Solar 101 + Conceptos básicos de electricidad: exploración de las clasificaciones del sistema solar + factores clave para el rendimiento

Entonces, usted está pensando en utilizar energía solar: le dicen que necesita un sistema de 10 kW, pero su vecino que vive en la misma casa que usted necesita un sistema de 12 kW. Entonces tu amigo de la ciudad de al lado tiene la misma factura de electricidad que tú, pero necesita un sistema más pequeño. ¡Confuso! ¿Por qué?

O tal vez ya tengas energía solar. Usted compró un sistema de 7,6 kW, pero estamos en pleno verano, es un día claro y soleado y su sistema muestra una producción actual de 5,6 kW. Que significa todo esto?

Primero, exploremos algunas definiciones básicas en lo que respecta a la energía solar y la electricidad 101 para ayudarlo a comprender cómo se diseñó su sistema para funcionar y producir la cantidad adecuada de energía que necesita. El concepto más común que se confunde es kW vs kWh, o puedes pensar en ellos como energía vs potencia, así que comenzaremos aquí.

Sección 1: Elementos básicos de electricidad

Energía y potencia

La potencia es una medida de la producción eléctrica, pero específicamente, la potencia es una medida de la producción en un instante en el tiempo. Aunque parece confundirse mucho como una cantidad de producción de energía, la potencia en realidad es solo una tasa de producción de energía. La mayoría de la gente en la industria solar se refiere a la potencia como vatios o kilovatios, por ejemplo, un sistema solar de 5 MW. La potencia se mide en kW (o mW).

La energía es la cantidad de energía producida durante un período de tiempo. Es muy importante recordar esto cuando se investigan productos solares. Quiere saber cuánta energía producirá realmente un producto solar, no sólo la energía que puede producir en un momento dado. La energía se mide en kilovatios-hora (kWh).

Aquí está nuestra siguiente ecuación:

Potencia x Tiempo = Energía

Bien, es hora de una analogía. Imagina que estás conduciendo un coche. La potencia es la velocidad a la que vas en el momento en que miras el velocímetro. La energía es la distancia total que has recorrido. ¿Ver? Después de todo, es realmente sencillo.

Además de energía y potencia, también queremos asegurarnos de cubrir aquí algunos otros conceptos básicos útiles sobre electricidad. Puede que este sea solo un curso de actualización para algunos de ustedes, pero independientemente de cuánto sepan, deberían sentirse más cómodos con varios términos clave de energía eléctrica y solar después de esta publicación. Esto debería permitirle comprender mejor la energía solar y sentirse más seguro para tomar decisiones futuras.

Electricidad 101

Bien, entonces la electricidad tiene tres términos clave: amperios (o amperios), voltios y vatios. La corriente (amperios) es una medida del flujo de electrones. Los voltios son una medida del potencial eléctrico. Los vatios miden la cantidad de potencia suministrada por una determinada cantidad de corriente a un determinado voltaje. En caso de que haya una prueba sorpresa aleatoria en la oficina, las matemáticas se ven así: Amperios (corriente) * Voltios (potencial) = Watts (potencia de salida)

Técnicamente hablando, la electricidad es una corriente (flujo) de partículas cargadas llamadas electrones, pero pensemos en ella como agua que se mueve a través de una manguera. La corriente eléctrica, o amperaje, es como el tamaño (diámetro) de la manguera. El voltaje es como la cantidad de presión detrás de él. Cuanto mayores sean el tamaño y la presión, mayor será el caudal de agua que fluye de la manguera. Entonces, cuantos más amperios y voltios haya en un cable, más vatios saldrán de él.

Irradiancia e insolación: midiendo el sol

Honestamente, ya casi hemos terminado con las definiciones, pero créanos; Comprender estas definiciones hará que sea mucho más fácil hablar sobre energía solar después de nuestra revisión. Los siguientes son la irradiancia y la insolación. La irradiancia es la cantidad de luz solar disponible en un momento dado.

