Panel Solar Híbrido II – Energía solar para principiantes (nivel avanzado)

¿Cómo funciona realmente un panel solar híbrido?

Ya hace un tiempo que os explicamos lo que eran los paneles solares híbridos, la solución que aportaban y vimos los tipos de módulos híbridos que había en el mercado y su tecnología. Bien, pues hemos pensado que a estas alturas ya estabais preparados para subir el nivel y entrar en materia resolviendo algunas de las dudas que se presentan una vez conocemos este tipo de tecnología: ¿Cuánta electricidad produce? ¿A qué temperatura calienta el agua? ¿Qué pasa si llueve? ¿Podemos almacenar la energía? ¿Cómo influye mi consumo? Para intentar dar respuesta a algunas de estas preguntas, os traemos una nueva entrada de blog en la que te explicamos en detalle cómo genera energía un panel solar híbrido en una instalación real, cuánto está produciendo y en qué proporción de electricidad y calor.

¿Cuánta radiación llega y cuánta energía podemos obtener de un panel solar híbrido?

En primer lugar, debemos concretar que no toda la radiación que llega de la atmósfera puede ser actualmente aprovechada para transformarse en energía útil. Si tomamos como referencia la radiación global que incide sobre la superficie terrestre (en gris oscuro en la gráfica) y la imaginamos cayendo directamente sobre la superficie del panel, resulta que parte de la radiación se pierde en forma de pérdidas ópticas. ¿Qué significa eso? Que un porcentaje de la radiación se refleja o se disipa al chocar contra el cristal frontal del panel solar. Esa radiación que se disipa suele suponer en torno al 10% de la radiación incidente, y aunque puede aumentar dependiendo del tipo de superficie en la cara frontal del panel, cada día se trabaja por ir creando nuevos cristales y geometrías que reduzcan las pérdidas sufridas por reflexiones ópticas.

Espectro solar: irradiación vs. captación

Otro factor importante por el que se pierde energía son las altas temperaturas, lo que se conoce como pérdidas térmicas. Estas pérdidas aparecen cuando el panel expuesto al sol va ganando temperatura y las capas exteriores del panel (marco, cristal) alcanzan niveles muy superiores a la temperatura ambiente. Debido a esa diferencia, parte de la energía almacenada de la radiación se va perdiendo en forma de calor, que se evacua de las capas exteriores del panel al aire que le rodea, reduciendo la cantidad de energía útil que puede aprovechar el panel.

Entonces… ¿cuánta radiación solar podremos aprovechar en un panel solar híbrido?

Al final y de manera general, podemos considerar que de toda la radiación incidente sobre el panel solar híbrido se puede llegar a aprovechar en torno a un 75%, el cual se distribuye en un 15% de energía eléctrica (dado el rendimiento nominal típico de los paneles fotovoltaicos de silicio encontrados comúnmente en el mercado) y hasta un 60% de energía térmica útil, aunque el valor real de rendimiento térmico se obtendrá en función de la geometría, material y ensamblaje de los elementos internos del panel.

Partiendo de estos valores, desde EndeF trabajamos día a día para que nuestros paneles solares híbridos optimicen su rendimiento, tanto térmico como fotovoltaico, y maximicen su funcionamiento en función del clima y la aplicación donde estén instalados.

¿Cuánta electricidad produce un panel solar híbrido?

Como hemos explicado, de la radiación incidente sobre la parte fotovoltaica de un panel solar híbrido, se estima que tan solo puede aprovecharse un máximo de 15% aprox. (con una ligera diferencia en función de las características del laminado fotovoltaico). Sin embargo, ese 15% se trata de un valor máximo medido en STC (condiciones estándar, 25ᵒC y 1000 W/m2), que rara vez se alcanzan en una instalación fija real. ¿Por qué ocurre eso? Principalmente, por dos motivos que vamos a explicar ahora.

En primer lugar, el rendimiento máximo solo se da cuando la radiación incide de manera perpendicular al plano de la cubierta del panel. Puesto que nuestros paneles permanecen fijos y la radiación solar va cambiando de ángulo a lo largo del día, esa relación perpendicular se da solo durante unas horas concretas al día. Si orientásemos nuestros paneles al este, la máxima producción fotovoltaica se tendría por la mañana, cuando la radiación aún no es muy fuerte. Si los orientásemos al oeste, ocurriría lo mismo pero por la tarde. Para aprovechar las horas de máxima irradiación y optimizar nuestra instalación, los paneles solares se suelen instalar orientados al sur, lo que maximiza su producción eléctrica.

Otro motivo importante por el cual el rendimiento fotovoltaico de un panel híbrido desciende respecto al máximo es la temperatura. Cuando el panel lleva unas horas expuesto al sol su temperatura de operación puede subir hasta valores de 40 – 50ᵒC, penalizando en esos casos el rendimiento eléctrico de las células. De manera general, se habla de una disminución en torno a un 0,5% por ᵒC de aumento en las células de silicio, aunque puede variar ligeramente en función de la tecnología. Es por eso por lo que los módulos fotovoltaicos trabajan a mayor rendimiento en invierno que en verano (aunque como les llega mucha menos radiación, la producción eléctrica seguirá siendo menor).

