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4. ANÁLISIS BIBLIOGRÁFICO �
En este capítulo se realiza una investigación bibliográfica de artículos
que han estudiado con anterioridad los efectos de distintos parámetros (tales
como suciedad, espectro solar, etc) sobre el rendimiento de dispositivos
solares tales como paneles fotovoltaicos, piranómetros, colectores solares,
cubiertas de vidrio, etc.
Se han tomado como fuentes de información para llevar a cabo esta
revisión bibliográfica diferentes revistas especializadas en el sector de la
ingeniería energética: Solar Energy, Renewable Energy, Energy Conversion
and Management, International Journal of Sustainable Energy y Applied
Energy. Los artículos revisados abarcan un espacio temporal que va desde
1962 hasta 2006.
La revisión bibliográfica realizada abarca elementos como cubiertas de
vidrio y tecnologías de concentración que no son objeto de este proyecto. Sin
embargo, se ha considerado que las conclusiones extraídas de dichos estudios
pueden ser de ayuda en el objetivo final de este trabajo.
A continuación se pasa a describir un resumen de los diferentes artículos analizados.
4.1. REVISIÓN DE ARTÍCULOS
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a) Effect of dust with different physical properties on the performance
of photovoltaic cells. M. S. El-Shobokshy, F. M. Hussein [1]
El objetivo de esta investigación es determinar el efecto de la suciedad
sobre el rendimiento de células solares fotovoltaicas, realizando el estudio para
cinco tipos de polvo de diferentes materiales y propiedades físicas.
Los ensayos se llevaron a cabo en condiciones de interior de un
laboratorio. Como simulador solar se usaron lámparas halógenas de tungsteno
de 1000 W cada una, colocadas a una distancia de tres metros sobre el panel
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fotovoltaico que estaba formado por 33 células de silicio M73. Un sistema de
aire acondicionado mantuvo la temperatura de las células por debajo de los 40
ºC. La máxima intensidad conseguida por las lámparas halógenas fue de 400
W/m2.
Se emplearon tres tipos diferentes de suciedad. La caliza, que se
encuentra en la atmósfera como polvo; el cemento, que es el principal
elemento empleado en el sector de la construcción; y el carbón que es el
producto de la mayoría de procesos de combustión y el mayor contaminante en
la salida de los motores diesel.
Para el caso de la caliza, se utilizaron tres tamaños de partículas
distintos. Por tanto, se dispuso de cinco tipos de suciedad diferentes: tres de
caliza, una de cemento y otra de carbón. La preparación de las muestras de
polvo se realizó en un laboratorio, analizando al microscopio óptico el tamaño y
propiedades físicas de las partículas.
A la hora de realizar los diferentes experimentos, la densidad de
suciedad depositada sobre el panel se determinaba pesando dicho objeto con
una báscula de exactitud antes y después de su ensuciamiento, y dividiendo la
diferencia por su superficie.
En primer lugar, se obtuvo las características I-V del panel con la
superficie limpia para diferentes valores de irradiancia.
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Fig. 4.1. Características I-V para el panel fotovoltaico limpio
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Una vez hecho esto, se pasó a medir, para las cinco clases de suciedad
mencionadas anteriormente, la intensidad de cortocircuito proporcionada por el
panel para una radiación constante de 195 W/m2. Los resultados obtenidos se
muestran en la siguiente gráfica.
Fig. 4.2. Variación de la corriente de cortocircuito con la densidad de polvo depositada
De los resultados obtenidos, se deduce que la degradación del
rendimiento fotovoltaico no solo depende de la densidad del polvo acumulado,
sino también del tipo de polvo, además de la distribución de tamaño. También
que las partículas de polvo más finas tienen un mayor efecto de deterioro sobre
el rendimiento, que las partículas más gruesas. Esto se atribuyó al hecho de
que las partículas finas se distribuyen de una manera más uniforme dejando
menos vacío entre ellas por donde la luz pueda pasar. Pudieron apreciar que la
pendiente de las curvas correspondiente a partículas finas es un poco mayor
que la correspondiente a las gruesas, por lo que el rendimiento de las células
FV es más sensible a la acumulación de polvo de partículas del primer tipo.
De forma análoga, se analizó la potencia producida por el panel frente a
la densidad de polvo depositado:
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Fig. 4.3. Variación de la potencia producida con la densidad de polvo depositada en el panel
Como se puede observar, los resultados obtenidos son similares a los
proporcionados para la corriente de cortocircuito.
Tras el desarrollo de los experimentos y análisis de sus resultados, los
autores extrajeron las siguientes conclusiones:
- La acumulación de polvo en la superficie de un panel fotovoltaico
afecta negativamente a su rendimiento.
- Para la cuantificación de estos efectos negativos es necesario
conocer el tipo, diámetro y densidad del polvo depositado sobre la superficie
del panel.
- Se ha observado que, tanto la intensidad de cortocircuito como la
potencia producida, decrecen más rápidamente para pequeñas cantidades de
partículas más finas.
- El cemento, y más aún el carbón, producen mayores
disminuciones del rendimiento del panel. Esto se debe a la cantidad de
radiación absorbida por los distintos materiales.
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b) Effect of Dust on the Transmittance of Low Density Polyethylene
Glazing in a Tropical Climate. G. A. Mastekbayeva, S. Kumar [2].
Este artículo presenta los resultados de un estudio realizado para
evaluar la influencia del polvo en la transmitancia de una cubierta de plástico
bajo las condiciones de un clima tropical. Los resultados están basados en
investigaciones realizadas durante los meses de Marzo, Junio y Julio en
Bangkok, Tailandia.
Se han llevado a cabo dos tipos de experimentos para analizar la
influencia de la suciedad en la transmitancia del vidrio. El elemento
diferenciador entre ambos es el método de ensuciamiento: manual en
laboratorio para la primera experiencia y natural a la intemperie para la
segunda.
El polvo que se usó en el experimento fue preparado a partir de arcilla
de Bangkok, molido y secado. Posteriormente, se seleccionó las partículas
cuyo tamaño estaba comprendido entre los 53 y los 75 �m. Una lámina de
polietileno de baja densidad de 0.2 mm de espesor fue usado como vidrio.
En el primer experimento, se analizó la influencia de la suciedad sobre la
transmitancia de la lámina mencionada, utilizando 6 de estos elementos. Sobre
5 de ellos se pulverizó una mezcla del polvo preparado (0.5 kg) en un litro de
agua, dejando la sexta lámina limpia como referencia. Las muestras se
mantuvieron en posición horizontal, midiendo la radiación tanto por debajo
como por encima del vidrio. La cantidad de polvo depositada se determinó por
diferencia de peso entre las muestra limpia y sucia con una balanza de
exactitud.
