PV module/es

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 fotovoltaica. Los electrones son forzados a salir de la capa superior de la celda a través de una barrera o unión unidireccional (representada en rojo) y tienen que regresar a través del 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 - 60-módulo monocristalino 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.

1. 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).

   • 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%.

2. Módulos de película delgada: Los módulos de película delgada se construyen colocando material fotovoltaico 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. 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 fotovoltaicos 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 celular y masa de aire. Airmass 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:

• Voltaje 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).
• Voltaje 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 voltaje 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.

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?

Temperature loss factor = 35°C - 25°C × -.48 %/°C

Temperature loss factor = -4.8%. Production will be 95.2% of STC power.

Power adjusted for high temperatures = 200 W × .952

Power adjusted for high temperatures = 190.4 W

Air mass

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.

Projected life

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.

Maintenance

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.

Recyclability

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%. 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.