Difference between revisions of "PV module/es"

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[[File:Modulecrosssection201026.png|thumb|right|300px|'''Components of a PV module:'''<br />''(1)'' Aluminum frame ''(2)'' Glass ''(3)'' Encapsulant (hold cells together) ''(4)'' Cells ''(5)'' Encapsulant (hold cells together) ''(6)'' Plastic backsheet ''(7)'' Module frame ''(8)'' Junction box with wires/connectors]]
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[[File:Modulecrosssection201026.png|thumb|right|250px|'''Componentes de un módulo FV:''' <br />''(1)'' Marco de aluminio ''(2)'' Vidrio ''( 3)'' Encapsulante (mantiene las celdas juntas) ''(4)'' Celdas ''(5)'' Encapsulante (mantiene las celdas juntas) ''(6)'' Lámina trasera de plástico ''(7)'' Marco del módulo ''(8)'' Caja de conexiones con cables y conectores]]  
[[File:Solarcell3.png|thumb|right|300px|A circuit attached to a PV cell. The electronics are forced from the top layer of the cell through a one-way barrier or junction (depicted in red), at which point they are forced to return through a circuit.]]
 
Solar PV modules use the photovoltaic (PV) effect to generate electrical current upon exposure to light. When sufficient light hits a PV cell, current is generated which excites electrons that then pass through a one-way barrier or junction forcing them to flow through a circuit to return to their point of origin. These movement of these electrons can be used to do work or power loads. There are many different technologies available and ways to design a system that can meet needs that range from simple lighting, to running appliances, pumping water or powering cities.
 
  
PV modules are composed of individual cells wired together in [[Series and parallel|series]] with each one producing around.5V when exposed to sufficient light. PV modules come in several common configurations:
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[[File:Solarcellv22102101.png|thumb|right|250px|Un circuito conectado a una celda FV. Los electrones son energizados por el sol (a través de fotones). Hay una barrera unidireccional en la celda (representada en rojo) que solo permite que los electrones se muevan en una dirección. Cuando comienzan a concentrarse en el lado 1 de la celda, son forzados a pasar por el circuito.]]
  
*A 36-cell module comprised of .5 V cells will have a rated Vmp of around 18V.
 
*A 60-cell module comprised of .5 V cells will have a rated Vmp of around 30V.
 
*A 72-cell module comprised of .5 V cells will have a rated Vmp of around 36V.
 
  
The PV source for an off-grid system - the PV module(s) or array - must be sized and selected in conjunction with the charge controller - see [[:Category:PV source and charge controller sizing and selection|PV source and charge controller sizing and selection]] for more information.
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Los módulos solares fotovoltaicos (FV) utilizan el efecto fotovoltaico para generar corriente eléctrica al exponerse a la luz. Cuando la luz llega a una celda fotovoltaica, se genera una corriente que excita los electrones que luego pasan a través de una barrera o unión unidireccional, lo que los obliga a fluir a través de un circuito para regresar a su punto de origen. El movimiento de estos electrones se puede utilizar para realizar trabajos o alimentar cargas electricas como aparatos y luces. Hay muchas tecnologías diferentes disponibles y formas de diseñar un sistema que pueda satisfacer necesidades que van desde iluminación simple hasta electrodomésticos, bombeo de agua o suministro de energía a las ciudades.  
  
== Types ==
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<div class="mw-translate-fuzzy">
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Los módulos fotovoltaicos se componen de celdas individuales conectadas juntas en [[Special:MyLanguage/Series and parallel|serie]] y cada una produce alrededor de ,5 V cuando se expone a suficiente luz. Los módulos FV vienen en varias configuraciones - las mas comúnes son:
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[[File:Modules201007.png|thumb|250px|''Left -'' Back of a PV module with specifications, junction box and wiring.<br />''Center -'' 60-cell polycrystalline module with cell below.<br />''Right -'' 60-cell monocrystalline module with cell below.]]
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*Un módulo de 36 celdas de ,5 V cada uno. Tiene una voltaje de potencia maxima (Vmp) de 18 V.
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*Un módulo de 60 celdas de ,5 V cada uno. Tiene una voltaje de potencia maxima (Vmp) de 30 V.
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*Un módulo de 72 celdas de ,5 V cada uno. Tiene una voltaje de potencia maxima (Vmp) de 36 V.
  
There are many different chemistries that are used in PV cells, but there are two main categories of modules that are found on the market. Each type of PV module continues to have different characteristics that can be attractive depending upon the circumstances such as lower price or higher efficiency.
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La fuente FV para un sistema autónomo (el módulo FV o los módulos FV en la matriz) deben dimensionarse y seleccionarse junto con el controlador de carga; consulte [[Special:MyLanguage/PV source and charge controller sizing and selection overview|La fuente FV y la selección y dimensionamiento del controlador de carga]] para obtener más información.
  