Los resultados obtenidos de este primer ensayo se muestran en la figura
4.4. En dicha gráfica se muestra la evolución de la transmitancia para una
densidad de polvo acumulado de 8.42 g/m2. Como se puede observar, su valor
permanece prácticamente constante a lo largo de todo el día para todas las
muestras, estando su valor desacoplado de la intensidad radiante. También se
observa cómo la transmitancia de la lámina sucia experimenta una importante
reducción con respecto a la de la lámina limpia.
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Fig. 4.4. Evolución de la transmitancia a lo largo del día para una densidad de polvo acumulado
de 8.42 g/m2.
A continuación se realizaron los mismos ensayos para diferentes
densidades de suciedad y se compararon los datos obtenidos entre ellos.
Fig. 4.5. Reducción de la transmitancia frente a la densidad de la suciedad
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Como se observa en la figura anterior, la suciedad afecta en mayor
grado para densidades bajas, puesto que la pendiente del primer tramo de la
curva es mayor.
Para el segundo experimento se usaron 6 muestras del mismo vidrio,
ubicadas ahora sobre un plano inclinado 15º orientado al sur y expuestas
durante 30 días al aire libre sin existencia de lluvia. Una de las muestras se
conservó limpia como referencia y cada seis días se retiraba una de las
muestras restantes para medir la suciedad.
La cantidad de polvo acumulado en función de los días de exposición se
muestra gráficamente en la siguiente figura:
Fig. 4.6. Acumulación de suciedad frente a varios días de exposición, con inclinación a 15º y
clima tropical.
Se puede observar, cómo la suciedad se acumula más rápidamente
durante los primeros días, alcanzando luego un valor casi estacionario de
saturación.
En la siguiente gráfica se muestra la reducción en % de la transmitancia
en función de los días de exposición de las muestras:
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Fig. 4.7. Efectos de la acumulación de suciedad sobre la transmitancia durante un mes.
De ambas representaciones se deduce como la limpieza del plástico
sería muy efectiva si la realizamos de forma casi semanal. Si la frecuencia es
mayor, entramos en una zona de comportamiento con pendiente casi nula en
donde tanto la acumulación de suciedad como la reducción de la transmitancia
es muchísimo menor.
Las conclusiones extraídas por los autores del artículo son:
- La acumulación de polvo sobre la superficie del polietileno crea un
efecto negativo sobre la transmitancia, y la reducción de ésta depende de la
cantidad de polvo depositada en la superficie.
- Con respecto a la transmitancia en función de la densidad de la
suciedad (g/m2), el efecto es más pronunciado para densidades menores que
para densidades mayores.
- Con respecto a la transmitancia en función de los días de
exposición natural en un medio tropical, el efecto, si bien no es tan claro como
el anterior, es mayor en los primeros días que más adelante.
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c) Effect of dust on the transparent cover of solar collectors. H. K. Elminir,
A. E. Ghitas, R. H. Hamid, F. El-Hussainy [3].
Para el desarrollo de este artículo, los autores han estudiado hasta 100
cristales con diferentes grados de inclinación y diferentes orientaciones.
Pretenden con ello analizar el efecto de la suciedad natural en la transmitancia
del vidrio y en el rendimiento de las células en intervalos regulares de tiempo
durante un periodo total de 7 meses bajo unas condiciones de climatología
árida, existiendo además próxima a la zona del experimento diversos tipos de
industrias, como cementera, automovilística etc. e incluso una línea principal de
tren. También se mide la potencia resultante de varias células en función de la
inclinación y orientación para analizar el efecto de la polución sobre la misma.
Para la realización del experimento se emplean muestras de vidrio de 3
mm de espesor y 100 x 100 mm2 de superficie, instaladas sobre un marco de
madera en ocho orientaciones diferentes (norte, noroeste, este, suroeste, sur,
suroeste, oeste y noroeste) con siete ángulos de inclinación (0º, 15º, 30º, 45º,
60º, 75º y 90º) y expuestas al medioambiente. Las operaciones de limpieza se
llevan a cabo mensualmente, mientras que un juego de muestras se mantiene
sin limpiar durante la duración del experimento. En la siguiente figura se
muestra una fotografía del mismo:
Fig. 4.8. Fotografía ilustrativa del experimento.
Para el estudio de la influencia de la acumulación de suciedad en la
producción de potencia de las células se emplean células solares de silicio
monocristalino de 20 x 20 mm2. Siete de estas muestras son fijadas de cara al
sur con ángulos de inclinación de 0º, 15º, 30º, 45º, 60º, 75º y 90º
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respectivamente con respecto a la horizontal y otras seis se mantienen a 30º y
90º pero de cara al este, oeste y norte.
La cantidad de polvo depositado se mide por diferencia de peso entre
muestra limpia y sucia en una balanza de exactitud, dividiendo el resultado por
la superficie de la muestra.
− Influencia del polvo en la transmitancia en función de la orientación y del
ángulo de inclinación:
Los autores del artículo llevaron a cabo la investigación del efecto de la
acumulación de suciedad en las muestras de vidrio al aire libre durante los
meses de Diciembre de 2004 a Junio de 2005, graficando los valores
mensuales promedios de las partículas totales suspendidas depositadas en la
superficie de la muestra:
Fig. 4.9. Cantidad de polvo acumulado en las muestras de vidrio para diferentes orientaciones y
ángulos de inclinación.
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Observaron que al aumentar el ángulo de inclinación la cantidad de
polvo depositada disminuía, probablemente debido a que las partículas tendían
a rodar por la superficie. La cantidad de polvo acumulada con las diferentes
orientaciones consideradas y con el mismo ángulo de inclinación era
prácticamente similar, excepto para la muestra que tenía un ángulo de
inclinación de 15 grados y orientada con una desviación de 45 grados con
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respecto al norte (es decir 15º NE). Se dedujo como posible razón de este
comportamiento la existencia de vientos del noroeste que arrastraba partículas
procedentes de una industria cementera.
Para analizar el efecto de la suciedad en la transmitancia, la reducción
media de ésta para varias densidades de polvo depositada fue calculada y
representada:
Fig. 4.10. Reducción de la transmitancia con la densidad de polvo depositada.
Esta reducción se determinó como la diferencia observada entre la
transmitancia de una muestra limpia, y una muestra con polvo. Se ve como al
aumentar la deposición de polvo, la reducción de la transmitancia también
incrementa pero con una progresiva reducción de la razón con que lo hace
hasta alcanzar su límite superior, después del cual el efecto de la deposición
del polvo desaparece.
Para cuantificar la influencia del ángulo de inclinación en la reducción de
la transmitancia se construyó la tabla de la figura 4.11. En ella se pudo
observar como la reducción es máxima para una inclinación de cero grados
respecto de la horizontal (27.62%) siendo su acumulación en polvo de 8.48
g/m2. Sin embargo dicha acumulación disminuye conforme se aumentaba el
grado de inclinación. Esto es debido a la interacción de la gravedad.
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Fig. 4.11. Reducción la transmitancia en función de la orientación y del ángulo de inclinación.