La insolación es una medida de la irradiancia durante un período de tiempo. Aquí tienes otra ecuación que debes recordar para tu próxima aparición en un programa de juegos de trivia:

Irradiancia x Tiempo = Insolación

La irradiancia es el factor más importante en la producción de energía solar. Cuanto mayor es la irradiancia, más luz solar llega a las células solares. Eso significa que más de esos pequeños electrones salen del material semiconductor para fluir a través del circuito. Cuantos más electrones fluyen, más energía eléctrica se produce. Ahí lo tienes: mucho sol significa mucha electricidad.

Eficiencia solar: convertir el sol en electricidad

Por fin hemos llegado a nuestro último período del día. La eficiencia solar se refiere a la cantidad de luz solar que se puede convertir en electricidad utilizable. La eficiencia de la energía solar fotovoltaica a menudo se analiza como eficiencia de las células solares o eficiencia de los paneles solares. ¿Por qué es importante esta distinción? Muchas veces, la gente puede citar cifras asombrosas de eficiencia celular. Suena genial, pero lo que realmente quieres saber es la eficiencia del panel solar. El número de eficiencia de la célula solar es sólo para la cantidad de luz que una sola célula solar puede convertir en electricidad. Pero los paneles solares se componen de varias células y el espacio entre ellas, entre otras cosas, reduce la eficiencia general. Eso significa que la eficiencia de un panel solar suele ser menor que la de una célula solar.

Por lo tanto, la eficiencia del panel será un mejor predictor de la electricidad real que el sistema puede generar. Realmente no importa si la célula solar de una empresa tiene una eficiencia de 43% si la eficiencia de su panel es de 6%. (Estamos exagerando aquí, pero entiendes el punto. Las eficiencias máximas de los paneles solares hoy en día son de alrededor de 22%, por cierto). Por lo tanto, querrás prestar atención al número de eficiencia del panel solar cuando compares precios.

Es posible que esté escuchando muchas promesas sobre la producción o los ahorros que obtendrá con las diferentes tecnologías solares. Para ayudarle a tener una idea clara, profundizaremos un poco más en los factores que influyen en la producción de energía solar. Comprender estos factores le ayudará a hacer predicciones precisas para ahorrar costes y tomar decisiones inteligentes a la hora de elegir un producto. Teniendo esto en cuenta, a continuación presentamos varios factores y cómo influyen en la producción de energía solar.

Sección 2: Factores clave para el rendimiento solar Factores para el rendimiento solar

Es un hecho que el clima cambia todos los días y la posición de la Tierra respecto del Sol cambia a lo largo del año. Eso significa que un panel solar en una ubicación fija puede producir 50 W al mediodía en diciembre y 100 W al mediodía en junio. De manera similar, un mismo panel puede producir 120 kWh al año en una ubicación geográfica y sólo 95 kWh en otra. En ambas situaciones, la diferencia de producción se debe en gran medida a las diferentes cantidades de luz solar. Pero otros factores externos como la temperatura, la sombra, el clima y la suciedad también afectan la energía total que puede producir un sistema.

Eficiencia solar: el factor central del rendimiento del sistema

Antes de entrar en cuestiones externas, tomemos un momento para reforzar la importancia de la eficiencia de los paneles solares. Esto es bastante sencillo: cuanto más eficiente sea un panel solar, más electricidad podrá generar a partir de la luz solar. Un panel solar con eficiencia 18% convierte más luz en electricidad que un panel solar con eficiencia 12%. No hay nada complicado en este hecho solar. En consecuencia, los paneles solares de alta eficiencia suelen ofrecer la mejor economía porque:

• Genera más electricidad con menos paneles
• Requieren menos espacio que los paneles solares de menor eficiencia
• Ofrecer más ahorros a largo plazo

Cuando busque paneles solares, puede esperar que le coticen eficiencias solares que oscilan entre 6% y 20%. Así que asegúrese de comparar las tasas de eficiencia de los paneles solares y no las tasas de eficiencia de las células solares. Por cierto, es posible que desee preguntar sobre la pérdida de eficiencia debido al robo inicial. Los paneles solares de alta calidad mantendrán su eficiencia nominal, pero los paneles solares de menor calidad pueden perder hasta 3% de eficiencia durante su exposición inicial a la luz solar. Eso es casi tan malo como todo el valor que se pierde al sacar un auto nuevo del concesionario. Pero en este caso, esta pérdida es totalmente evitable.