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==Tipos==
<li>'''Crystalline silicon modules:''' The most common type of module on the market. These modules can come in poly or monocrystalline construction. The names are derived from the way that they are manufactured with monocrystalline cells being cut from a single crystal and polycrystalline cells being comprised of silicon from various crystals. Both types are composed of a few simple materials (average by weight): 76% glass (panel surface), 10% polymer (encapsulant and backsheet foil), 8% aluminum (mostly the frame), 5% silicon (PV  cells), 1%  copper  (interconnectors)  and  less  than  0.1%  silver  (contact  lines)  and  other  metals (mostly tin and lead) <ref name="irena"> IRENA End-of-Life Management Solar Photovoltaic Panels. https://www.irena.org/-/media/Files/IRENA/Agency/Publication/2016/IRENA_IEAPVPS_End-of-Life_Solar_PV_Panels_2016.pdf </ref>
 
:*Monocrystalline modules are more expensive, but achieve higher average efficiencies around 17-20%.
 
:*Polycrystalline modules are less expensive and are less efficient with average efficiencies around 16-17%.
 
  
<li>'''Thin film modules:''' Thin film modules are built out by laying photovoltaic material in one or more layers on a supporting material such as glass, plastic, or metal. Thin film modules come in various types with Cadmium-Telluride (CdTe) Being the most common. CdTe modules contain far less aluminum and more glass than Crystalline silicon modules (average by weight): 97% glass (panel surface), ~3% polymer (junction boxes and sealant) and negligible amounts of semiconductors and metals. <ref name="irena" /> Thin film modules are far less efficient than crystalline silicon modules at around 9% efficiency, but significantly cheaper.</ol>
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[[File:Modules201007.png|thumb|250px|''Izquierda -'' Parte posterior de un módulo FV con especificaciones, caja de conexiones y cableado. <br /> ''Centro -'' Módulo policristalino de 60 celdas con un ejemplo de sus celdas debajo. <br /> ''Derecha -'' Módulo monocristalino de 60 celdas con un ejemplo de sus celdas debajo.]]
  
==Standard test conditions==
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Hay muchas químicas diferentes que se utilizan en las células FV, pero hay dos categorías principales de módulos que se encuentran en el mercado. Cada tipo de módulo FV sigue teniendo diferentes características que pueden resultar atractivas según las circunstancias, como un precio más bajo o una mayor eficiencia. Los módulos FV se clasifican en términos de eficiencia en la conversión total de luz en electricidad utilizable, una medida que ha ido aumentando lentamente para todos los tipos de módulos a lo largo de los años. En términos más simples, un módulo que tiene una eficiencia del 20% es capaz de convertir el 20% de toda la luz que lo recibe en electricidad. Aumentar la eficiencia en un 3% (del 17% al 20%) puede no parecer mucho, pero dará como resultado un aumento del 17,6% en la producción del módulo fotovoltaico (3% ÷ 17% × 100 = 17,6%).
  
[[File:Modulespeclabel -200921-2.png|thumb|right|250px|Typical specifications label found on the back of a PV module.]]
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===Módulos de silicio cristalino===
PV modules are rated in terms of watts (W) under industry determined laboratory test conditions called standard test conditions (STC). The three conditions are the strength of sunlight called irradiance, cell temperature and airmass. Airmass is fixed for a given location, so it plays a less important role than the other two.  PV modules will only produce their rated power at their Maximum Power Point, which is Vmp multiplied by Imp, under standard test conditions laboratory. These conditions are not frequently reached in most locations as cell temperatures rise quickly when exposed to sunlight and irradiance of 1000 W/m² only occurs when the sky is clear near midday. Therefore, the curve shown the preceding graphics will shift depending upon the conditions.
 
  
A module is tested and rated based upon the following values which can be found printed on the module or in its specifications sheet:
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El tipo de módulo más común en el mercado. Estos módulos pueden venir en construcción poli o monocristalina. Los nombres se derivan de la forma en que se fabrican con células monocristalinas que se cortan de un solo cristal y las células policristalinas están compuestas de silicio de varios cristales. Ambos tipos están compuestos por unos pocos materiales simples (promedio en peso): 76% de vidrio (superficie del panel), 10% de polímero (encapsulante y lámina posterior), 8% de aluminio (principalmente el marco), 5% de silicio (celdas fotovoltaicas), 1% de cobre (interconectores) y menos de 0,1% de plata (líneas de contacto) y otros metales (principalmente estaño y plomo).<ref name="irena"> IRENA End-of-Life Management Solar Photovoltaic Panels. https://www.irena.org/-/media/Files/IRENA/Agency/Publication/2016/IRENA_IEAPVPS_End-of-Life_Solar_PV_Panels_2016.pdf </ref>
*Open circuit voltage (Voc) – The voltage that the module will produce under STC when it is not connected to a circuit.
 
*Short circuit current (Isc) – The current that a module will produce under STC when it is [[Electricity and energy#Circuits|short-circuited]] or with its positive output directly connected to its negative.
 
*Maximum power voltage (Vmp) – The voltage that the module will produce when connected to a circuit under STC.
 
*Maximum power current (Imp) – The current that the module will produce when connected to a circuit under STC.
 
*Temperature coefficient of power (P) - A coefficient that accounts for how module power responds to increases and decreases in temperature in %/°C or V/°C.  
 