Influencia del polvo depositado en la energía producida por los módulos
FV:
Fig. 4.12. Efecto del polvo en la potencia producida por las células FV con distintas
orientaciones y ángulos de inclinación.
El día 8 de enero se produjeron precipitaciones (2 mm), que tuvieron
como resultado la auto-limpieza de la cubierta de las células FV. Como
consecuencia la transmitancia aumentó y se observó el primer pico en la
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potencia. Algo similar ocurrió el 8 y 9 de Marzo (hubo precipitaciones de 11
mm aproximadamente) y nuevamente se incrementó la transmitancia. Con
estas precipitaciones la célula sucia pasó a ser indistinguible de una célula
limpia, por lo que un segundo pico de potencia fue observado. A partir de
entonces no se produjeron más precipitaciones desde el 10 de Marzo hasta la
finalización del experimento, produciéndose una progresiva disminución de la
transmitancia e influyendo en la cantidad de energía producida.
Las conclusiones obtenidas tras la realización de los dos experimentos
fueron:
- La reducción de la transmitancia depende fuertemente de la
densidad de polvo depositada en conjunto con el ángulo de inclinación, además
de la orientación de la superficie a direcciones de viento dominante.
- La transmitancia se ve reducida conforme disminuye el ángulo de
inclinación, que es directamente proporcional a la cantidad de polvo depositada
en la superficie de los paneles.
- En los periodos de prueba se produjeron fenómenos atmosféricos,
tales como precipitaciones, tormentas de arena y variaciones de humedad, por
lo que la reducción de la energía a la salida no debe ser tomada en cuenta al
cien por cien.
- Para lugares moderadamente polvorientos se debe considerar
una limpieza semanal, así como una limpieza inmediatamente después de una
tormenta de arena, para conservar la eficacia del funcionamiento nominal de
los paneles FV.
d) A new correlation between photovoltaic panel’s efficiency and amount
of sand dust accumulated on their surface. A. Y. Al-hasan, A. A. Ghoneim
[4].
El objetivo principal del trabajo expuesto en este artículo es investigar el
efecto de la cantidad de polvo acumulada en la eficiencia de un módulo FV en
el clima de Kuwait. Este clima se caracteriza por la existencia de polvo y
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tormentas de arena, especialmente en los meses de verano que favorece la
acumulación de partículas en la superficie de los módulos, y por consiguiente
causan degradación en su eficiencia. Como resultado del estudio, se ha
encontrado una correlación entre la cantidad de polvo acumulado en los
módulos FV por unidad de área y la reducción en la eficiencia del módulo.
Células FV han sido expuestas al ambiente durante un cierto periodo de
tiempo, y la característica I-V ha sido medida y comparada con la de una célula
limpia. La cantidad de polvo acumulado se ha determinado por diferencia de
peso entre las muestras limpia y sucia. Así para una cantidad de polvo
acumulado de 1.5 g/m2, el resultado es el siguiente:
Fig. 4.13. Comparación de la curvas I-V de dos módulo (sucio y limpio), para una concentración
de polvo de 1.5g/m2.
La tensión de circuito abierto es aproximadamente la misma para ambos
casos, por lo que se dedujo que ésta no se veía afectada por la suciedad. Sin
embargo la corriente de cortocircuito, y en consecuencia la máxima potencia
producida disminuye significativamente para el módulo sucio (40% y 34%
respectivamente, con respecto a el módulo limpio). Esta reducción fue atribuida
a la disminución de la transmitancia.
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Para ilustrar el efecto de la cantidad de polvo en el rendimiento del
módulo, la característica I-V ha sido medida para diferentes acumulaciones de
polvo. Los resultados se muestran en la siguiente figura:
Fig.4.14. Variación de la curva I-V para diferentes concentraciones de polvo.
De nuevo se observó que la tensión de cortocircuito no se ve afectada
por el polvo acumulado. En contraste, la corriente de cortocircuito disminuye
con la concentración de polvo, sin embargo para una acumulación de polvo
mayor de aproximadamente 1.5 g/m2, la corriente de cortocircuito cae de
manera menos pronunciada, debido a que a mayores cantidades de partículas
de polvo tienden a acumularse unas encima de otras antes que cubrir más área
del panel PV.
En la siguiente figura se muestra la relación entre la eficiencia
normalizada del módulo (definida como la relación entre la eficiencia del
módulo sucio y la del módulo limpio) y la cantidad de partículas de polvo
depositadas en su superficie:
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Fig. 4.15. Variación de la eficiencia normalizada con la acu
La eficiencia disminuye cuando la cantidad de polvo
aumenta. Este resultado indica que la corriente de
dominante en la eficiencia del
disminuir con mucha menos pendiente para acumulacio
de 1.5 g/m2 (es decir, para eficiencias normalizadas menores de
La degradación de la eficiencia del módulo también
que parte de la luz solar será interceptada por la
consecuencia no alcanzará las células solares dentr
cuando la cantidad de partículas es excesiva, éstas
encimas de otra en vez d
cantidad de partículas de polvo incrementa, una men
cubierta, dando lugar a una menor disminución de la
cantidades de partículas de polvo acumuladas.
Dada la relación lineal existente entre la eficiencia no
cantidad de polvo acumulado para concentraciones po
posible obtener una correlación numérica entre ambo
siguiente ecuación:
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. Variación de la eficiencia normalizada con la acumulación de polvo.
La eficiencia disminuye cuando la cantidad de polvo
aumenta. Este resultado indica que la corriente de cortocircuito es el factor
dominante en la eficiencia del módulo. Sin embargo, la curva comienza a
disminuir con mucha menos pendiente para acumulaciones de polvo mayores
(es decir, para eficiencias normalizadas menores de 0.5
La degradación de la eficiencia del módulo también puede ser atribuida a
que parte de la luz solar será interceptada por la partícula de polvo, y en
consecuencia no alcanzará las células solares dentro del módulo. Por otro lado
cuando la cantidad de partículas es excesiva, éstas tienden a acumularse una
encimas de otra en vez de cubrir más área del módulo, por lo tanto cuando l
cantidad de partículas de polvo incrementa, una menor superficie del panel es
cubierta, dando lugar a una menor disminución de la eficiencia con mayores
cantidades de partículas de polvo acumuladas.
la relación lineal existente entre la eficiencia normalizada y la
cantidad de polvo acumulado para concentraciones por debajo de 1.5 g/m
posible obtener una correlación numérica entre ambos parámetros, dada por la
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mulación de polvo.
La eficiencia disminuye cuando la cantidad de polvo acumulado
cortocircuito es el factor
módulo. Sin embargo, la curva comienza a
nes de polvo mayores
(es decir, para eficiencias normalizadas menores de 0.5).
puede ser atribuida a
partícula de polvo, y en
o del módulo. Por otro lado
tienden a acumularse una
e cubrir más área del módulo, por lo tanto cuando la
or superficie del panel es
eficiencia con mayores
la relación lineal existente entre la eficiencia normalizada y la
r debajo de 1.5 g/m2, es
s parámetros, dada por la
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Donde �� es el decremento en la eficiencia del módulo fotovoltaico y �M
es el incremento en la cantidad de partículas de polvo.