5 factores externos críticos que influyen en el rendimiento del sistema

1. irradiancia

Hemos hablado antes de irradiancia, pero vale la pena repetirlo, ya que no es exactamente una palabra cotidiana. Simplemente no escuchas a la gente decir: “Hola. ¿Cómo estás? Hombre, esa irradiación exterior es mortal hoy”. No. No es un habla normal para la mayoría de nosotros. Básicamente, la irradiancia es una medida de la cantidad de luz solar que incide sobre una superficie determinada. Cuanto mayor sea la irradiancia de una célula solar, más energía producirá. Más luz solar = más electricidad. Si tan solo la luz del sol fuera constante. El hecho es que la irradiancia varía a lo largo del día. El ángulo del sol, las nubes pasajeras, el clima brumoso y la contaminación del aire pueden afectar los niveles de irradiancia. Sin embargo, la energía total que recibe el sistema del sol permanece relativamente constante de año en año. Normalmente, la energía del sol sólo varía entre 5-10% del promedio en un año determinado. En consecuencia, se pueden hacer proyecciones de producción de energía solar de calidad basadas en años anteriores (normalmente los datos provienen de bases de datos meteorológicas nacionales, pero hablaremos más sobre eso más adelante).

2. Temperatura

Aquí hay un hecho interesante sobre la energía solar: cuanto más se calientan las células solares, menos eficientes son. Esto puede resultar sorprendente, pero piense en caminar por el aire o caminar por el agua en una piscina. Te mueves bastante rápido con solo aire a tu alrededor. No eres tan rápido caminando sobre el agua debido a la resistencia. Lo mismo ocurre con esos pequeños electrones. Cuanto más caliente esté el material celular, mayor será la resistencia y más lentos podrán moverse los electrones a través de él. Esto significa que la producción disminuye porque no pueden pasar tantos electrones a través del circuito en el mismo tiempo que antes. Ésta es otra situación en la que la calidad importa. Los paneles de alta calidad están diseñados para mantener los niveles de rendimiento en condiciones de calor extremo. Los paneles de menor calidad pierden eficiencia y producen menos energía. Qué fastidio. No podemos imaginarnos haciendo una gran inversión sólo para ver su bajo rendimiento en una tarde de julio cuando debería estar generando mucha electricidad gratuita.

3. Sombreado

Esto es una obviedad: los paneles solares con sombra producen menos electricidad. Una cosa a considerar es que el sombreado varía según la estación. A medida que el ángulo del sol cambia a lo largo del año, los árboles y otras barreras pueden convertirse en problemas de sombra en diferentes estaciones. Todo depende del tamaño, la altura y la proximidad de las barreras circundantes. Los sistemas solares correctamente diseñados minimizan o eliminan la sombra. En algunas circunstancias, no es posible evitar todas las sombras, por lo que un diseño adecuado las minimizará durante los períodos pico de producción del mediodía.

Querrá prestar atención a los efectos de agregar futuras estructuras en los tejados (como colocar un enorme Papá Noel en un trineo con ocho renos en época navideña). También querrás minimizar los efectos de la sombra del crecimiento de los árboles cercanos.

4. Ensuciamiento

Esta es otra obviedad. Los paneles solares sucios producen menos electricidad. El término "ensuciar" suena más elegante de lo que es. Todo lo que se refiere es al polvo, la suciedad y otros desechos que se depositan en la superficie de los paneles solares. Esto impide que la luz solar llegue a las células solares y reduce el rendimiento del sistema solar. En zonas con lluvias frecuentes la suciedad no suele ser significativa. Las áreas que experimentan largos períodos de clima seco, como California y el desierto del suroeste, experimentan más suciedad durante el verano. El ensuciamiento rápido también puede ocurrir en sistemas ubicados cerca de sitios de construcción y otros lugares que producen polvo. Se puede realizar una limpieza del sistema para mantener el buen aspecto, pero no debería ser necesario para mantener los ahorros de costos de energía esperados de un sistema diseñado adecuadamente.

