%

Por Que Importa La Eficiencia

El término eficiencia se usa mucho, pero un panel ligeramente más eficiente no siempre equivale a un panel de mejor calidad. Muchas personas consideran que la eficiencia es el criterio más importante al seleccionar un panel solar, pero lo que más importa es la calidad de fabricación, que está relacionada con el rendimiento, la confiabilidad, el servicio de los fabricantes y las condiciones de garantía del mundo real. Lea más sobre cómo seleccionar los paneles solares de mejor calidad aquí.

Recuperación de la inversión más rápida

En términos medioambientales, una mayor eficiencia significa que un panel solar devolverá la energía incorporada (energía utilizada para extraer las materias primas y fabricar el panel solar) en menos tiempo. Según un análisis detallado del  ciclo de vida , la mayoría de los paneles solares basados ​​en silicio ya reembolsan la energía incorporada en 2 años. Sin embargo, dado que la eficiencia del panel ha aumentado más del 20%, el tiempo de recuperación se ha reducido a menos de 1,5 años en muchos lugares. Una mayor eficiencia también significa que un sistema solar generará más electricidad durante la vida media de más de 20 años de un panel solar y pagará el costo inicial antes, lo que significa que el retorno de la inversión (ROI) se reducirá aún más.

La eficiencia del panel solar generalmente da una buena indicación del rendimiento, especialmente porque muchos paneles de alta eficiencia usan celdas de silicio de tipo N de grado superior con coeficiente de temperatura mejorado y menor degradación con el tiempo. Algunos fabricantes, como  LG  y  SunPower incluso ofrecen garantías con un 90% o más de potencia retenida después de 25 años de uso.

Paneles solares con diferente eficiencia: panel de polietileno Trina de 250W, paneles mono de 300W y 310W, 315W de 120 celdas de medio corte, 335W de barra colectora múltiple y en el extremo derecho el panel LG Neon R de 360W de alta eficiencia del 20.8%.
Paneles solares con diferente eficiencia: panel de polietileno Trina de 250W, paneles mono de 300W y 310W, 315W de 120 celdas de medio corte, 335W de barra colectora múltiple y en el extremo derecho el panel LG Neon R de 360W de alta eficiencia del 20.8%.

Área Vs Eficiencia

La eficiencia marca una gran diferencia en la cantidad de área de techo requerida. Los paneles de mayor eficiencia generan más energía por metro cuadrado y, por lo tanto, requieren menos área total. Esto es perfecto para azoteas con espacio limitado y también permite instalar sistemas de mayor capacidad en cualquier techo. Por ejemplo, 12 paneles solares de 360 ​​W de alta eficiencia, como los de LG o SunPower con una eficiencia de conversión del 21,2%, proporcionarán hasta 1100 W (1,1 kW) más de capacidad solar total que los paneles de 270 W del mismo número y tamaño con un 16,5% más bajo. eficiencia.

  • 12 paneles de 270 W con una eficiencia del 16,5% = 3200 W
  • 12 paneles de 360 ​​W con una eficiencia del 21,2% = 4300 W

Eficiencia Del Mundo Real

En el uso en el mundo real, la eficiencia operativa del panel depende de una serie de factores externos que se enumeran a continuación. Estas pérdidas pueden sumarse para reducir en gran medida el rendimiento general del sistema y del panel:

Factores que pueden afectar la eficiencia y el rendimiento del panel solar:

  • Irradiancia (W / m2)
  • Sombreado
  • Orientación del panel
  • Temperatura
  • Ubicación (latitud)
  • Época del año
  • Polvo y suciedad

Los factores que tienen el impacto más significativo en la eficiencia del panel en el uso en el mundo real son la irradiancia, el sombreado, la orientación y la temperatura. El nivel de irradiancia solar está influenciado, por supuesto, por las condiciones atmosféricas, la latitud y la época del año. Naturalmente, si un panel está completamente sombreado, la potencia de salida será cercana a cero, pero el sombreado parcial también puede tener un gran impacto, no solo en la eficiencia del panel sino en la eficiencia de todo el sistema. Por ejemplo, el sombreado leve de varias celdas en un solo panel puede reducir la potencia de salida en un 50% o más, lo que a su vez puede reducir la potencia de toda la cadena en una cantidad similar, ya que la mayoría de los paneles están conectados en serie y el sombreado de un panel afecta a toda la cadena. . Por lo tanto, es muy importante intentar reducir o eliminar el sombreado si es posible. Afortunadamente hay complemento en los dispositivos conocidos como  optimizadores  y  micro-inversores  que pueden reducir el efecto negativo de sombreado, especialmente cuando están sombreadas sólo un pequeño número de paneles.