Una vez obtenidos y analizados los resultados, los autores llegaron a las
siguientes conclusiones:
- La corriente de cortocircuito y la máxima producción de potencia
disminuye significativamente cuando la cantidad de polvo acumulado en la
superficie del módulo aumenta.
- La corriente de cortocircuito empieza a disminuir con la cantidad
de polvo con mucha menos pendiente para concentraciones por encimas de
1.5 g/m2.
- La tensión de circuito abierto no se ve afectada por la
acumulación de polvo.
- La eficiencia del módulo FV se degrada con la acumulación de
polvo. Esta degradación se produce con menor pendiente cuando la cantidad
de polvo es mayor debida a que las partículas comienzan a depositarse unas
encima de otras.
- Se ha encontrado una correlación entre la degradación de la
eficiencia y la cantidad de polvo acumulada en la superficie de un módulo FV.
e) Effects of dust on the performance of concentrator photovoltaic cells.
M.S. El-Shobokshy, A. Mujahid, A.K.M. Zakzouk [5].
El efecto del polvo en el rendimiento de concentradores fotovoltaicos en
la región de Arabia Saudí es analizado en este artículo.
El experimento está compuesto de dos concentradores con los lados
sellados con lentes de Fresnel, células fotovoltaicas y aletas refrigeradas
unidas a la base de la célula. Cada concentrador está formado por seis células
fotovoltaicas de silicio con unión n/p de 2 x 2 cm2 de superficie. Uno de los
concentradores se ha mantenido siempre limpio, mientras que el otro no se ha
limpiado durante la duración del experimento con el objetivo de investigar el
efecto de la acumulación de polvo en su superficie.
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Las curvas I-V después de doce días de exposición para ambas
muestras (limpia y sucia) fueron obtenidas:
Fig. 4.16. Comparación de las curvas I-V de módulos limpio y sucio.
Se observó que la tensión de circuito abierto permanece prácticamente
igual para ambos módulos. Sin embargo, la corriente de cortocircuito disminuye
notablemente (28.6%) con la acumulación de polvo debido a la reducción de la
radiación transmitida a las células, mientras que la potencia se ve reducida en
un 30.6%. La siguiente figura muestra la relación entre la corriente de
cortocircuito normalizada y la radiación directa incidente normalizada para
ambos módulos con una densidad de polvo acumulada de 1.85 g/m2:
Fig. 4.17. Relación entre la corriente de cortocircuito normalizada y la radiación directa
incidente normalizada para módulo limpio y sucio.
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Se notó que en ambos módulos la corriente de cortocircuito se
incrementa cuando aumenta la radiación incidente, y que la diferencia en la
corriente de ambas muestras se reduce ligeramente. Este último efecto fue
atribuido a que al aumentar la radiación incidente el porcentaje de radiación
transmitida aumenta y el de la radiación absorbida disminuye.
La evolución de la corriente de cortocircuito, de la temperatura de la
célula y de la eficiencia normalizada en función de la cantidad de polvo
acumulado también ha sido representada:
Fig. 4.18. Variación de la corriente de cortocircuito normalizada con la acumulación de polvo en
la superficie del módulo.
Fig. 4.19. Variación de la temperatura de la célula normalizada con la acumulación de polvo en
la superficie de la célula.
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Fig. 4.20. Variación de la eficiencia normalizada con la acumulación de polvo en la superficie.
En las tres figuras se observó que el efecto del polvo es prácticamente
nulo a partir de una densidad de polvo acumulada de 2 g/m2.
Una vez obtenidos y analizados los resultados los autores llegaron a las
siguientes conclusiones:
- Para los concentradores fotovoltaicos usados en la investigación,
la tensión de circuito muestra un cambio insignificante cuando aumenta la
cantidad de polvo acumulado en su superficie.
- La corriente de cortocircuito, la temperatura de la célula y la
eficiencia del concentrador fotovoltaico disminuyen apreciablemente cuando el
polvo comienza a depositarse en su superficie, disminuyendo la razón con la
que se produce esta disminución a medida que aumenta la cantidad de polvo
acumulado.
- Para mantener la máxima eficiencia el módulo debe de estar
completamente limpio. Sin embargo como la limpieza supone un coste
adicional se debe de llevar a cabo un análisis económico de la rutina de
limpieza.
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f) Dust induced degradation of pyranometer sensitivity. Feuermann, D. &
Zemel, A. [6]
El mantenimiento de los aparatos de medida es requisito indispensable
para la obtención de resultados precisos y fiables. Este aspecto es de mayor
importancia en sistemas situados en lugares remotos a los que no se puede
acceder de manera periódica para proceder a su limpieza.
Para estimar la exactitud que se puede esperar de un piranómetro
desatendido durante largos periodos de tiempo, es fundamental conocer las
características climáticas y geológicas del lugar. Este artículo, estudia la
degradación que el polvo produce sobre un piranómetro que está situado en
zona desértica, concretamente en Sede Boqer (Israel).
La configuración de los dispositivos utilizados en este estudio fue la
siguiente. Dos piranómetros Eppley fueron colocados uno al lado del otro en
posición horizontal, y conectados a un grabador que almacenaba la media de
los datos de salida de cada dispositivo cada 10 minutos.
Uno de los dispositivos, tomado como referencia, se limpió diariamente,
mientras que el otro permaneció intacto durante períodos de entre 2 y 6
semanas. Los datos recogidos en días de limpieza sirvieron para averiguar la
calibración relativa entre ambos dispositivos, eliminando así cualquier error
debido a la diferencia de edad entre ellos.
Hay que tener en cuenta que la suciedad no se reparte uniformemente
sobre la superficie del piranómetro, con lo cual, la pérdida de sensibilidad
depende de la posición solar instantánea y de las manchas de polvo. Para
promediar esta dependencia, se consideró la radiación total diaria medida por
ambos piranómetros.
La magnitud que se busca es el cociente entre la salida del dispositivo
sucio y el limpio. Sin embargo, este cociente podía variar hasta un 1% para
ambos piranómetros limpios debido a errores en la nivelación horizontal de
ambos. Con el objetivo de eliminar dicho error, se hizo el análisis con los datos
recogidos durante el periodo de 4 horas centrado en torno al mediodía solar.
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Las medidas fueron tomadas desde Julio de 1989 hasta Octubre de
1990.
Fig. 4.21. Degradación de la sensibilidad del piranómetro en función del número de días
transcurridos desde la última limpieza. La curva superior e inferior indica la región de
desviación estándar ±1. Los datos corresponden a un periodo de 4h, centrado en torno al
mediodía solar.