5. nieve

La nieve bloquea la producción de energía solar hasta que es removida o derretida. (En serio, solo estamos siendo minuciosos. Sabemos que usted lo sabe). Debido a que la nieve limita la producción de energía, los efectos de la nieve deben incorporarse en cualquier estimación de energía. En general, los supuestos para la degradación del rendimiento pueden variar desde un mínimo de 8% de degradación del rendimiento (para los meses de principios de primavera y finales de otoño) hasta un máximo de 30% (para los meses de mediados de invierno) para sistemas en regiones que experimentan nevadas importantes.

Como puedes ver, hay muchos factores que influyen en la producción solar. Eso puede dificultar saber si sus paneles están a la altura de sus clasificaciones solares. Sin embargo, algunas fórmulas útiles pueden facilitar la comparación de la producción de energía del mundo real y la producción nominal. Comencemos con dos puntos de referencia esenciales para sus comparaciones: producción de energía y producción máxima de energía.

Sección 3: Expectativas del mundo real para su sistema solar

Comprensión de los términos de rendimiento del sistema

Producción de energía

Estos términos deberían resultarle más familiares en este momento si aún no los conocía. En nuestra primera sección, hablamos de energía y potencia. Expresada en kilovatios-hora (kWh), la producción de energía es el primer y más importante punto de referencia del rendimiento del sistema. La producción de energía prevista de un sistema se basa en patrones climáticos históricos locales. Debido a que la energía se mide durante un período de tiempo, la producción de energía no requiere muchos ajustes para una comparación precisa entre la producción prevista y la producción real. Las diferencias entre ambos suelen deberse a variaciones en la luz solar, es decir, había más o menos luz solar de lo que se suponía en el pronóstico. Siempre que sea posible, le recomendamos encarecidamente que utilice la producción de energía como principal punto de referencia de comparación porque en realidad es lo que ha producido su sistema.

Producción máxima de energía

La producción de energía en un momento específico (producción de energía instantánea) es el segundo punto de referencia de desempeño. Comúnmente se habla de kilovatios (kW) y aquí es donde comienza la diversión. Esta medida no es tan fiable como el punto de referencia energético. Sin embargo, se puede evaluar rápidamente normalizando los datos de rendimiento. Si normalización es un término nuevo para usted, considérelo como una forma de nivelar el campo de juego. Básicamente, la normalización es una forma de ajustar los valores medidos en condiciones reales para compararlos directamente con los valores nominales de potencia en condiciones de prueba estándar (STC) u otras clasificaciones. Por ejemplo, se puede estimar con muy buena precisión el rendimiento de un sistema solar en relación con su clasificación de CA en condiciones específicas de irradiancia y temperatura. En ambas situaciones, la diferencia de producción se debe en gran medida a las diferentes cantidades de luz solar. Pero otros factores externos como la temperatura, la sombra, el clima y la suciedad también afectan la energía total que puede producir un sistema. ©201

Normalización de datos de rendimiento

Normalizar la irradiancia. Ejemplo: un sistema produce 80 kWac a 900 W/m², pero las condiciones nominales de CA requieren 1000 W/m². La potencia normalizada a irradiancia es: 80 kWac * (1000/900) = 88,9 kWac.

Breve y dulce para eso, ¿verdad?

2. Normaliza la temperatura.

Está bien, lo admitimos. Este es un poco más complejo, pero es el último de los cálculos por ahora. Para los paneles solares cristalinos, el factor de temperatura varía de -0,35%/°C a -0,55%/°C. Un valor típico es -0,45%/°C.

Ejemplo: La temperatura ambiente medida en el sitio del sistema mencionado anteriormente es de 35 °C. Las condiciones nominales (PTC) requieren 20 °C. La potencia normalizada a temperatura (e irradiancia) es: 88,9kW * (100% + (20 °C – 35 °C)*(-0,45%/ °C)) = 94,9 kWac.

Se puede dar un paso adicional para la velocidad del viento y la masa de aire, pero ya se entiende la idea. Existen diferentes ecuaciones que le permitirán determinar si un sistema solar está funcionando a la altura de su rendimiento nominal o no.

Establecimiento de expectativas de rendimiento para el rendimiento del sistema solar

Energía

Como hemos comentado antes, un sistema solar producirá diferentes cantidades de energía cada año dependiendo de la luz solar disponible. Algunos años, un sistema solar producirá más de lo previsto y otros producirá menos. La producción de energía de un año a otro puede variar hasta en 20%. Pero no te preocupes. En general, seguirá siendo bastante consistente. Cuando trabaja con un proveedor de energía solar de calidad, puede esperar que la producción de energía anual promedio esté dentro del uno o dos por ciento del rendimiento simulado.

