cómo podemos relacionar la sombra que se refleja por la luz solar con la división de la célula
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Uno de los factores con los que debemos de tener más cuidado a la hora de instalar un sistema fotovoltaico es la presencia de sombreados en los paneles solares. Cualquier sombra presente en nuestro arreglo solar, afectará de gran manera la generación de energía y en consecuencia el retorno de la inversión de nuestros sistemas.
Efecto de las sombras en una celda solar
Para determinar cómo afectan los sombreados a la generación, empecemos definiendo dos tipos de sombreados en una celda solar.
No confundir las terminologías de celda y panel solar.
Un sombreado total en una celda: Donde un objeto bloquea totalmente la luz que puede recibir una celda solar. En la práctica este tipo de sombreados sólo se produce cuando un objeto opaco está muy cercano a una celda solar (p. ej. Hojas de árboles, excremento de pájaros).
Un sombreado parcial en una celda: Donde un objeto bloquea sólo una porción de la luz solar disponible. Este tipo de sombreados es el más común y se produce cuando cualquier objeto opaco o translúcido que esté situado frente a los módulos solares, pero a una distancia tal, que no es capaz de bloquear totalmente la luz solar (p. ej. Nubes, edificios, tinacos, cables, etc.)
La corriente eléctrica generada por una celda solar es directamente proporcional al área expuesta a la luz solar. En los siguientes ejemplos tenemos una celda solar típica de 156 x 156 mm, la cual genera cerca de 8A a una insolación máxima:
Efectos del sombreado en un panel solar
Ahora que entendemos los efectos del sombreado a nivel de celda, deberemos de estudiar los efectos de las sombras a nivel de panel. Empecemos por analizar cómo se construye un panel solar desde el punto de vista eléctrico.
Actualmente la mayoría de los paneles solares de silicio se construyen conectando en serie todas las celdas que componen el panel. Esto se logra conectado el polo positivo de una celda con el negativo de la siguiente y así sucesivamente.
El polo negativo de una celda solar se encuentra en la cara frontal de la misma, mientras que el positivo se encuentra en la cara posterior.
La conexión eléctrica se logra con listones metálicos que se sueldan entre las celdas, creando cadenas (o strings). Estas cadenas se arreglan en matrices de distintos tamaños para construir un panel solar. Por ejemplo, los paneles de 60 celdas típicamente se forman en arreglos de 10x6 y los paneles de 72 celdas se forman en arreglos de 12x6 celdas. La siguiente imagen muestra un panel de 60 celdas, donde se puede observar las conexiones eléctricas necesarias para crear un módulo solar funcional.
La imagen anterior muestra la posición de los diodos de bypass en el panel solar, estos diodos tienen una función muy importante que es de minimizar los efectos de los sombreados. Para entender como funciona un diodo de bypass, supongamos que tenemos un panel solar al cual le fueron retirados los diodos y tiene un sombreado total en una de sus celdas, como se muestra en la siguiente imagen.
Una celda totalmente sombreada, además de no generar electricidad, no permitirá que la corriente del resto de las celdas fluya a través de ella, por lo que la se comportará como un circuito abierto y el panel entero dejará de funcionar.
Para evitar esta situación se añaden diodos de bypass (derivación) al módulo solar, los cuales permiten el paso de la corriente a través de ellos cuando alguna celda o conjunto de celdas solar esté sombreado, actuando como una válvula de escape. Veamos que sucede con el caso anterior cuando están presentes los diodos de bypass.
En presencia de una celda sombreada, el diodo se convierte en el camino de menor resistencia, por lo que la corriente de las celdas sin sombreados puede circular libremente a través de él. En este ejemplo, el panel solar cuenta con 3 diodos, por lo que el panel solar está dividido en 3 segmentos de 20 celdas cada uno. Al activarse un diodo, 1/3 de las celdas del panel solar quedan inactivas por lo que el módulo solar sólo producirá 2/3 de su potencia total. A cambio de esto el módulo puede seguir generando aún en condiciones de un sombreado total en una de sus celdas.
La siguiente imagen muestra la pérdida de potencia por sombreados totales en distintas partes de un módulo solar de 60 celdas.
En las imágenes anteriores, podemos apreciar la pérdida de generación cuando se bloquea totalmente la luz en distintas partes de un panel solar. Podemos también observar que el caso más grave se da cuando se bloquea totalmente una fila de celdas solares, ya que para este caso se activan los 3 diodos de bloqueo eliminando totalmente la producción de este panel solar.