En esta figura, se muestra el cociente medio entren los datos obtenidos
por el piranómetro sucio y el limpio en función del número de días transcurridos
desde la última limpieza (día 0). Después de cada limpieza, los dispositivos se
calibraron de manera que dicho cociente fuese unitario.
Las curvas inferior y superior corresponden a la región de desviación
estándar ±1. El ruido introducido en ellas se debe al pequeño tamaño de la
muestra (se han realizado 30 limpiezas, por tanto, la muestra es de 30 ciclos).
A pesar del ruido, la curva indica una degradación claramente constante con el
paso de los días.
Para obtener una información diferente de los resultados obtenidos, se
han comparado los cocientes piranómetro sucio-piranómetro limpio con el resto
de cocientes obtenidos antes de la siguiente limpieza. Así, se obtiene una
función de la degradación en función de la suciedad acumulada en lugar de en
función de los días desde la última limpieza. Como resultado se ha obtenido la
gráfica de la figura 4.22, donde se observa un ruido promediado y una tasa de
degradación del 0.1% diario. Se estima un valor constante de entorno al 1% de
desviación estándar de la degradación diaria
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Fig. 4.22. Degradación de la sensibilidad del piranómetro en función del número de días de
acumulación de suciedad. La curva superior e inferior indica la región de desviación estándar
±1. Los datos corresponden a un periodo de 4h, centrado en torno al mediodía solar.
Si representamos esta misma gráfica operando con los cocientes
obtenidos cada 10 minutos en lugar de los cocientes diarios, obtenemos el
siguiente resultado.
Fig. 4.23. Degradación de la sensibilidad del piranómetro en función del número de días de
acumulación de suciedad. La curva superior e inferior indica la región de desviación estándar
±1. Los datos corresponden integrales cada 10 minutos.
Como es de esperar la degradación media está en total concordancia
con la obtenida para cocientes diarios. Sin embargo, se observa una desviación
estándar del 2%. Esto se debe a que, debido al poco espacio temporal entre
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medidas, influye la distribución no uniforme de la suciedad sobre la cubierta del
piranómetro.
Las conclusiones extraídas por los autores son las siguientes:
- En este artículo se ha hecho un análisis del efecto de la suciedad
sobre el comportamiento de piranómetros fijos.
- Para el clima árido de Sede Boqer, se ha obtenido una tasa
constante de degradación del 0.1 % diario, durante un periodo de varias
semanas.
- Estos resultados son particularmente relevantes en el
comportamiento una estación de piranómetros, de la cual se espera
proporcione resultados fiables y precisos sin la necesidad de asistencia
humana diaria.
- Es de esperar que los efectos analizados en este estudio
dependan fuertemente de las condiciones locales en que se han realizado la
toma de datos. En este sentido sería interesante realizar trabajos análogos a
este en diferentes localizaciones climáticas.
g) Degradation of photovoltaic cell performance due to dust deposition on
to its surface. El-Shobokshy, M. S. & Hussein, F. M. [7]
En este estudio se analiza la influencia de las propiedades físicas y el
tipo de material de las partículas de polvo depositadas sobre la degradación de
la célula fotovoltaica.
Se usó un panel fotovoltaico formado por 33 células de silicio. Para
controlar las variables de radiación, el experimento se realizó en condiciones
de interior, utilizando un simulador solar consistente en 3 lámparas de
tungsteno de 1000 W, el cual proporciona una intensidad luminosa uniforme
sobre el panel. El rango espectral conseguido abarca desde los 0.4 hasta los
4.0 �m muy similar al aportado por el sol. Además la temperatura del panel se
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mantuvo siempre por debajo de los 35 ºC. La máxima intensidad conseguida
fue de 400 W/m2.
El polvo utilizado fueron partículas de caliza previamente seleccionadas
en función de su tamaño.
La primera tarea del experimento fue determinar la característica I-V del
panel solar para diferentes intensidades solares con la superficie en
condiciones limpias.
La segunda tarea fue determinar las características I-V cuando se
deposita sobre la superficie del panel diferentes densidades de partículas de
polvo. La uniformidad de las partículas sobre el panel fue comprobada antes de
la validación de datos.
La intensidad solar fue ajustada a un valor fijo de 195 W/m2 durante todo
el programa de experimentación.
La densidad de partículas fue calculada pesando con una báscula de
exactitud las partículas de polvo en un área determinada y dividiéndola por esta
última.
Fig. 4.24. Característica I-V de una célula fotovoltaica limpia para diferentes irradiancias.
Esta gráfica refleja los datos recogidos en la primera tarea del
experimento, que determina la característica I-V del panel limpio.
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Fig. 4.25. Variación de la intensidad de cortocircuito con la irradiancia
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En esta figura se representa la corriente de cortocircuito normalizada
frente a la radiación normalizada, tomando como referencia los valores de
ambos parámetros para la máxima intensidad radiante. Se puede observar
cómo la intensidad de cortocircuito sigue una tendencia no lineal muy definida.
Fig. 4.26. Características I-V de las células fotovoltaicas para diferentes densidades de
suciedad
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Esta figura muestra la reducción de la característica I-V cuando se
incrementa la densidad de partícula depositada en la superficie del panel.
La tasa de reducción de la intensidad de cortocircuito y de la potencia
frente a la densidad de partículas depositadas se pueden observar claramente
en las dos siguientes gráficas.
Fig. 4.27. Variación de la intensidad de cortocircuito con la densidad de suciedad
Fig. 4.28. Variación de la potencia máxima de salida con la densidad de polvo
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Hay que enfatizar que estos resultados no se pueden generalizar, debido
a la importancia de parámetros físicos de las partículas como su tamaño medio
y distribución de tamaño. La absorción de luz asociada a diferentes materiales
también juega un papel importante en la degradación de la radiación recibida
por las células fotovoltaicas.
Comparando las características I-V obtenidas para distintas densidades
de suciedad con las obtenidas para células limpias a una misma intensidad de
radiación, se tiene como resultado la reducción de intensidad solar recibida por
el panel debido a la acumulación de suciedad. Esto queda representado en la
siguiente gráfica.
Fig. 4.29. Porcentaje de reducción en la irradiancia recibida por las células fotovoltaicas
La variación del factor de forma con la intensidad solar y con la densidad
de suciedad se muestra en las siguientes gráficas.
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Fig. 4.30. Variación del factor de llenado con la irradiancia
Fig. 4.31. Variación del factor de llenado con la densidad de suciedad
Conclusiones extraídas por los autores del estudio:
- La acumulación de suciedad en la superficie de los paneles
fotovoltaicos reduce la potencia proporcionada por dichos sistemas
- El nivel de degradación depende de la densidad de partículas,
valor que hay que referir al tipo de polvo con el que se trabaja, que debe ser
definido en función del tipo de material y de su tamaño de partícula.
- Partículas con un diámetro medio de 80 �m reducen la corriente
de cortocircuito en un 82 % cuando su densidad alcanza los 250 g/m2. Con
estos valores, la potencia proporcionada por el panel se reduce en un 84 %.
