Estudio del efecto de nubosidad confinada en la eficiencia de paneles fotovoltaicos

Abstract

La energía solar fotovoltaica representa una fuente renovable de energía, la cual se obtiene directamente a partir de la radiación solar mediante un dispositivo semiconductor denominado celda fotovoltaica. Debido al amplio potencial de uso que presenta el recurso solar y la creciente demanda energética, es de interés el aprovechar de manera óptima este recurso. La producción de energía solar es sensible ante muchos factores, desde propiedades de la celda fotovoltaica en sí misma, como factores medioambientales, entre los cuales se presenta la nubosidad, que afecta de manera perjudicial a un sistema de celdas. Las nubes comprenden fenómenos de reflexión y absorción, afectando la radiación incidente en las celdas solares, y así mismo su desempeño. El caracterizar este fenómeno permitiría crear una red de monitorización de energía solar que simulase cómo impactarían las nubes sobre sistemas fotovoltaicos y así, gestionar las fluctuaciones eléctricas, para que la red no se vea afectada de manera significativa. Este trabajo se centra en el estudio experimental del desempeño de paneles fotovoltaicos sometidos ante una nubosidad controlada. Para el desarrollo de este estudio se generó nubosidad de manera experimental, que es confinada a un recipiente de vidrio traslucido posicionado entre una fuente de luz y la celda solar. Dicho montaje permite el estudio de la respuesta del panel fotovoltaico ante distintas configuraciones de la nubosidad, donde se varió su distancia a la celda receptora y espesor. La nubosidad generada cuenta con una densidad de 0,7063 [kg/m3] y diámetros de gotas de 3 a 5 micrómetros. El montaje experimental construido muestra tener un comportamiento estable, donde los datos medidos presentan una tendencia muy similar a las curvas teóricas que caracterizan el comportamiento del diodo ideal. Los errores para los datos medidos de intensidad de corriente no superan el 6%, mientras el voltaje se mide con una incertidumbre menor al 4%. Se obtienen regresiones de las curvas características con coeficientes de determinación superiores a 0,91. La radiación percibida por la celda disminuye con el aumento de la distancia entre celda y nubosidad. Son estudiadas distancias de 1, 5,5, 10 y 14,5 [cm] para una nubosidad de espesor 4 [cm]. Si bien la porción de radiación bloqueada muestra un aumento con la distancia, este crecimiento tiende a un valor límite, cercano a un 15%, medido para una separación de 14,5 [cm]. El aumento en la distancia de la nubosidad a la celda se ve reflejado en un escalamiento de la curva característica IV, desplazándola hacia el origen sin alterar su forma. Aumentos en el espesor nuboso utilizado generan decaimiento en la radiación percibida por la celda fotovoltaica. Se estudian casos de espesores 4, 8, 12 y 16 [cm], ubicados a una distancia de 1 [cm] frente a la celda. Se obtiene que la radiación bloqueada aumenta desde un 4,95% para un espesor de 4 [cm], hasta un 51,73% para un espesor de 16 [cm]. El aumento del espesor en la nubosidad se ve reflejado en un desplazamiento de la curva característica IV de la celda hacia el origen, donde el valor de disminuye en mayor medida que, por lo que se aprecia un cambio en la forma de la curva característica, a diferencia del caso de desplazamiento nuboso.