*Temperature coefficient of open circuit voltage (Voc) - A coefficient that accounts for how module voltage responds to increases and decreases in temperature in %/°C or V/°C.
 
  
===Irradiance===
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*Los módulos monocristalinos son más caros, pero alcanzan eficiencias más altas alrededor del 17-20%.
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*Los módulos policristalinos son menos costosos y menos eficientes con eficiencias alrededor del 16-17%.
  
[[File:Irradiance - 200921-2.png|thumb|250px|I-V curve of a PV module as irradiance decreases. Each 25% drop in irradiance accounts for roughly a 25% drop in current and production.]]
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====Variantes de módulos de silicio cristalino====
  
Irradiance is a measurement of sunlight intensity (power) that constantly varies throughout the day naturally as the sun moves through the sky, but also due to weather. Irradiance measured over time is referred to as [[Special:MyLanguage/Insolation|insolation]] and is vitally important for measuring PV system production over time. On a clear day irradiance typically will reach its peak around noon. 1000 W/m² is an irradiance value for a clear day around noon, which means that it is not likely to be normal operating condition in most locations. Irradiance can only be measured with specialized and sensitive equipment, but it can be estimated as irradiance has a direct relationship with the current and power that the module outputs. PV module are given their power ratings by testing them at 1000 W/m² of irradiance. Irradiance below 1000 W/m² ''reduces'' cell current and irradiance above 1000 W/m² ''increases'' cell current. Irradiance can increase beyond 1000 W/m² under certain geographic and meteorological conditions. The formula for calculating production based upon irradiance is:
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* Los módulos PERC (emisor pasivado y contacto trasero o celda trasera) tienen una capa adicional que aumenta la eficiencia en alrededor del 21%. El proceso de fabricación es más complicado por lo que son más caros que los módulos básicos.
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* Los módulos bi-faciales tienen un diseño diferente y carecen de la lámina posterior de polímero blanco (plástico) que la mayoría de los módulos fotovoltaicos tienen para permitirles absorber más luz solar desde la parte trasera. Para instalaciones como [[Special:MyLanguage/Mounting system types|montajes sobre el suelo and montajes en postes]], donde la parte posterior del módulo fotovoltaico está expuesta a luz que puede reflejarse en el suelo u otras superficies, esto puede aumentar la producción entre un 5% y un 30%. El proceso de fabricación es más complicado por lo que son más caros que los módulos básicos.
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===Módulos de película delgada===
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Los módulos de película delgada se construyen colocando material FV en una o más capas sobre un material de soporte como vidrio, plástico o metal. Los módulos de película delgada vienen en varios tipos, siendo el telururo de cadmio (CdTe) el más común. Los módulos de CdTe contienen mucho menos aluminio y más vidrio que los módulos de silicio cristalino (promedio en peso): 97% de vidrio (superficie del panel), ~ 3% de polímero (cajas de conexiones y sellador) y cantidades insignificantes de semiconductores y metales.<ref name = "irena" /> Los módulos de película delgada son mucho menos eficientes que los módulos de silicio cristalino con una eficiencia de alrededor del 9%, pero significativamente más baratos.
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==Condiciones de prueba estándar==
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[[File:Modulespeclabel -200921-2.png|thumb|right|250px|Una etiqueta de especificaciones típica que se encuentra en la parte posterior de un módulo fotovoltaico.]]
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Los módulos FV se clasifican en términos de vatios (W) en condiciones de prueba de laboratorio determinadas por la industria denominadas condiciones de prueba estándar (STC). Las tres condiciones son: la fuerza de la luz solar llamada irradiancia, temperatura de las celdas del módulo y la masa de aire. La masa de aire se fija para una ubicación determinada, por lo que juega un papel menos importante que los otros dos. Los módulos fotovoltaicos solo producirán su potencia nominal en su punto de máxima potencia, que es Vmp multiplicado por Imp, en condiciones de prueba estándar de laboratorio. Estas condiciones no se alcanzan con frecuencia en la mayoría de los lugares, ya que las temperaturas de las células aumentan rápidamente cuando se exponen a la luz solar y la irradiación de 1000 W/m² solo se produce cuando el cielo está despejado cerca del mediodía. Por lo tanto, la curva que se muestra en los gráficos anteriores cambiará según las condiciones.
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Un módulo FV se prueba y se clasifica según los siguientes valores que se pueden encontrar impresos en el módulo o en su hoja de especificaciones:
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*Tensión de circuito abierto (Voc) - El voltaje que el módulo producirá bajo STC cuando esté en un [[Special:MyLanguage/Electricity and energy#Circuits|circuito abierto]] (desconectado, sin flujo de corriente).
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* Corriente de cortocircuito (Isc) - La corriente que un módulo producirá bajo STC cuando está [[Special:MyLanguage/Electricity and energy#Circuits|cortocircuito]] (toda la corriente disponible fluyendo casi sin resistencia, por ejemplo cuando se conecta la salida positiva directamente la salida negativa de un módulo FV).
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*Tensión de potencia máximo (Vmp): El voltaje que producirá el módulo cuando se conecte a un circuito bajo STC.
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*Corriente de potencia máxima (Imp): La corriente que producirá el módulo cuando se conecte a un circuito bajo STC.
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*Coeficiente de temperatura de potencia máxima (Tkpmp): Un coeficiente que se puede usar para ajustar la potencia del módulo a los aumentos y disminuciones de temperatura en %/°C o V/°C.
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*Coeficiente de temperatura de tensión de circuito abierto (Tkvoc): Un coeficiente que se puede usar para ajustar el voltaje del módulo a los aumentos y disminuciones de temperatura en %/°C o V/°C.
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===Irradiancia===
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[[File:Irradiance - 200921-2.png|thumb|250px| Curva I-V de un módulo FV a medida que disminuye la irradiancia. Cada caída del 25% en la irradiancia representa aproximadamente una caída del 25% en la corriente y la producción.]]
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La irradiancia es una medida de la intensidad de la luz solar (potencia) que varía constantemente a lo largo del día de forma natural a medida que el sol se mueve por el cielo, pero también debido al clima. La irradiancia medida a lo largo del tiempo se conoce como [[Special:MyLanguage/Insolation|insolación solar]] y es de vital importancia para diseñar sistemas FV y para evaluar el rendimiento de un sistema FV a lo largo del tiempo. En un día despejado, la irradiación alcanzará su punto máximo alrededor del mediodía. 1000 W/m² es un valor de irradiancia para un día despejado alrededor del mediodía, lo que significa que no es probable que sea una condición de funcionamiento normal en la mayoría de los lugares. La irradiancia solo se puede medir con equipos especializados y sensibles, pero se puede estimar ya que la irradiancia tiene una relación directa con la corriente y la potencia que emite el módulo. Los módulos FV reciben sus valores nominales de potencia probándolos a 1000 W/m² de irradiancia bajo condiciones de prueba estándares. La irradiancia por debajo de 1000 W/m² ''reduce'' la corriente de la celda y la irradiancia por encima de 1000 W / m² ''aumenta'' la corriente de la celda. La irradiancia puede aumentar más allá de 1000 W / m² bajo ciertas condiciones geográficas y meteorológicas. La fórmula para calcular la producción basada en la irradiancia es:
  