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- El factor de llenado es sensible al incremento de la intensidad
solar.
- El incremento de temperatura de la célula cuando ésta está
limpia, así como el cubrimiento parcial de la superficie del panel tanto para la
etapa inicial de deposición como para la final de excesiva suciedad, han
resultado en una disminución notable del factor de llenado.
h) Measurement of direct, diffuse and total solar radiation with silicon
photovoltaic cells. Selçuk, K. & Yellot, J. I. [8]
En este estudio, se pretende determinar lo apropiado del uso de células
fotovoltaicas de silicio como medidores de radiación solar. La causa que invita
a realizar este análisis es la demanda de equipos que lleven a cabo la tarea
anteriormente mencionada a relativos bajos precios.
Para ello, se dispuso de 6 células sometidas a variaciones de
temperatura y sobre las que se irradia tanto luz solar como artificial (tungsteno).
Como es sabido, la intensidad de salida de las células de silicio exhibe, a
temperatura constante, un comportamiento lineal como respuesta a la radiación
solar.
Fig. 4.32.A. Variación de la intensidad de cortocircuito con la intensidad de la radiación solar
incidente.
Fig. 4.32.B. Variación de la intensidad de cortocircuito y tensión de circuito abierto con la
temperatura para una célula de silicio bajo un iluminación de tungsteno constante.
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Como se puede ver en la figura 4.31.B, la variación de la corriente de
cortocircuito con la temperatura es muy pequeña. Esto llevó a medir y analizar
la salida de la célula en función de la caída de tensión a través de una pequeña
resistencia.
Para estudiar la compensación por temperatura se llevó a cabo el
siguiente experimento. Seis células de silicio 120-C fueron soldadas a un disco
de cobre. Durante la primera parte del ensayo, las células fueron sometidas a
100 W de luz artificial de tungsteno. Durante la segunda parte, el dispositivo fue
adosado a un seguidor solar que recibió la radiación de este último desde las
11am hasta las 1pm. Los resultados obtenidos se muestran en la siguiente
tabla:
Fig. 4.33. Variación de la intensidad de cortocircuito de las células de silicio sin compensar para
temperatura des de los 32 hasta los 194 ºF, expresado como desviación de la corriente a 77 ºF,
para luz de tungsteno y radiación solar
La variación en la tensión de salida para las células 2, 3 y 6 se muestra
en la siguiente figura.
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Fig. 4.34. Variación de la corriente de cortocircuito para células de silicio bajo iluminación de
tungsteno constante sobre un rango de temperaturas desde los 40 a los 195 ºF.
De los resultados obtenidos, se observa que la intensidad de
cortocircuito aumenta con la temperatura hasta un punto, fuera del rango de
temperaturas solares, en el cual comienza a disminuir. Además, cada célula
presenta su propia característica intensidad-temperatura. Por ejemplo, bajo luz
solar, la intensidad en la célula 3 sube hasta el 4.67% mientras que en la 5
aumenta hasta el 5.9%.
Para analizar la influencia del factor coseno se construyó un dispositivo
cuyo elemento sensible es la célula de silicio. Para cada valor del ángulo de
incidencia, la variación que introduce dicho parámetro se analizó mediante el
siguiente parámetro:
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Los resultados obtenidos se muestran en la figura 4.35. Se puede
observar como a partir de un ángulo de incidencia de 20º, la reflectividad de la
célula aumenta rápidamente y la respuesta frente al factor coseno se aleja de
un valor fiable.
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Fig. 4.35. Variación de la respuesta al factor coseno para células de silicio con ángulos de
incidencia desde los 0 a los 90º
A continuación, los autores del artículo pasaron a analizar el efecto de la
variación de la masa de aire. Los resultados obtenidos quedan ilustrados en la
siguiente gráfica:
Fig. 4.36. Variación de la respuesta del solarímetro con el incremento de la masa de aire
Si se superponen el efecto debido al factor coseno y el debido a la masa
de aire, se observa que para altas altitudes solares no se necesita ninguna
corrección. Para altitudes por debajo de los 60º, ambos efectos se
contrarrestan y la desviación es muy pequeña, como se pone de manifiesto en
la siguiente gráfica:
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Fig. 4.37. Efecto combinado de la variación de la masa de aire y la desviación de la ley del
coseno sobre la respuesta de un solarímetro para altitudes solares desde 0 a 90 grados.
Las conclusiones extraídas por los autores del artículo son las
siguientes:
- La corriente de cortocircuito de las células fotovoltaicas de silicio
puede ser usada con confianza para medir la radiación solar, siempre y cuando
se le apliquen los factores correctores correspondientes a la masa de aire, al
factor coseno y a la variación de temperatura. Este último parámetro puede
eliminarse mediante un dispositivo específico que compensa el crecimiento en
la característica corriente-temperatura de la célula.
- Las correcciones para el factor coseno y la masa de aire pueden
expresarse en función de la altitud solar en el caso de una célula horizontal.
Para disposiciones diferentes a la horizontal, deben hacerse correcciones tanto
para el factor coseno como para la masa de aire.
- Las células solares pueden usarse de manera precisa para medir
la radiación solar tomando en cuenta las pautas de corrección anteriormente
mencionadas.
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i) Measurement of solar radiation by silicon solar cell. Bonner, M. G. &
Sapsford, C. M. [9]
En este artículo, Bonner y Sapsford llevaron a cabo una investigación
sobre el uso de una célula solar de silicio para medir radiación solar.
Principalmente, el estudio se centró en el efecto de los constituyentes
atmosféricos y las variaciones de longitud de onda sobre las prestaciones que
ofrece una célula solar de silicio actuando como un medidor de radiación.
Para ello, se compararon los datos obtenidos por una célula solar de
silicio con los de un solarímetro de termopila tipo Kipp.
Constantes de calibración teóricas para varias condiciones y el efecto
del cambio del ángulo de incidencia del rayo solar directo sobre la célula de
silicio no se trataron en este estudio, direccionando dicha información al
artículo “Measurement of direct, diffuse, and total solar radiation with silicon pv
cells” [8].
Para comenzar el artículo, los autores hicieron una revisión de los
distintos materiales con que se pueden fabricar las células solares. En
cualquiera de los casos, las prestaciones ofrecidas por el silicio monocristalino
parecen mejorar las del selenio policristalino y la del sulfito de cadmio
monocristalino. Esto se puede apreciar comparando las curvas espectrales de
los tres materiales (figura 4.38), donde se observa cómo el silicio, que es
sensible a lo largo del rango de longitudes de onda visibles y parte de las
infrarrojas, abarca un espectro mucho más amplio que el selenio o el sulfito de
cadmio.
Los constituyentes atmosféricos tienen influencia en los cambios sobre
la distribución espectral de la radiación. Debido a la naturaleza selectiva de la
célula de silicio, una variación de dicha distribución puede afectar al
comportamiento del dispositivo. Así, expresamos el índice de calibración
debido a este fenómeno como la intensidad de cortocircuito generada por la
radiación por unidad de superficie.