A continuación se muestra la producción de un panel solar híbrido para un día soleado de Julio. El panel forma parte de una instalación real situada en Zaragoza, con paneles orientados al sur (con desviación de 5ᵒ al oeste). Como Zaragoza es una ciudad muy calurosa en verano, el rendimiento máximo eléctrico obtenido en la instalación es del 11%.

Producción eléctrica panel solar híbrido ECOMESH

Como apunte importante, se debe resaltar que la producción eléctrica de un panel solar híbrido no depende del consumo de electricidad que hace el usuario, cosa que no sucede en la parte térmica como veremos a continuación. La electricidad se genera en corriente continua (CC) y se conduce hacia un inversor que la transforma en corriente alterna (CA), a partir del cual se distribuirá a los consumos del usuario, baterías o red eléctrica según el tipo de instalación.

¿Cuánto calor produce un panel solar híbrido?

La energía térmica generada en un panel solar híbrido no es tan fácil de calcular, porque depende del tipo de instalación y de los hábitos de consumo del usuario. ¿Qué es eso de los hábitos? Pues cuánto y cuándo se consume energía térmica, es decir, agua caliente sanitaria (ACS).

En una instalación térmica sencilla y convencional de paneles solares, el agua circula por un circuito interno: el agua entra templada o fría en el campo solar, se va calentando en su paso por el interior de los paneles y a la salida es conducida a un depósito donde se mantiene caliente y se almacena. Es de ese depósito del que el usuario obtendrá el agua caliente cuando lo necesite. Este circuito recibe el nombre de circuito solar y tiene unas normas específicas de funcionamiento, es decir, solo funcionará cuando tengamos por ejemplo un nivel mínimo de radiación o estemos generando agua a una temperatura superior a la que tenemos en el depósito.

Producción térmica panel solar híbrido ECOMESH

Para explicarlo mejor, adjuntamos una gráfica de generación térmica de la instalación híbrida de la que hablábamos antes. En ella podemos ver la temperatura del agua antes de entrar en los paneles (azul), al salir de los paneles (rojo) y la almacenada en el depósito (amarillo), así como la producción térmica bruta y útil. No hay que olvidar que el objetivo de la instalación en todo momento es intentar tener el depósito a la temperatura requerida de servicio, que en España para el ACS es de 60ᵒC.

En la gráfica vemos que la instalación no empieza a funcionar hasta casi las 10h de la mañana, cuando se alcanza una temperatura a la salida de los paneles mayor que la almacenada en el depósito. En ese momento, la bomba circulatoria empieza a funcionar y el agua caliente extraída de los paneles se lleva al depósito de acumulación, que se va calentando. La instalación sigue funcionando durante todo el día, hasta que a las 18h la temperatura del depósito alcanza los 60ᵒC que se han establecido como objetivo. Como se entiende que no se necesita aportar más energía, la bomba se apaga y la instalación deja de producir energía.

Esta situación particular se da porque en esta instalación solo hay dos momentos clave de demanda de calor por parte del usuario, marcados con flechas en la gráfica. Uno se da a la 7 de la mañana, probablemente con las duchas matutinas, y otro a las 20.30h. En ambos momentos se observa cómo la temperatura del depósito disminuye. Si esta demanda se produjera durante el día (en el intervalo entre las 10 – 18h), la temperatura del agua que vuelve a entrar en los paneles sería más fría y se ampliaría el tiempo de funcionamiento de la instalación. En otras palabras, si hubiese más demanda diurna, la instalación produciría más.

En la gráfica también se muestran dos áreas pintadas, que hacen referencia a la potencia térmica generada en cada uno de los paneles (área morada) y la potencia que llega útil al depósito (área roja). ¿Por qué difieren? Porque en los componentes de las instalaciones térmicas (tuberías, bombas, válvulas, etc) se producen ciertas pérdidas en forma de calor que hace que no toda la energía generada en los paneles pueda aprovecharse. Eso sí, gracias al aislamiento esas pérdidas son cada vez menores.

¿Y en un panel solar híbrido… se produce todo eso?

Efectivamente. En un panel solar híbrido se dan los dos procesos explicados a la vez, de manera que podemos obtener simultáneamente electricidad y agua caliente para nuestros consumos diarios. Los valores aquí expuestos corresponden a una instalación de paneles híbridos Ecomesh, es uno de los modelos que fabricamos y producimos en EndeF; que gracias a su tecnología patentada, su cubierta CTA presentan un rendimiento térmico por encima de otros modelos de mercado.

Tras la lectura de esta entrada ya puedes considerarte todo un experto de los paneles solares híbridos, no obstante cualquier duda o comentario que te pueda surgir, desde EndeF quedamos a tu disposición para resolverlas. Dudas como ¿encajarán los paneles híbridos en mi instalación? ¿cuánto puedo llegar a ahorrar? No dudes más y ¡contáctanos!

¡Nos vemos muy pronto en una nueva entrada de «Energía solar para principiantes»!

Por |2019-08-23T13:38:40+00:00agosto 23rd, 2019|Blog|Comentarios desactivados en Panel Solar Híbrido II – Energía solar para principiantes (nivel avanzado)

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