Fuerza

Dado que la mayor parte de la industria habla de vatios y kilovatios, dedicamos bastante tiempo a explicar la potencia. Estos términos son importantes, pero probablemente te estés dando cuenta de que la producción de energía (kilovatios-hora) es mucho más fácil de entender. La energía puede variar ampliamente porque la producción de energía del sistema solar depende en gran medida de las condiciones locales, la hora del día, la estación del año, la ubicación geográfica, etc.

Por ejemplo, muchas personas esperan que si la capacidad de su sistema solar es de 100 kWac, el sistema producirá 100 kW en cualquier día soleado. Pero no será así. No se espera que un sistema de 100 kWac produzca 100 kW en promedio durante ningún mes del año en ninguna ubicación geográfica. Es perfectamente normal que un sistema de 100 kWac produzca un promedio de 70 kW al mediodía de junio. Como mencionamos en la sección de calificaciones solares de este blog, las condiciones estandarizadas generalmente ocurren durante unos minutos de unos pocos días en cualquier año.

Y la geografía juega un papel importante debido a los diferentes recursos solares disponibles en todo el mundo. Por ejemplo, considere un sistema de 100 kW ubicado en Nueva York y California. La producción de energía en un día promedio en California es mayor que la de un día promedio en Nueva York en todos los meses del año. Es evidente que la geografía juega un papel importante en la producción solar.

Sección 4: Comprensión de las clasificaciones del sistema solar

¿Por qué son importantes las calificaciones solares?

En nuestra sección solar Conceptos básicos de electricidad, establecimos algunas bases para ayudarle a comprender los términos clave. Ahora vamos a abordar otro tema que puede resultar confuso: las clasificaciones solares. Las clasificaciones de energía solar le permiten

Realice comparaciones directas entre paneles solares de diferentes tamaños de diferentes fabricantes. Suena bien, ¿verdad? Bueno, hay más que una pequeña jerga científica y de la industria para leer. No te preocupes. Lo simplificaremos para usted y, cuando hayamos terminado, se sentirá más seguro al hacer comparaciones y predecir con precisión la producción y el ahorro de energía para diferentes productos solares.

Comprensión de las clasificaciones del sistema solar

¿Qué es una calificación solar?

Los paneles solares fotovoltaicos (PV) se clasifican (o califican) según la energía que producen en condiciones específicas. Las clasificaciones más comunes utilizadas en la industria son pico/STC, PTC, CEC-AC y AC. Tomar una respiración profunda. Son sólo siglas. Empecemos por el primero.

Clasificación pico/STC

Cada panel solar tiene una potencia nominal publicada. Esta es su potencia nominal en Condiciones de Prueba Estándar (STC). Si suma la potencia nominal de todos los paneles, obtendrá la potencia máxima de un sistema solar. La calificación STC es siempre la calificación más alta. Esto se debe a que clasifica los paneles solares en términos de la energía instantánea que producen en un conjunto de condiciones ideales. Pero, ¿cuándo existen condiciones ideales en algo en este mundo? La realidad es que los paneles solares producirán diferentes cantidades de energía a lo largo de un año. Por eso se crearon otras clasificaciones: para brindarle a la gente una imagen más precisa.

Las condiciones de prueba estándar se definen de la siguiente manera:

• Insolación solar de 1000 W/m²
• Temperatura de la célula solar de 25 °C (que supone una temperatura ambiente de aproximadamente 0 °C)
• Masa de aire absoluta de 1,5

Hagamos una pausa por un momento para analizar esto un poco. Hablamos de insolación anteriormente. Ése es sólo un término para la luz del sol. La métrica de temperatura tiene en cuenta los aumentos o disminuciones en la producción debido al calor. La última métrica tiene en cuenta los efectos de la presión atmosférica. Todo lo que esto hace es estandarizar la forma en que se evalúan los paneles. No necesitarás saber las matemáticas detrás de esto.