 
{| class="wikitable" border=1 style="width: 60%;"
 
{| class="wikitable" border=1 style="width: 60%;"
! style="width: 30%"|Irradiance loss factor
+
! style="width: 30%"|Factor para ajustar rendimiento por irradiancia
! style="text-align:left;"| = measured W/m² ÷ 1000 W/m²
+
! style="text-align:left;"| = W/m² actual ÷ 1000 W/m²
 
|}
 
|}
  
'''Example 1:''' A PV module is rated at 200 W. Irradiance is measured at 750 W/m² and the temperature of the PV module is measured at 25°C. What should the power output of the module be?
+
'''Ejemplo 1:''' Un módulo FV tiene una potencia nominal de 200 W. La irradiancia se mide a 750 W/m² y la temperatura del módulo FV se mide a 25°C. ¿Qué debería ser el rendimiento del módulo?
::::Irradiance loss factor = 750 W/m² ÷ 1000 W/m² = .75
+
::::Factor de pérdida por irradiancia = 750 W / m² ÷ 1000 W / m² = ,75
::::Power adjusted for decreased irradiance = 200 W × .75
+
::::Potencia ajustada por irradiancia baja = 200 W × ,75
::::Power adjusted for decreased irradiance  = 150 W
+
::::Potencia ajustada por irradiancia baja = 150 W
  
===Cell temperature===
+
===Temperatura celular===
  
[[File:Temperature - 200921.png|thumb|250px|A diagram of the I-V curve of a PV module as the temperature fluctuates.]]
+
[[File:Temperature - 200921.png|thumb|250px|Un diagrama de la curva I-V de un módulo fotovoltaico a medida que fluctúa la temperatura.]]
Cell temperature is the no more complicated than it sounds - the temperature of the PV cells. Cell temperature can be easily measured and has a direct relationship with voltage. Cell temperatures above 25°C ''decrease'' cell voltage and cell temperatures above 25°C ''increase'' cell voltage. If cell temperatures are below 25°C, it is possible for a to exceed the modules rated Open Circuit Voltage (Voc). Losses due to increased cell temperature greatly decrease PV cell production in nearly all PV installations. The formula for calculating losses due to increased cell temperatures is:
+
La temperatura celular no es más complicada de lo que parece: es simplemente la temperatura de las celdas del módulo. La temperatura de la celda se puede medir fácilmente y tiene una relación directa con el voltaje. Las temperaturas de la celda por encima de 25°C ''disminuyen'' el voltaje de la celda y las temperaturas de la celda por encima de 25°C ''aumentan'' el voltaje de la celda. Si las temperaturas de la celda son inferiores a 25°C, es posible que a exceda el voltaje de circuito abierto (Voc) nominal del módulo. Las pérdidas debidas al aumento de la temperatura de la celda reducen en gran medida la producción de celdas FV en todas las instalaciones en algún momento. La fórmula para calcular las pérdidas debidas temperaturas altas de la celda es:
  
 
{| class="wikitable" border=1 style="width: 60%;"
 
{| class="wikitable" border=1 style="width: 60%;"
! style="width: 30%"|Temperature loss factor
+
! style="width: 30%"|Factor de perdida de temperatura celular
! style="text-align:left;"| = measured cell temperature - 25°C × temperature coefficient of max power (TkPmp)
+
! style="text-align:left;"| = temperatura celular actual - 25°C × coeficiente de temperatura de potencia máxima (Tkpmp)
 
|}
 
|}
:*TkPmp is a value from the module specifications sheet and is typically in the form of %/°C.
 