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Fig. 4.38. Distribución espectral para un cuerpo negro a 7000 K. Respuesta relativa de
fotocélulas de Cadmio (Cd), Selenio (Se) y Silicio (Si).
Según este estudio, la variación en el contenido de polvo de la atmósfera
no tiene mucha influencia en el índice de calibración. En cambio, la cantidad de
vapor de agua sí podría tener importancia. También parecen factores a tener
en cuenta las variaciones en la longitud del camino óptico de los rayos solares
a través de la atmósfera, es decir, la nubosidad.
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Fig. 4.39. Comparación de la salida de un radiómetro solar compuesto con una célula de silicio
y un solarímetro Kipp, ambos en posición horizontal.
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En la búsqueda de un índice de calibración, se observó que éste no
puede definirse. Sin embargo, se puede determinar una constante de
referencia que desacopla y aísla los factores correctores por ángulo de
incidencia y por calidad espectral.
La toma de datos se produjo desde diciembre del 61 hasta noviembre
del 62. Se llevó a cabo un mantenimiento semanal consistente en la limpieza
del polvo acumulado sobre las superficies de los equipos.
El estudio arroja los siguientes resultados. Se pueden establecer dos
grupos de constante de calibración:
- Para cielo despejado: 15.2 ± 2% mA·cm-2·min/ly
- Para cielo cubierto: 16.6 ± 3% mA·cm-2·min/ly
Esto se muestra en la siguiente gráfica:
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Fig. 4.40. Comparación entre la salida proporcionada por un radiómetro solar de célula de
silicio y la radiación total solar recibida.
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Conclusiones extraídas por los autores del artículo:
� Cuando sólo varía la longitud del camino óptico, permaneciendo
constante los constituyentes atmosféricos, la constante de calibración de la
célula solar debe incrementarse significativamente con el aumento de la
longitud del camino óptico.
� En cuanto al efecto del ángulo de incidencia, la señal de la célula
solar sufre una caída notable para valores de dicho parámetro superiores a 30º.
� Las variaciones debidas a cambios de los elementos atmosféricos
solapan las variaciones debidas a cambios en la longitud del camino óptico.
� Se observa que en días nublados o parcialmente nublados, la
constante de calibración aumenta significativamente. Esto se puede deber a la
mayor presencia de vapor de agua en el ambiente, que resulta en que un
mayor porcentaje de la radiación esté comprendida en el rango de longitud de
onda para el cual la célula responde.
� La sensibilidad de la célula de silicio ante los constituyentes
atmosféricos y la longitud del camino óptico, hacen que la constante de
calibración sea distinta en cada localización y que dependa de las condiciones
meteorológicas del emplazamiento.
� En muchas situaciones, los resultados obtenidos a lo largo del
estudio son satisfactorios y por tanto, la célula solar podría usarse como
radiómetro solar.
j) Solar radiation resource assessment by means of silicon cells. Alados-
Arboledas, L., Batlles, F. J. & Olmo, F. J. [10]
El alto coste de inversión así como el periódico mantenimiento que
requieren equipos como el piranómetro y el pirheliómetro, hacieron plantearse
a los autores de este artículo la medición de la radiación solar por medio de
células solares.
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Los inconvenientes de usar estos últimos dispositivos son la variación de
su respuesta frente a la temperatura y al espectro solar, con respecto a las
termopilas.
El objetivo es, por tanto, obtener un procedimiento de corrección que,
aplicado a los resultados arrojados por la célula solar, nos permita obtener
unos datos de radiación comparables a los que se obtendrían usando equipos
de termopilas.
Antes del proceso de corrección, las principales discrepancias se
observan para la radiación difusa en cielos despejados.
El modo más barato de medir las tres componentes de la radiación solar
son dos piranómetros (uno de ellos sombreado). Así, se obtuvo la radiación
global y la difusa, pudiendo calcular la directa con un sencillo cálculo teniendo
en cuenta el ángulo zenit.
Por tanto, se afrontó la tarea de usar células solares como medidores de
radiación. Estos presentan problemas asociados con una respuesta espectral
limitada y no uniforme. Otra desventaja es su dependencia térmica (en torno al
15% por ºC).
Los sensores térmicos (termopilas), sin embargo, tienen una constante
de tiempo para la obtención de datos del orden de 1 a 10s frente a los 10e-6 s
de las células solares.
Un problema común a ambos sensores está asociado a su respuesta
frente al factor coseno para altos valores del ángulo de incidencia, con peores
resultados para la célula de silicona.
Respuesta espectral del fotodiodo de silicio y del piranómetro de
termopila:
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Fig. 4.41. Respuestas espectrales del piranómetro de silicio y del piranómetro de termopila.
1=distribución espectral de la radiación solar al nivel del mar para una masa de aire de 1.
2=respuesta espectral relativa para un piranómetro de termopila (Kipp & Zonen CM-11).
3=respuesta espectral relativa para sensor fotovoltaico (Licor 200-SZ).
Los datos usados en el estudio fueron tomados en Almería durante los
años 1990 y 1992. Para ello se utilizaron dos medidores fotovoltaicos, uno para
radiación difusa y otro para directa; y dos radiómetros de termopila usados
como referencia.
Se almacenaron la media de los datos recogidos cada 10 minutos. El
estudio se limita a ángulos zenit menores de 85º.
Los datos tomados se dividieron en dos grupos. El primer conjunto se
usó para desarrollar el modelo de corrección y el segundo para comprobar su
validez.
Para la búsqueda del modelo de corrección se desarrolló una relación
matemática que está influenciada por tres factores que a su vez vienen dados
por expresiones matemáticas: la claridad del cielo, el brillo de la luz del cielo y
el ángulo solar zenit.
Así, cuando se aplica la corrección por temperaturas obtenemos los
siguientes resultados:
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Fig. 4.42. Irradiancia global y difusa del piranómetro de silicio frente al de termopila después de
la corrección por temperatura
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Cuando se aplica la corrección por dispersión del espectro solar los resultados
mejoran:
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Fig. 4.43. Irradiancia global y difusa del piranómetro de silicio frente al de termopila después de
la corrección espectral
Conclusiones extraídas por los autores del artículo:
- Las células solares pueden ser usadas como medidores de
radiación, lo cual supone un ahorro económico importante.
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- Para ello, hay que aplicar una corrección en los datos obtenidos
con dichos dispositivos, obteniendo unos resultados finales que presentan una
desviación media de entre el 4 y el 5 % con respecto a los obtenidos con
piranómetro y pirheliómetro.
- La radiación difusa presenta una mayor imexactitud tanto antes
como después de aplicar el método de corrección.
- En el estudio, no se han tenido en cuenta problemas asociados
con las obstrucciones indeseables de la banda de sombra.
