¿Qué es un módulo fotovoltaico solar?
Una sola célula solar no puede proporcionar la salida útil requerida. Por lo tanto, para aumentar el nivel de potencia de salida de un sistema fotovoltaico (PV), es necesario conectar un número de células solares PV. Un módulo solar normalmente conecta en serie un número suficiente de células solares para proporcionar la tensión y potencia estándar requeridas. Un módulo solar puede estar clasificado desde 3 vatios hasta 300 vatios. Los módulos solares o módulos PV son los bloques de construcción básicos comercialmente disponibles de un sistema de generación de electricidad solar.
De hecho, una sola célula solar PV genera una cantidad muy pequeña que oscila entre 0.1 vatio y 2 vatios. Pero no es práctico usar tal unidad de baja potencia como bloque de construcción de un sistema. Por lo tanto, se combinan el número necesario de estas células para formar una unidad solar comercialmente práctica, conocida como módulo solar o módulo PV.
En un módulo solar, las células solares se conectan de la misma manera que las unidades de celdas de batería en un sistema de banco de baterías. Esto significa que los terminales positivos de una célula se conectan a los terminales negativos de la siguiente. La tensión del módulo solar es simplemente la suma de las tensiones de las células individuales conectadas en serie en el módulo.
La tensión de salida normal de una célula solar es aproximadamente 0.5 V, por lo que si 6 células se conectan en serie, la tensión de salida sería 0.5 × 6 = 3 Voltios.
Clasificación de Módulo Solar
La salida de un módulo solar depende de algunas condiciones, como la temperatura ambiente e intensidad de la luz incidente. Por lo tanto, la clasificación de un módulo solar debe especificarse bajo tales condiciones. Es una práctica estandarizada expresar la clasificación de un módulo PV o solar a 25oC de temperatura y 1000 w/m2 de radiación luminosa. Los módulos solares se clasifican con su tensión de circuito abierto (Voc), corriente de cortocircuito (Isc) y potencia máxima (Wp).
Esto significa que estos tres parámetros (Voc, Isc y Wp) pueden ser entregados por un módulo solar de forma segura a 25oC y 1000 w/m2 de radiación solar.
Estas condiciones, es decir, 25oC de temperatura y 1000 w/m2 de radiación solar, se denominan colectivamente Condiciones de Prueba Estándar.
Las Condiciones de Prueba Estándar pueden no estar disponibles en el sitio donde se instalen los módulos solares. Esto se debe a que la radiación solar y la temperatura varían según la ubicación y el tiempo.
Característica V-I de Módulo Solar
Si dibujamos un gráfico tomando el eje X como eje de tensión y el eje Y como corrientes de un módulo solar, entonces el gráfico representará la característica V-I de un módulo solar.
Corriente de Cortocircuito de Módulo PV
Bajo las Condiciones de Prueba Estándar, cuando los terminales positivo y negativo de un módulo solar se cortocircuitan, la corriente entregada por el módulo es la corriente de cortocircuito. Un valor mayor de esta corriente indica mejor calidad del módulo.
Aunque bajo las condiciones de prueba estándar, esta corriente también depende del área del módulo expuesta a la luz. Dado que depende del área, es mejor expresarlo como corriente de cortocircuito por unidad de área.
Esto se denota como Jsc.
Por lo tanto,
Donde, A es el área del módulo expuesta a la radiación luminosa estándar (1000w/m2). La corriente de cortocircuito de un módulo PV también depende de la tecnología de fabricación de las células solares.
Tensión de Circuito Abierto (Voc)
La tensión de salida de un módulo solar bajo las condiciones de prueba estándar, cuando los terminales del módulo no están conectados a ninguna carga. Esta clasificación del módulo solar depende principalmente de la tecnología utilizada para fabricar las células solares del módulo. Una Voc mayor indica mejor calidad del módulo solar. Esta tensión de circuito abierto de un módulo solar también depende de la temperatura de operación.
Punto de Máxima Potencia
Esta es la cantidad máxima de potencia que puede entregar el módulo bajo las Condiciones de Prueba Estándar. Para una dimensión fija del módulo, cuanto mayor sea la potencia máxima, mejor será el módulo. La potencia máxima también se llama potencia pico y se denota como Wm o Wp.
Un módulo solar puede operarse en cualquier combinación de tensión y corriente hasta Voc e Isc.
Pero para una combinación particular de corriente y tensión bajo condiciones estándar, la potencia de salida es máxima. Si avanzamos a través del eje Y de la característica V-I de un módulo solar, encontraremos que la potencia de salida aumenta casi linealmente con la corriente, pero después de cierta corriente, la potencia de salida disminuirá ya que se acerca a la corriente de cortocircuito, ya que en la condición de cortocircuito, la tensión se considera idealmente cero a través de los terminales del módulo solar. Por lo tanto, está claro que la potencia de salida máxima de un módulo solar no ocurre a la corriente máxima, es decir, la corriente de cortocircuito, sino que ocurre a cierta corriente que es menor que la corriente de cortocircuito (Isc). Esta corriente a la que ocurre la potencia de salida máxima se denota como Im.
De manera similar, la potencia máxima de una célula solar no ocurre a la tensión de circuito abierto, ya que es la condición de circuito abierto y la corriente a través de la célula se considera idealmente cero en esta condición. Pero, al igual que en el caso anterior, la potencia máxima en un módulo solar ocurre a una tensión menor que la tensión de circuito abierto (Voc). La tensión a la que ocurre la potencia de salida máxima se denota como Vm. La potencia máxima de un módulo solar se da como
La corriente y tensión a las que ocurre la potencia máxima se refieren como corriente y tensión en el punto de máxima potencia, respectivamente.
Factor de Relleno de un Módulo Solar
El factor de relleno de un módulo solar se define como la relación entre la potencia máxima (Pm = Vm x Im) y el producto de la tensión de circuito abierto (Voc) y la corriente de cortocircuito (Isc).
Cuanto mayor sea el Factor de Relleno (FF), mejor será el módulo solar.
