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Puesta al día en paneles solares

19/04/20

Los paneles solares han evolucionado mucho en los últimos años, e incluso en los últimos meses. Pero no siempre es fácil hacerse una idea de hacia dónde va esta evolución y menos de cómo implementarla a bordo. A la gran cantidad de tecnología y, a menudo, a unos términos difíciles de entender, se les han agregado precios que pueden variar significativamente. Albert Brel

paneles solares

Las distintas tecnologías

Actualmente conviven varias familias en el mercado de los paneles solares: cSi (policristalino, monocristalino y amorfo), CIGS y una denominada orgánica que está en sus inicios pero que  no está todavía en el mercado. La producción de CIGS en placas finas aún es muy escasa, pero hay algunas empresas que se dedican a ella, aunque no todas producen de la misma forma.

En cuanto a la fabricación, el panel policristalino utiliza piezas de sílice reconstituidas. Y en cuanto a los paneles amorfos, prácticamente han desaparecido del mercado.

Es difícil decir cuál es el mejor si se comparan, porque cada uno tiene sus ventajas e inconvenientes dependiendo de sus características y en función de su fabricación (flexible o rígido). Algunos paneles ofrecen buenos resultados con poca luminosidad, otros requieren cielos despejados. Pero, en todo caso, existe una tendencia que se desmarca por su rendimiento: el panel monocristalino.

Por el momento el panel monocristalino destaca por su rendimiento.

 

 

Entendiendo los números

A menudo, los vendedores solo informan de la potencia, por ejemplo 150 vatios. Aunque este dato nos da una indicación, no es suficiente definir el panel, es necesario conocer la tensión. Un panel solar no proporciona 12 voltios, sino un voltaje mucho más alto que está entre 18,50 y 22 voltios para un panel de 100 vatios, mientras que uno de 150 vatios puede alcanzar los 25,5 a 30 voltios. En resumen, un panel de 150 vatios, que en teoría debería proporcionar 12 voltios a 12,5 amperios proporciona en la práctica entre 5,4 voltios y 8 amperios (150/18).

Paneles solares orientables sobre un arco de radar.

Paneles solares orientables sobre un arco de radar.

El segundo punto importante es el rendimiento que rara vez se especifica por el fabricante. Cuando viene indicado, se indica un valor, por ejemplo, del 10% o el 20% más. Podríamos pensar que un panel de 150 vatios solo puede proporcionar entre 15 y 30 vatios. Algunos vendedores le dirán que este es un valor promedio durante el día. Y no es así. Existe una norma denominada STC (Standard Test Conditions) que proporciona resultados muy precisos. Corresponde a una medición realizada en el Ecuador con una radiación solar de 1.000 W por m², una temperatura exterior de 25 °C y una masa de aire de 1,5. La cifra obtenida bajo estas condiciones, si se lee de acuerdo con los estándares, nos ofrece el rendimiento real del panel solar. Pero, en la práctica, la fluctuación de la luminosidad solar según las regiones y las estaciones de año hace que el rendimiento real varíe en consecuencia. El concepto de rendimiento, pues, debe considerarse a la hora de elegir la tecnología del panel. A igual potencia, cuanto mayor sea el rendimiento, más pequeño será el panel y, por lo tanto, más ligero. Hasta la fecha, los paneles solares con células monocristalinas son los que tienen el mejor rendimiento, que puede alcanzar hasta el 25%.

 

 

Gama de paneles flexibles SunPower.

 

 

La fabricación de un panel

Para hacer un panel se pueden emplear celdas enteras o cortadas, y luego se conectan entre sí como si fueran baterías en serie o en paralelo. En serie, se suman las tensiones, en paralelo, la corriente. Una celda proporciona un voltaje cercano a 0,5 voltios. La fabricación convencional implica conectar las células mediante un cable y un bus. Esto es fácil de realizar, pero tiene dos desventajas: la primera, la pérdida de voltaje en el cableado; y la segunda, la disminución de la superficie activa. Se estima que no se utiliza el 20% del área del panel. Además, este diseño es sensible a las sombras parciales. La corriente en los paneles disminuye considerablemente cuando una parte está en la sombra.

Las sombras de recorrido reducen la producción eléctrica.