- En resumen, existe la posibilidad de medir la radiación solar a un
coste moderado y una exactitud aceptable.
4.2. CONCLUSIONES �
El conocimiento y estudio de los dispositivos de energía solar han sido
temas que a lo largo del siglo XX se han tratado desde muchas perspectivas y
con relativa profundidad. Así, se dispone de información de una amplia gama
de dispositivos de aprovechamiento de energía solar que van desde módulos
fotovoltaicos, hasta sistemas de captación de baja temperatura (colectores) y
alta-media (concentradores), pasando por el estudio de cubiertas de vidrio,
radiómetros, etc.
Como denominador común a todos ellos, decir que las condiciones
climáticas y de posición geográfica en que trabajan estos dispositivos son
factores de un peso fundamental a la hora de evaluar el rendimiento de dichos
sistemas. Así, muchos de estos artículos se centran en el análisis de las
prestaciones proporcionadas por estos equipos en multitud de localizaciones
diferentes: climas húmedos, enclaves desérticos, etc.
También se ha tratado, aunque quizás con menos intensidad, el efecto
que la suciedad tiene sobre el rendimiento de paneles fotovoltaicos. Se ha
estudiado el efecto de polvos de distintos materiales, tamaños de partícula y
densidad de acumulación, obteniendo conclusiones reveladores y, sin duda, de
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gran utilidad a la hora de predecir el comportamiento en los parámetros de
salida de los dispositivos solares antes mencionados.
También podemos observar que la bibliografía existente es pobre en
cuanto al estudio del comportamiento de células solares de silicio
monocristalino actuando como medidores de radiación solar.
La revisión bibliográfica realizada en este proyecto ha estado centrada
en los aspectos expuestos en estos dos últimos párrafos y las principales
conclusiones que se pueden extraer son las siguientes:
- El grado de suciedad existente en la superficie de un dispositivo
se ha caracterizado por densidad de acumulación (g/m2) y por tamaño de
partícula.
- Se ha analizado el efecto que la suciedad provoca en la
degradación de la célula fotovoltaica, pero siempre considerando distribuciones
homogéneas del mismo.
- En todos los casos se ha observado cómo la intensidad de
cortocircuito y la potencia de salida disminuyen con el aumento de la suciedad,
siguiendo leyes matemáticas que pueden aproximarse con bastante exactitud
con un ajuste de mínimos cuadrados. La tensión de circuito abierto, sin
embargo, exhibe un comportamiento constante con la suciedad (Al-hasan y
Ghoneim [4]).
- El tipo de material es significativo a la hora de cuantificar la
radiación que recibe la célula. Elementos con mayor absortividad como el
carbón o el cemento degradan el rendimiento de estos sistemas aún más que
la caliza (Shobokshy y Hussein [1]).
- La degradación de una célula solar es más sensible a la
acumulación de suciedad de partículas finas que gruesas (Shobokshy y
Hussein [1]).
- La eficiencia normalizada de una célula fotovoltaica disminuye con
mucha más pendiente para acumulaciones de polvo por debajo de 1.5 g/m2.
Esto se debe a que, a partir de dicho valor, las partículas empiezan a
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acumularse encima de otras ya depositadas, con lo cual no ocupan área
efectiva de la célula (Al-hasan y Ghoneim [4]).
- En el estudio de concentradores fotovoltaicos realizado en Arabia
Saudí por Shobokshy, Mujahid y Zakzouk [5], se concluye que la suciedad
acumulada disminuye la intensidad de cortocircuito generada hasta un valor de
polvo de 2 g/m2, a partir del cual, la intensidad permanece prácticamente
constante.
- Al estudiar el efecto de la suciedad sobre la transmisividad en una
lámina de polietileno de 0.2 mm de espesor, se concluye que dicho parámetro
se reduce en un 30 % para una acumulación de polvo de 8.42 g/m2. Para una
degradación natural, se observa como la transmisividad disminuye siguiendo
una tendencia no lineal definida (Mastekbayeva y Kumar [2]).
- La disposición de la célula solar influye directamente en la
acumulación de la suciedad. Así, dispositivos con poca inclinación exhibirán
una mayor tendencia a la acumulación de polvo que otros con más inclinación.
Además la transmitancia se ve reducida conforme disminuye el ángulo de
inclicnación (Elminir, Ghitas, Hamid y El-Hussainy [3]).
- Un piranómetro de silicio monocristalino en Sede Boquer (clima
desértico) sufre una degradación del 0.1% diario, según Feuermann y Zemel
[6]. Este resultado es particular de esta situación geográfica y por tanto, no se
puede generalizar.
- La evolución de la intensidad de cortocircuito normalizada sigue
una evolución no lineal claramente definida con la acumulación de polvo y con
la radiación normalizada. Estas relaciones han sido estudiadas por El-
Shobokshy y Hussein [7] en su artículo.
- Se ha estudiado la variación de la intensidad de cortocircuito que
experimenta una célula solar tanto para una radiación artificial de tungsteno
como para radiación solar, poniéndose de manifiesto que cada célula presenta
su propia característica intensidad-temperatura (Selçuk y Yellot [8]).
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- La influencia del factor coseno es determinante en la fiabilidad de
la respuesta proporcionada por una célula solar. Así, para ángulos de
incidencia superiores a los 20º, la reflectividad de la célula aumenta
rápidamente y dicha respuesta se aleja de valores fiables (Selçuk y Yellot [8]).
- En cuanto a la masa de aire, los resultados expuestos muestran
que este factor es importante para altitudes solares por debajo de los 30º
(Selçuk y Yellot [8]).
- El silicio monocristalino abarca un espectro más amplio que otros
materiales siendo, por tanto, el elemento más recomendable para construir
dispositivos solares tales como piranómetros o células fotovoltaicas.
- El estudio de Bonner y Sapsford [9] propone dos constantes de
calibración para corregir los datos de radiación recogidos por una célula de
silicio: una constante para cielo despejado y otra para cielo cubierto.
- Se han desarrollado correlaciones para compensar la desviación
en la respuesta que una célula solar experimenta para variaciones de
temperatura y debido al espectro solar de radiación (Alados, Batlles y Olmo
[10]). Se observa cómo dicha respuesta mejora notablemente cuando se
corrige por espectro solar. Aún así, los resultados de radiación difusa exhiben
una mayor desviación que la directa.
Como conclusión general al trabajo de revisión bibliográfica, decir que la
mayoría de los estudios se han realizado en condiciones de interior de un
laboratorio con luz artificial. Además, existe mucha información sobre la
influencia de la suciedad en el rendimiento de células solares en dichas
condiciones para posiciones horizontales de los dispositivos. Sin embargo, el
conocimiento es escaso en cuanto su comportamiento para inclinaciones
distintas de la horizontal.
Es por esto que este proyecto se plantea el estudio de una célula solar
expuesta a la intemperie y de los efectos que sobre su comportamiento
producen ángulos de incidencia y suciedad variables.