  
'''Example 1:''' A PV module is rated at 200W. Cell temperature is measured at 35 °C. The specifications for the module state that it has a TkPmp of -.48 %/°C. What should the power output of the module be?
+
:*TkPmp es un valor de la hoja de especificaciones del módulo y normalmente tiene la forma de %/°C.
::::Temperature loss factor = 35°C - 25°C × -.48 %/°C
+
 
::::Temperature loss factor = -4.8%. Production will be 95.2% of STC power.
+
'''Ejemplo 1:''' Un módulo FV tiene una potencia nominal de 200W. La temperatura de la celda se mide a 35°C. Las especificaciones del módulo indican que tiene un coeficiente de temperatura de potencia máxima (Tkpmp) de -,48%/°C. ¿Qué debería ser el rendimiento del módulo?
::::Power adjusted for high temperatures = 200 W × .952  
+
:::: Factor de pérdida de temperatura celular = 35°C - 25°C × -,48%/°C
::::Power adjusted for high temperatures = 190.4 W
+
:::: Factor de pérdida de temperatura celular = -4,8%. La producción será del 95,2% de la energía STC.
 +
:::: Potencia ajustada para altas temperaturas = 200 W × .952
 +
:::: Potencia ajustada para altas temperaturas = 190,4 W
  
===Air mass===
+
===Masa de aire===
  
Air mass is a measurement of the amount of the atmosphere that light from the sun has to pass through before reaching the PV module. It does vary globally, but it isn't relevant here as it isn't a factor that significantly varies for a given location from year to year.
+
La masa de aire es una medida de la cantidad de atmósfera que debe atravesar la luz del sol antes de llegar al módulo FV. Varía globalmente, pero no es relevante aquí, ya que no es un factor que varíe significativamente para una ubicación determinada de un año a otro.
  
==Projected life==
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==Vida estimada==
  
A well-made silicon PV module will continue functioning over 25 years, although all modules degrade with the passage of time. High-quality modules degrade at an average rate of .5% to 1% per year, whereas poorly made modules degrade even quicker. This is the primary difference between the different costs and qualities of modules.
+
Un módulo FV de silicio bien hecho seguirá funcionando durante 25 años, aunque todos los módulos se degradan con el paso del tiempo. Los módulos de alta calidad se degradan a una tasa promedio de ,5% a 1% por año, mientras que los módulos mal hechos se degradan aún más rápido. Ésta es la principal diferencia entre los diferentes costos y calidades de los módulos.
  
==Maintenance==
+
==Mantenimiento==
  
PV modules are built out of durable materials and have no moving parts. The only maintenance that is likely to ever be required a module is an occasionally cleaning if the module is in an area that lacks regular rainfall.  
+
Los módulos FV están construidos con materiales duraderos y no tienen partes móviles. El único mantenimiento que probablemente necesite un módulo FV es una limpieza de vez en cuando si el módulo se encuentra en un área que carece de lluvias regulares.  
  
==Recyclability==
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==Reciclabilidad==
  
PV modules should be treated as electronic waste and should not be discarded with normal trash. The process for recycling a PV module consists of breaking it down into its main components and then sending them through the appropriate recycling streams. The majority of a crystalline silicon module can be recycled - an estimated 85%.<ref name="irena" /> In many areas where PV is being used to facilitate energy access, there are insufficient regulations and therefore a complete lack of a market and infrastructure to handle PV module waste.
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Las clasificaciones de desechos de los módulos FV varían significativamente según el lugar, pero independientemente del país, deben tratarse como desechos especializados y no deben desecharse con la basura normal. El proceso de reciclaje de un módulo FV consiste en descomponerlo en sus componentes principales y luego enviarlos a través de las cadenas de reciclaje adecuadas. Desafortunadamente, en muchas áreas donde se utiliza la energía FV para facilitar el acceso a la energía, no hay regulaciones suficientes y, por lo tanto, una falta total de mercado e infraestructura para manejar los residuos de los módulos fotovoltaicos.
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*La mayoría de los módulos FV instalados en todo el mundo son de silicio cristalino (módulos c-Si) que, en promedio, están compuestos por aproximadamente un 90% de materiales no peligrosos en masa <ref name = "irena" /> - vidrio, aluminio y polímero - que se reciclan o eliminan con relativa facilidad. Aproximadamente el 85% de un módulo se puede reciclar <ref name = "irena" />. El problema es el otro 10% de un módulo fotovoltaico que incluye las células fotovoltaicas que pueden contener plata, estaño, plomo y otros elementos <ref name = "irena" />. El reciclaje adecuado de estas partes del módulo requiere un manejo y procesos especializados.
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*Los módulos de película delgada representan una porción más pequeña de los módulos fotovoltaicos utilizados en instalaciones a nivel mundial y consisten aproximadamente en un 98% de materiales no peligrosos como vidrio, polímero, aluminio y cobre. Desafortunadamente, el otro 2% de los módulos de película delgada contienen varios materiales peligrosos como indio, galio, selenio, telurio de cadmio y plomo <ref name = "irena" />. El reciclaje adecuado de estas partes del módulo requiere un manejo y procesos especializados.
  