Instalación de paneles solares

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El Coeficiente De Temperatura De Potencia

Temperatura 2.jpg del panel solar de la imagen infrarroja térmica

La potencia nominal de un panel solar, medida en vatios (W), se realiza en condiciones de prueba estándar (STC) y se mide a una temperatura de celda de 25 ° C.Sin embargo, en el uso en el mundo real, la temperatura de la celda generalmente se eleva muy por encima de 25 ° C , dependiendo de la temperatura del aire ambiente, la velocidad del viento, la hora del día y la cantidad de irradiancia solar (energía solar – W / m2).

Generalmente, la temperatura de la celda es 20-30 ° C más alta que la temperatura del aire ambiente, lo que equivale a una reducción de aproximadamente un 8-12% en la producción de energía total, dependiendo del tipo de celda solar y su coeficiente de temperatura.

El aumento de la temperatura de la celda reduce la potencia de salida en una cantidad específica por cada grado por encima de los 25 ° C (STC). Esto se conoce como el coeficiente de temperatura de energía que se mide en% / ° C . Los paneles monocristalinos tienen un coeficiente (o pérdida) de temperatura promedio de -0,38% / ° C, mientras que los paneles policristalinos son ligeramente más altos a -0,40% / ° C.Las células IBC monocristalinas tienen un coeficiente de temperatura mucho mejor (más bajo) de alrededor de -0,30% / ° C, mientras que las celdas de mejor rendimiento a altas temperaturas son las celdas HJT (heterounión) que son tan bajas como -0.26% / ° C.

El gráfico de salida de energía frente a temperatura muestra una eficiencia reducida a temperaturas de celda más altas: crédito de imagen LG  Click para agrandar
El gráfico de salida de energía frente a temperatura muestra una eficiencia reducida a temperaturas de celda más altas: crédito de imagen LG. Click para agrandar

Comparación de coeficientes de temperatura

El coeficiente de temperatura de potencia se mide en% por ° C: más bajo es más eficiente

  • Células policristalinas: 0,39 a 0,43% / ° C
  • Células monocristalinas: 0,36 a 0,40% / ° C
  • Células IBC monocristalinas : 0,29 a 0,31% / ° C
  • Células monocristalinas HJT: 0,26 a 0,27% / ° C

Generalmente, la temperatura de la celda es 20-30 ° C más alta que la temperatura del aire ambiente, lo que equivale a aproximadamente un 8-12% de reducción en la producción de energía. Tenga en cuenta que la temperatura de la celda puede subir hasta 80 ° C cuando se monta en un tejado de color oscuro durante días muy calurosos de 40 ° C o más, sin viento.


Células Solares Más Eficientes

Los paneles solares más eficientes del mercado generalmente usan celdas de silicio monocristalino de tipo N (IBC) o las otras celdas de heterounión de variación de tipo N (HJT) de alta eficiencia. La mayoría de los demás fabricantes utilizan actualmente las células mono-PERC de tipo P más comunes  ; sin embargo, varios fabricantes de gran volumen, incluidos JinkoSolar , Longi Solar y Trina , ahora están comenzando a cambiar a las celdas de tipo N más eficientes.

Eficiencia de diferentes tipos de células solares fotovoltaicas

  • Policristalino – 15 a 18%
  • Monocristalino – 16,5 a 19%
  • PERC policristalino: 17 a 19,5%
  • PERC monocristalino: 17,5 a 20%
  • Tipo N monocristalino: 19 a 20,5%
  • HJT monocristalino de tipo N: 19 a 21,7%
  • IBC monocristalino de tipo N: 20 a 22,6%
* Cuadro de comparación de eficiencia de células solares fotovoltaicas promedio aproximado: tipos de silicio mono y polivinílico
* Cuadro de comparación de eficiencia de células solares fotovoltaicas promedio aproximado: tipos de silicio mono y polivinílico

Costo Vs Eficiencia

Todos los fabricantes producen una gama de paneles con diferentes índices de eficiencia según el tipo de silicio utilizado y si incorporan PERC , barras múltiples u otras tecnologías de celda. Los paneles muy eficientes por encima del 21% con celdas de tipo N son generalmente mucho más costosos , por lo que si el costo es una limitación importante, sería más adecuado para ubicaciones con espacio de montaje limitado; de lo contrario, puede pagar una prima por la misma capacidad de energía que podría ser logrado mediante el uso de 1 o 2 paneles adicionales. Sin embargo, los paneles de alta eficiencia que utilizan celdas de tipo N casi siempre superan y duran más que los paneles de celdas de tipo P debido a las tasas de degradación más bajas, por lo que el costo adicional generalmente vale la pena a largo plazo.

Panel SunPower Maxeon (tipo N) más caro que el panel convencional multicristalino de 60 celdas (tipo P)
Panel SunPower Maxeon (tipo N) más caro que el panel convencional multicristalino de 60 celdas (tipo P)

Por ejemplo, un panel de 360W + de alta eficiencia podría costar $ 300 o más, mientras que un panel común de 300W costará típicamente más cerca de $ 150. Esto equivale a aproximadamente $ 0,50 por vatio en comparación con $ 0,90 por vatio. Aunque en el caso de los principales fabricantes como LG, Sunpower y REC, los paneles más caros tienen un rendimiento más alto, tasas de degradación más bajas y, en general, vienen con un período de garantía de ‘fabricante’ más largo, por lo que a menudo es una inversión inteligente.


