Irradiación solar y eficiencia en paneles solares

La terminología en el sector fotovoltaico es cada vez más amplia a raíz de las novedades tecnológicas que se implementan en equipos y soluciones que forman parte de un proyecto. Sin embargo, cuando hablamos de energía solar hay conceptos que son la base del entendimiento de cómo funciona la tecnología. Tres de ellos son la radiación, la irradiancia y la irradiación, que generan una gran confusión entre ellos y que repercuten en la eficiencia de los paneles solares. En este artículo vamos a conocer qué son y cuál es su relación con ella.

¿Qué es la irradiación solar? 

Podemos definir la irradiación solar como la potencia total procedente del sol que incide por unidad de superficie y por unidad de tiempo. Se mide en vatios por metro cuadrado (W/m²), y también se la conoce como la potencia de la radiación solar por unidad de área.

La irradiación solar, sin embargo, hace referencia a la energía que incide en una superficie durante un periodo de tiempo, por lo general, una hora. En términos de rentabilidad, nos ayuda a medir el tamaño necesario de una instalación con paneles solares.

¿Cómo se mide la irradiación solar? 

Para medir los W que una superficie en concreto recibe durante un periodo de tiempo determinado se utilizan sensores de radiación, también denominados piranómetros.

Estos dispositivos miden la radiación solar mediante el uso de sensores térmicos orientados horizontalmente y una cúpula de vidrio que limita el rango de longitud de onda. De este modo, se mide la radiación solar total (tanto dispersa como directa).

Para poder pasar los datos de radiación solar en unidades de potencia (irradiación) a unidades de energía (irradiancia), los valores en W/m² se multiplican por los segundos correspondientes al periodo de tiempo que se desea reflejar, por ejemplo 3.600 segundos de una hora, y se obtendrían Julios por metro cuadrado (J/m²).

Tipos de radiación solar 

Llegados a este punto, vamos a mencionar los diferentes tipos de radiación solar que podemos clasificar en función de cómo llegan los rayos del Sol a la Tierra;

1. Directa; es aquella que traspasa la atmósfera alcanzando la superficie de nuestro planeta sin alteraciones.
2. Difusa; la que, por efecto generalmente de las nubes, llega con una alteración en su trayectoria.
3. Reflejada; es la que la propia superficie terrestre refleja y que se aprovecha, por ejemplo, en las caras posteriores de los paneles solares bifaciales.

Relación entre la irradiación solar y la eficiencia de los paneles 

La eficiencia de los paneles solares está directamente relacionada con la cantidad de radiación solar que incide sobre su cara superior, la que produce la energía eléctrica, e incluso la trasera en el caso de paneles bifaciales. Por lo tanto, cuanto mayor sea la cantidad de kWh que llegan al panel, más producción eléctrica tendremos en principio.

Dado que la posición del Sol varía durante todo el día e incluso cambia según la estación, el ángulo con el que los rayos del sol inciden en el panel también va cambiando. Es decir, si no se puede orientar constantemente el panel para recibir la radiación solar de manera perpendicular, la producción energética irá variando según el ángulo en el que los rayos del Sol llegan al módulo.

Es por este motivo que la orientación y la inclinación de los paneles es uno de los factores más importantes a la hora de aprovechar la luz del Sol en un proyecto energético. Como imaginarás, una superficie horizontal es capaz de recibir más cantidad de energía en verano, cuando la posición del sol es la más alta del año y los días tienen más horas de luz natural. Sin embargo, una superficie inclinada hacia el sur aprovechará más las horas de luz en invierno.

Esto conlleva que, en España, la inclinación ideal (en general) para una instalación de autoconsumo sea de entre 30 y 35º y orientada al sur. En función de la localización geográfica exacta del proyecto (sur o norte), estos ángulos pueden ser de hasta 25º o 40º como norma general, respectivamente.

Inclinación del panel solar 

El ángulo de inclinación de un módulo fotovoltaico hace referencia al ángulo que forma el plano donde se ubica con la parte superior del panel. Esto es sumamente importante para garantizar que se recibe energía procedente del sol la mayor parte del tiempo durante el año, y de la manera más perpendicular posible.

En proyectos industriales, con tejados planos, al no haber limitación de espacio se puede aproximar la inclinación del panel a su óptima con el uso de estructuras de soporte. Para calcularla se busca aquella que maximiza la producción energética para los meses en los que la industria tenga más consumo. Por el contrario, en tejados de edificios o viviendas la inclinación de este determinará las posibilidades de la instalación.

Condiciones meteorológicas 

Al contrario de lo que se suele creer, el calor no es buen aliado de la eficiencia de los paneles solares. De la misma manera, la lluvia puede ser beneficiosa cuando sirve para limpiar la superficie de elementos externos como polvo, residuos u hojas de árboles. Es por ello que las condiciones meteorológicas más allá de la radiación solar influyen en la eficiencia de los paneles solares.

Por ejemplo, la existencia de nubosidad no evita la producción de energía solar. Aunque sí la disminuye respecto a un día totalmente soleado, los paneles producen electricidad aprovechando también la radiación difusa (explicada antes) aunque no incida directamente sobre ellos.

Regresando al efecto del calor, las temperaturas superiores a 30°C reducen hasta en un 10% la eficiencia de los módulos. Aunque esto sucede en verano, suele compensarse la caída de la eficiencia con más producción al tener más horas de luz natural. Por norma general, y tal como reflejan las fichas de producto de todos los fabricantes, la máxima eficiencia de los paneles se produce cuando la temperatura promedio está entre 20 y 25°C. Por ello, la menor producción en invierno no sucede por causa de la temperatura, sino por un menor número de horas de luz natural en cada día, así como una mayor cantidad de nubosidad y de días lluviosos.

La eficiencia es, como hemos visto, un aspecto clave para garantizar que una instalación de autoconsumo de energía solar es rentable y nos ayuda a bajar la factura de la luz. Por ello, maximizarla será una de las prioridades para la empresa encargada del proyecto, teniendo en cuenta todos los factores que hemos visto en este artículo.