== Notes/references ==
+
==Notas/referencias==
 
<references/>
 
<references/>

Latest revision as of 17:20, 11 March 2021

Other languages:
English • ‎español
Componentes de un módulo FV:
(1) Marco de aluminio (2) Vidrio ( 3) Encapsulante (mantiene las celdas juntas) (4) Celdas (5) Encapsulante (mantiene las celdas juntas) (6) Lámina trasera de plástico (7) Marco del módulo (8) Caja de conexiones con cables y conectores
Un circuito conectado a una celda FV. Los electrones son energizados por el sol (a través de fotones). Hay una barrera unidireccional en la celda (representada en rojo) que solo permite que los electrones se muevan en una dirección. Cuando comienzan a concentrarse en el lado 1 de la celda, son forzados a pasar por el circuito.


Los módulos solares fotovoltaicos (FV) utilizan el efecto fotovoltaico para generar corriente eléctrica al exponerse a la luz. Cuando la luz llega a una celda fotovoltaica, se genera una corriente que excita los electrones que luego pasan a través de una barrera o unión unidireccional, lo que los obliga a fluir a través de un circuito para regresar a su punto de origen. El movimiento de estos electrones se puede utilizar para realizar trabajos o alimentar cargas electricas como aparatos y luces. Hay muchas tecnologías diferentes disponibles y formas de diseñar un sistema que pueda satisfacer necesidades que van desde iluminación simple hasta electrodomésticos, bombeo de agua o suministro de energía a las ciudades.

Los módulos fotovoltaicos se componen de celdas individuales conectadas juntas en serie y cada una produce alrededor de ,5 V cuando se expone a suficiente luz. Los módulos FV vienen en varias configuraciones - las mas comúnes son:

  • Un módulo de 36 celdas de ,5 V cada uno. Tiene una voltaje de potencia maxima (Vmp) de 18 V.
  • Un módulo de 60 celdas de ,5 V cada uno. Tiene una voltaje de potencia maxima (Vmp) de 30 V.
  • Un módulo de 72 celdas de ,5 V cada uno. Tiene una voltaje de potencia maxima (Vmp) de 36 V.

La fuente FV para un sistema autónomo (el módulo FV o los módulos FV en la matriz) deben dimensionarse y seleccionarse junto con el controlador de carga; consulte La fuente FV y la selección y dimensionamiento del controlador de carga para obtener más información.

Tipos

Izquierda - Parte posterior de un módulo FV con especificaciones, caja de conexiones y cableado.
Centro - Módulo policristalino de 60 celdas con un ejemplo de sus celdas debajo.
Derecha - Módulo monocristalino de 60 celdas con un ejemplo de sus celdas debajo.

Hay muchas químicas diferentes que se utilizan en las células FV, pero hay dos categorías principales de módulos que se encuentran en el mercado. Cada tipo de módulo FV sigue teniendo diferentes características que pueden resultar atractivas según las circunstancias, como un precio más bajo o una mayor eficiencia. Los módulos FV se clasifican en términos de eficiencia en la conversión total de luz en electricidad utilizable, una medida que ha ido aumentando lentamente para todos los tipos de módulos a lo largo de los años. En términos más simples, un módulo que tiene una eficiencia del 20% es capaz de convertir el 20% de toda la luz que lo recibe en electricidad. Aumentar la eficiencia en un 3% (del 17% al 20%) puede no parecer mucho, pero dará como resultado un aumento del 17,6% en la producción del módulo fotovoltaico (3% ÷ 17% × 100 = 17,6%).

Módulos de silicio cristalino

El tipo de módulo más común en el mercado. Estos módulos pueden venir en construcción poli o monocristalina. Los nombres se derivan de la forma en que se fabrican con células monocristalinas que se cortan de un solo cristal y las células policristalinas están compuestas de silicio de varios cristales. Ambos tipos están compuestos por unos pocos materiales simples (promedio en peso): 76% de vidrio (superficie del panel), 10% de polímero (encapsulante y lámina posterior), 8% de aluminio (principalmente el marco), 5% de silicio (celdas fotovoltaicas), 1% de cobre (interconectores) y menos de 0,1% de plata (líneas de contacto) y otros metales (principalmente estaño y plomo).[1]

  • Los módulos monocristalinos son más caros, pero alcanzan eficiencias más altas alrededor del 17-20%.
  • Los módulos policristalinos son menos costosos y menos eficientes con eficiencias alrededor del 16-17%.