Tamaño Del Panel Versus Eficiencia

La eficiencia del panel se calcula dividiendo la potencia nominal entre el área total del panel, por lo que tener un panel de mayor tamaño no siempre equivale a una mayor eficiencia. Sin embargo, los paneles más grandes que utilizan celdas de mayor tamaño aumentan el área de superficie de la celda, lo que aumenta la eficiencia general.

Tamaño del panel solar 60 72 96 celdas.jpg

Los paneles residenciales más comunes todavía usan los paneles cuadrados estándar de 60 celdas de 6 ”(156 mm) mientras que los sistemas comerciales usan los paneles de 72 celdas de formato más grande. Sin embargo, como se explica a continuación, en 2020 surgió una nueva tendencia de la industria hacia tamaños de panel mucho más grandes construidos alrededor de nuevas celdas de mayor tamaño que aumentaron la eficiencia del panel y aumentaron la potencia de salida hasta un impresionante 600W.

Tamaños comunes de paneles solares

  • Panel de 60 celdas (120 HC): ancho aproximado 0,98 mx largo 1,65 m
  • Panel de 72 celdas (144 HC): Ancho aproximado 1.0mx largo 2.0m
  • Panel de 96/104 celdas: ancho aproximado 1.05 mx largo 1.60 m
  • Nuevo * panel de 66 celdas (132 HC) – Ancho aproximado 1.0mx largo 1.80m
  • Nuevo * formato de 78 celdas (158 HC): ancho aproximado 1,3 mx largo 2,2 m

HC = células de medio corte

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Un panel de tamaño estándar común de 60 celdas (1 mx 1,65 m) con una eficiencia del 18-20% generalmente tiene una potencia nominal de 300-330 Watts, mientras que un panel con un panel de mayor eficiencia del mismo tamaño puede producir hasta 370W. Como se explicó anteriormente, los paneles de tamaño estándar más eficientes aún utilizan celdas de contacto trasero interdigitado o IBC tipo N de alto rendimiento que pueden alcanzar hasta un 22,6% de eficiencia del panel y generar una impresionante cantidad de 370 a 400 vatios.

Los módulos populares de celda dividida o de medio corte tienen el doble de celdas con aproximadamente el mismo tamaño de panel. Un panel con 60 celdas en formato de media celda se duplica a 120 celdas, y 72 celdas en formato de media celda son 144 celdas. La configuración de celda de medio corte es ligeramente más eficiente ya que el voltaje del panel sigue siendo el mismo, pero la corriente se divide entre las dos mitades. Debido a la corriente más baja, los paneles de medio corte tienen pérdidas resistivas mucho más bajas, lo que resulta en una mayor eficiencia y un coeficiente de temperatura más bajo, lo que también ayuda a aumentar la eficiencia operativa.

Nuevas celdas más grandes y paneles de alta potencia

Para disminuir los costos de fabricación, ganar eficiencia y aumentar la producción de energía , los fabricantes han comenzado a alejarse del tamaño de oblea de celda cuadrada estándar de 156 mm (6 ”) en favor de tamaños de oblea más grandes. Si bien hay una variedad de varios tamaños de celda en desarrollo, los más populares son 166 mm, 182 mm y 210 mm. Las celdas más grandes combinadas con los nuevos formatos de paneles más grandes han permitido a los fabricantes desarrollar paneles extremadamente potentes con clasificaciones de hasta 600W. Los tamaños de celda más grandes tienen una mayor área de superficie y, cuando se combinan con las últimas tecnologías de celda, como barras de bus múltiple (MBB), PERC y cinta de mosaico, pueden aumentar la eficiencia del panel hasta en un 22%.

Most_Powerful_Solar_Panel_600W + .jpg

Tablas de comparación de eficiencia de paneles solares anteriores como referencia

La eficiencia del panel solar ha aumentado sustancialmente durante los últimos 12 meses y la mayoría de los fabricantes anuncian módulos de celda de medio corte de barras múltiples (MBB) de nueva generación y celdas de formato más grande. Aquí están los gráficos más antiguos como referencia.

El tipo, tamaño, diseño y configuración de la célula solar tienen un efecto en la eficiencia total del panel, julio de 2019 - Haga clic para ampliar
El tipo, tamaño, diseño y configuración de la célula solar tienen un efecto en la eficiencia total del panel, julio de 2019 – Haga clic para ampliar
* Lista de los paneles solares de mayor eficiencia, incluido el tipo de celda fotovoltaica - formato de tamaño de celda 60 - enero de 2020

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