Dos últimas cosas sobre las calificaciones máximas:

• Estas clasificaciones se miden en términos de corriente continua (CC).
• Requieren un alto nivel de radiación solar a una temperatura muy baja para producir la cantidad nominal de energía. (Eso significa que sus valores de producción son muy raros y ocurren solo en unos pocos días templados y despejados de primavera o verano).

Clasificación PTC

He aquí un dato breve de hoy que de otro modo nunca necesitaría conocer: La clasificación de CC de condiciones de prueba (PTC) de PVUSA dejó de funcionar por el equipo de Fotovoltaica para aplicaciones a escala de servicios públicos (PVUSA) a finales de los años 1980 y principios de los 1990. Las condiciones de calificación de PTC se definen como:

• Insolación solar de 1000 W/m²
• Temperatura ambiente de 20 °C a 10 metros sobre el nivel del suelo.
• velocidad del viento de 1 m/s
• Masa de aire absoluta de 1,5

Entonces, puedes ver las similitudes con las calificaciones STC. Es un poco más realista, ¿verdad? Tiene en cuenta las influencias del viento (porque, por supuesto, los paneles solares van a experimentar cierta cantidad de viento en el exterior), y la clasificación se estandariza frente a una temperatura ligeramente más baja. Como puede ver por el nombre, también está clasificado en términos de corriente continua. Las clasificaciones PTC-DC son publicadas por la Comisión de Energía de California (CEC) si necesita buscarlas.

Clasificación CEC-AC

La clasificación del sistema CEC-AC se utiliza para determinar la elegibilidad de un sistema solar para el Programa de la Iniciativa Solar de California (CSI). Pero incluso si no estás en California, esta calificación se acerca aún más a la producción del mundo real. Por lo tanto, aún puede resultar útil a la hora de comparar compras y por eso te lo contamos. Esta clasificación utiliza la clasificación PTC-DC de los paneles solares y la multiplica por la cantidad de paneles solares y la ineficiencia introducida por el inversor de CC a CA. La eficiencia del inversor suele rondar los 95% en caso de que tenga curiosidad. Aquí está la ecuación básica:

Clasificación PTC x Número de paneles x Eficiencia del inversor = Clasificación CECAC

Como puede ver, nos acercamos cada vez más a los valores de producción reales.

Clasificación del sistema de CA

La clasificación del sistema de CA se basa en simulaciones reales del sistema solar e intenta tener en cuenta todas las posibles ineficiencias. Además de la ineficiencia del inversor, la clasificación del sistema de CA incluye ineficiencias por sombra, suciedad, pérdidas de energía del cableado y pérdidas de energía del transformador. La clasificación del sistema de CA suele ser 80% de la clasificación máxima, pero aún se basa en las condiciones de clasificación de PTC. Obviamente, dado que la clasificación del sistema de CA tiene en cuenta múltiples ineficiencias, es la clasificación más precisa. Un sistema solar debería producir energía a su capacidad nominal de CA al mediodía en un día muy claro y fresco.

La conclusión clave de la calificación

Entonces, ¿por qué no optar por la clasificación del sistema de aire acondicionado para todas sus evaluaciones? Bueno, a veces será más fácil obtener las calificaciones STC de 3 proveedores solares diferentes mientras haces tu tarea. Lo importante es que estás haciendo una comparación de manzanas con manzanas utilizando las mismas calificaciones. Esa es la gran conclusión de esta publicación. Entonces, si obtiene calificaciones STC de un proveedor de energía solar, querrá obtener calificaciones STC para todos los demás productos solares. No querrás comparar una clasificación CEC-AC con una clasificación STC para 2 paneles solares diferentes. Simplemente no tendría ningún sentido y podría llevar a una mala decisión, como elegir el panel con clasificación STC porque parece alto.

En resumen

Ahí tienes. Esa es la descripción básica de la electricidad solar 101, los factores clave de rendimiento y una mirada a las calificaciones. Esperamos que se haya aclarado cualquier confusión que pueda tener sobre su sistema o que le haya brindado ayuda mientras investiga el tipo y tamaño de sistema correcto para su hogar. Como sabemos ahora, hay una serie de factores que influyen en la cantidad de electricidad que puede producir un sistema solar; principalmente luz solar y eficiencia solar.

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