Variantes de módulos de silicio cristalino

  • Los módulos PERC (emisor pasivado y contacto trasero o celda trasera) tienen una capa adicional que aumenta la eficiencia en alrededor del 21%. El proceso de fabricación es más complicado por lo que son más caros que los módulos básicos.
  • Los módulos bi-faciales tienen un diseño diferente y carecen de la lámina posterior de polímero blanco (plástico) que la mayoría de los módulos fotovoltaicos tienen para permitirles absorber más luz solar desde la parte trasera. Para instalaciones como montajes sobre el suelo and montajes en postes, donde la parte posterior del módulo fotovoltaico está expuesta a luz que puede reflejarse en el suelo u otras superficies, esto puede aumentar la producción entre un 5% y un 30%. El proceso de fabricación es más complicado por lo que son más caros que los módulos básicos.

Módulos de película delgada

Los módulos de película delgada se construyen colocando material FV en una o más capas sobre un material de soporte como vidrio, plástico o metal. Los módulos de película delgada vienen en varios tipos, siendo el telururo de cadmio (CdTe) el más común. Los módulos de CdTe contienen mucho menos aluminio y más vidrio que los módulos de silicio cristalino (promedio en peso): 97% de vidrio (superficie del panel), ~ 3% de polímero (cajas de conexiones y sellador) y cantidades insignificantes de semiconductores y metales.[1] Los módulos de película delgada son mucho menos eficientes que los módulos de silicio cristalino con una eficiencia de alrededor del 9%, pero significativamente más baratos.

Condiciones de prueba estándar

Una etiqueta de especificaciones típica que se encuentra en la parte posterior de un módulo fotovoltaico.

Los módulos FV se clasifican en términos de vatios (W) en condiciones de prueba de laboratorio determinadas por la industria denominadas condiciones de prueba estándar (STC). Las tres condiciones son: la fuerza de la luz solar llamada irradiancia, temperatura de las celdas del módulo y la masa de aire. La masa de aire se fija para una ubicación determinada, por lo que juega un papel menos importante que los otros dos. Los módulos fotovoltaicos solo producirán su potencia nominal en su punto de máxima potencia, que es Vmp multiplicado por Imp, en condiciones de prueba estándar de laboratorio. Estas condiciones no se alcanzan con frecuencia en la mayoría de los lugares, ya que las temperaturas de las células aumentan rápidamente cuando se exponen a la luz solar y la irradiación de 1000 W/m² solo se produce cuando el cielo está despejado cerca del mediodía. Por lo tanto, la curva que se muestra en los gráficos anteriores cambiará según las condiciones.

Un módulo FV se prueba y se clasifica según los siguientes valores que se pueden encontrar impresos en el módulo o en su hoja de especificaciones:

  • Tensión de circuito abierto (Voc) - El voltaje que el módulo producirá bajo STC cuando esté en un circuito abierto (desconectado, sin flujo de corriente).
  • Corriente de cortocircuito (Isc) - La corriente que un módulo producirá bajo STC cuando está cortocircuito (toda la corriente disponible fluyendo casi sin resistencia, por ejemplo cuando se conecta la salida positiva directamente la salida negativa de un módulo FV).
  • Tensión de potencia máximo (Vmp): El voltaje que producirá el módulo cuando se conecte a un circuito bajo STC.
  • Corriente de potencia máxima (Imp): La corriente que producirá el módulo cuando se conecte a un circuito bajo STC.
  • Coeficiente de temperatura de potencia máxima (Tkpmp): Un coeficiente que se puede usar para ajustar la potencia del módulo a los aumentos y disminuciones de temperatura en %/°C o V/°C.
  • Coeficiente de temperatura de tensión de circuito abierto (Tkvoc): Un coeficiente que se puede usar para ajustar el voltaje del módulo a los aumentos y disminuciones de temperatura en %/°C o V/°C.

Irradiancia

Curva I-V de un módulo FV a medida que disminuye la irradiancia. Cada caída del 25% en la irradiancia representa aproximadamente una caída del 25% en la corriente y la producción.

La irradiancia es una medida de la intensidad de la luz solar (potencia) que varía constantemente a lo largo del día de forma natural a medida que el sol se mueve por el cielo, pero también debido al clima. La irradiancia medida a lo largo del tiempo se conoce como insolación solar y es de vital importancia para diseñar sistemas FV y para evaluar el rendimiento de un sistema FV a lo largo del tiempo. En un día despejado, la irradiación alcanzará su punto máximo alrededor del mediodía. 1000 W/m² es un valor de irradiancia para un día despejado alrededor del mediodía, lo que significa que no es probable que sea una condición de funcionamiento normal en la mayoría de los lugares. La irradiancia solo se puede medir con equipos especializados y sensibles, pero se puede estimar ya que la irradiancia tiene una relación directa con la corriente y la potencia que emite el módulo. Los módulos FV reciben sus valores nominales de potencia probándolos a 1000 W/m² de irradiancia bajo condiciones de prueba estándares. La irradiancia por debajo de 1000 W/m² reduce la corriente de la celda y la irradiancia por encima de 1000 W / m² aumenta la corriente de la celda. La irradiancia puede aumentar más allá de 1000 W / m² bajo ciertas condiciones geográficas y meteorológicas. La fórmula para calcular la producción basada en la irradiancia es:

Factor para ajustar rendimiento por irradiancia = W/m² actual ÷ 1000 W/m²

Ejemplo 1: Un módulo FV tiene una potencia nominal de 200 W. La irradiancia se mide a 750 W/m² y la temperatura del módulo FV se mide a 25°C. ¿Qué debería ser el rendimiento del módulo?

