A mucha gente le sorprende que los paneles solares funcionen mejor con frío. Un día de invierno despejado y gélido puede dar algunas de las mayores producciones instantáneas que una planta ve en todo el año. Los climas fríos también traen nieve, días cortos y condiciones duras para los equipos. Este artículo explica qué efecto tiene el frío en el rendimiento fotovoltaico (FV), qué efecto tiene la nieve y cómo medir ambos.
Por qué los módulos fríos producen más
La tensión de una célula solar sube cuando baja su temperatura. Las hojas de datos de los módulos lo expresan como un coeficiente de temperatura de la potencia: en los módulos de silicio cristalino suele estar en el intervalo de aproximadamente −0.3% a −0.5% por °C, medido desde la condición de ensayo estándar de 25 °C de temperatura de célula. Lo que importa es el signo: cada grado por debajo de 25 °C suma producción y cada grado por encima la resta.
Tomemos un módulo con un coeficiente de −0.4%/°C. En un día caluroso con las células a 60 °C, pierde alrededor del 14% de su potencia nominal solo por el calor. En un día frío y soleado con las células a 0 °C, gana alrededor del 10%. Es una oscilación de aproximadamente una cuarta parte de la producción con la misma luz solar.
El mismo efecto tiene una consecuencia de diseño. Como la tensión sube con el frío, la tensión de cadena de la mañana más fría del año es la más alta que verá el sistema. Las longitudes de las cadenas deben diseñarse para que esa tensión se mantenga dentro de los límites del inversor y de los módulos.
Por qué los lugares fríos aún pueden decepcionar
- Días cortos y sol bajo: en latitudes altas en invierno el sol está bajo, los días son cortos y la energía disponible por día es pequeña, aunque cada hora de sol se aproveche con eficiencia.
- Cobertura de nieve: un módulo cubierto de nieve produce poco o nada. La rapidez con que la nieve se desliza depende de la inclinación, del marco y de la temperatura.
- Hielo y escarcha: una capa fina sobre el vidrio dispersa la luz antes de que llegue a las células.
- Esfuerzo para los equipos: la electrónica, los cables, las baterías y las piezas mecánicas tienen temperaturas mínimas de funcionamiento, y los ciclos repetidos de congelación y deshielo castigan las juntas y las estructuras.
Por qué la nieve también puede ayudar
La nieve fresca en el suelo refleja la mayor parte de la luz solar que recibe, mucho más que la hierba o la tierra. Esa luz reflejada aumenta la irradiancia que llega a los módulos inclinados y beneficia especialmente a los módulos bifaciales, que también captan luz por la cara posterior. A gran altitud, donde el aire es más fino y a menudo más limpio, la irradiancia también puede ser alta. La combinación de células frías, cielo brillante y nieve reflectante es la razón por la que los emplazamientos fríos y soleados pueden lograr un excelente rendimiento en los días adecuados.
Medir lo que hace el frío
Para saber si una planta en un clima frío rinde como debe, su propietario tiene que separar el tiempo meteorológico de la planta. Eso requiere una estación de monitorización meteorológica que mida:
- la irradiancia en el plano horizontal y en el plano de los módulos, y en la cara orientada al suelo cuando los módulos son bifaciales;
- la temperatura del módulo, que con tiempo frío y ventoso puede ser muy distinta de la temperatura del aire;
- la temperatura del aire, la humedad y el viento;
- la suciedad, incluida la nieve: un sistema de medición de suciedad compara un módulo de referencia limpio con uno expuesto, de modo que muestra cuánta energía cuestan la nieve o el polvo.
El equipo tiene que sobrevivir a las condiciones que mide. Las estaciones de monitorización meteorológica de Aeron están especificadas para funcionar de −40 °C a +80 °C, y sus sensores de temperatura de módulo Rigel 2 miden desde −40 °C con un elemento PT1000 de Clase A según la IEC 60751.
Un ejemplo de clima frío: Mongolia
Aeron suministró la estación de monitorización meteorológica de una planta solar de 5 MW con 3.6 MWh de almacenamiento en baterías en Mongolia, descrita como la primera planta solar con almacenamiento en baterías del país, construida en el marco del «Upscaling Renewable Energy Sector Project». La temperatura media anual de Mongolia es de aproximadamente 0.2 °C, con medias invernales de −10 °C a −30 °C, por lo que los sensores y accesorios se eligieron para esas condiciones.
La estación mide la irradiancia global horizontal y en el plano del generador, la temperatura del módulo y del aire, la humedad, la velocidad y dirección del viento y la suciedad tanto de polvo como de nieve, con un sistema de detección de rayos. Un registrador de datos Xtreme XG-930 de Aeron lee los sensores con su convertidor de 24 bits y envía los datos al SCADA de la planta por Modbus TCP. Los datos también permiten al propietario estudiar cómo afecta la cobertura de nieve a la generación. La estación se instaló en junio de 2022. Lea el caso práctico de Mongolia.
En resumen
El frío es bueno para las células y duro para todo lo demás. Las plantas en climas fríos pueden rendir muy bien, pero solo si su diseño contempla las altas tensiones del tiempo frío, sus equipos están homologados para las temperaturas y sus propietarios miden la irradiancia, la temperatura del módulo y las pérdidas por nieve lo bastante bien como para distinguir un problema meteorológico de un problema de la planta. Para hablar de la monitorización de una planta en un clima frío, póngase en contacto con nuestro equipo.