Factor de pérdida por irradiancia = 750 W / m² ÷ 1000 W / m² = ,75
Potencia ajustada por irradiancia baja = 200 W × ,75
Potencia ajustada por irradiancia baja = 150 W

Temperatura celular

Un diagrama de la curva I-V de un módulo fotovoltaico a medida que fluctúa la temperatura.

La temperatura celular no es más complicada de lo que parece: es simplemente la temperatura de las celdas del módulo. La temperatura de la celda se puede medir fácilmente y tiene una relación directa con el voltaje. Las temperaturas de la celda por encima de 25°C disminuyen el voltaje de la celda y las temperaturas de la celda por encima de 25°C aumentan el voltaje de la celda. Si las temperaturas de la celda son inferiores a 25°C, es posible que a exceda el voltaje de circuito abierto (Voc) nominal del módulo. Las pérdidas debidas al aumento de la temperatura de la celda reducen en gran medida la producción de celdas FV en todas las instalaciones en algún momento. La fórmula para calcular las pérdidas debidas temperaturas altas de la celda es:

Factor de perdida de temperatura celular = temperatura celular actual - 25°C × coeficiente de temperatura de potencia máxima (Tkpmp)
  • TkPmp es un valor de la hoja de especificaciones del módulo y normalmente tiene la forma de %/°C.

Ejemplo 1: Un módulo FV tiene una potencia nominal de 200W. La temperatura de la celda se mide a 35°C. Las especificaciones del módulo indican que tiene un coeficiente de temperatura de potencia máxima (Tkpmp) de -,48%/°C. ¿Qué debería ser el rendimiento del módulo?

Factor de pérdida de temperatura celular = 35°C - 25°C × -,48%/°C
Factor de pérdida de temperatura celular = -4,8%. La producción será del 95,2% de la energía STC.
Potencia ajustada para altas temperaturas = 200 W × .952
Potencia ajustada para altas temperaturas = 190,4 W

Masa de aire

La masa de aire es una medida de la cantidad de atmósfera que debe atravesar la luz del sol antes de llegar al módulo FV. Varía globalmente, pero no es relevante aquí, ya que no es un factor que varíe significativamente para una ubicación determinada de un año a otro.

Vida estimada

Un módulo FV de silicio bien hecho seguirá funcionando durante 25 años, aunque todos los módulos se degradan con el paso del tiempo. Los módulos de alta calidad se degradan a una tasa promedio de ,5% a 1% por año, mientras que los módulos mal hechos se degradan aún más rápido. Ésta es la principal diferencia entre los diferentes costos y calidades de los módulos.

Mantenimiento

Los módulos FV están construidos con materiales duraderos y no tienen partes móviles. El único mantenimiento que probablemente necesite un módulo FV es una limpieza de vez en cuando si el módulo se encuentra en un área que carece de lluvias regulares.

Reciclabilidad

Las clasificaciones de desechos de los módulos FV varían significativamente según el lugar, pero independientemente del país, deben tratarse como desechos especializados y no deben desecharse con la basura normal. El proceso de reciclaje de un módulo FV consiste en descomponerlo en sus componentes principales y luego enviarlos a través de las cadenas de reciclaje adecuadas. Desafortunadamente, en muchas áreas donde se utiliza la energía FV para facilitar el acceso a la energía, no hay regulaciones suficientes y, por lo tanto, una falta total de mercado e infraestructura para manejar los residuos de los módulos fotovoltaicos.

  • La mayoría de los módulos FV instalados en todo el mundo son de silicio cristalino (módulos c-Si) que, en promedio, están compuestos por aproximadamente un 90% de materiales no peligrosos en masa [1] - vidrio, aluminio y polímero - que se reciclan o eliminan con relativa facilidad. Aproximadamente el 85% de un módulo se puede reciclar [1]. El problema es el otro 10% de un módulo fotovoltaico que incluye las células fotovoltaicas que pueden contener plata, estaño, plomo y otros elementos [1]. El reciclaje adecuado de estas partes del módulo requiere un manejo y procesos especializados.
  • Los módulos de película delgada representan una porción más pequeña de los módulos fotovoltaicos utilizados en instalaciones a nivel mundial y consisten aproximadamente en un 98% de materiales no peligrosos como vidrio, polímero, aluminio y cobre. Desafortunadamente, el otro 2% de los módulos de película delgada contienen varios materiales peligrosos como indio, galio, selenio, telurio de cadmio y plomo [1]. El reciclaje adecuado de estas partes del módulo requiere un manejo y procesos especializados.

Notas/referencias