La segunda tecnología se llama Back Contact. En este caso, la conexión está en la parte posterior de la celda y toda la superficie se aprovecha para la producción de energía. En 2018 apareció un nuevo método de conexión de células, llamado PERC (Passivated Emitter and Rear Cell) (emisor pasivo y celda posterior) desarrollado por el laboratorio alemán SolarWorld e implementado por ISFH Hameln. Las celdas se cortan y se conectan en serie y luego en paralelo mediante un recubrimiento especial y pegamento conductor. La conducción entre cada celda es, por lo tanto, integral y no solo a través del bus eléctrico. Esto elimina el uso de estaño en la superficie, reduce la resistencia y optimiza la superficie útil. Las celdas cortadas reducen la temperatura operativa del módulo en 2° C y, como resultado, aumentan su vida útil y la producción de electricidad. El ensamblaje PERC permite que las celdas absorban más luz y, por lo tanto, ofrecen un rendimiento mucho mejor con poca luz. Esto también reduce en gran medida la afectación por sombras. De hecho, las células ensambladas juntas forman una sola célula. Y en cuanto al cableado de conexión éste está en la parte posterior de la célula.

 

 

¿Rígido o flexible?

Los paneles solares tradicionales son rígidos. Están montados en un marco de aluminio y protegidos por un vidrio, preferiblemente antirreflejos. Esta es la solución más fiable porque el panel de vidrio resiste los rociones y los rayos UV. Bien ventilados e instalados en un arco o en pescantes, su rendimiento mejora si son ajustables. Pero la desventaja de estos paneles radica en su peso. Son pesados ​​y voluminosos. Los paneles flexibles, que vemos cada día más, parecen una solución interesante y práctica, aunque conllevan un aumento de peso significativo. Pero no ocurre así con todos. Pascal Petit, director general de ITC Europe, nos da unos cuantos consejos: una célula cSi es rígida. Considerar que se puede realizar un panel flexible con una celda cSi es un disparate. Doblar o caminar sobre una celda cSi genera miles de microgrietas que se convierten en resistencias y, por lo tanto, en un «punto caliente». El riesgo es, a corto o a medio plazo, ver cómo el panel se deslamina. Pero incluso antes de que se deslamine, una microgrieta de la célula genera inmediatamente una pérdida de potencia. Por lo tanto, los paneles flexibles que ofrece actualmente el mercado son particularmente frágiles. Su vida útil es mucho más corta que la de los paneles rígidos, con marcos de aluminio. Solo son recomendables los paneles flexibles hechos con células CIGS. El líder en este campo es Global Solar (células CIGS).

Hay que tener cuidado con curvar demasiado ciertos paneles.

Estos paneles tienen un rendimiento menor (entre el 14 y el 15%) pero aportan la ventaja de ser flexibles y mucho más ligeros. Por lo tanto, se recomiendan para colocarlos en toldos, adaptados sobre la cubierta, etc. Los llamados paneles «blandos» pueden adoptar un cierto radio de curvatura (aunque más bien limitado). Las células están protegidas no por vidrio, sino por una resina polimérica antideslizante ETFE.

La ausencia de un marco de aluminio y vidrio motiva que estos paneles sean más ligeros: por lo tanto, un panel rígido monocristalino de 100 W pesa de promedio 8 kg (CIGS HP115) contra los 1,35 kg de un panel flexible (HPFlex 115).

En las embarcaciones de regata los paneles flexibles son una solución habitual.

Los paneles solares flexibles están construidos con las mismas células solares que los rígidos.

A igual tamaño, tienen el mismo rendimiento. Sin embargo, los paneles colocados en cubierta plana pierden algo de eficiencia debido al calentamiento de las celdas y a las sombras del mástil, la vela, etc. Por otro lado, podemos optimizar el rendimiento de los paneles flexibles haciéndolos móviles y así poder orientarlos mejor de acuerdo con el sol. Finalmente, aunque los paneles rígidos ahora son más fiables, todavía tenemos poca perspectiva sobre la vida útil de los paneles flexibles.

 

 

 

Paneles solares orientables

Pequeño panel rígido orientable.

 

 

Los accesorios eléctricos necesarios

Primero, la caja de conexiones. Debe ser estanca (certificada IP67). Los conectores deben ser certificados o compatibles MC4. Las conexiones deben hacerse con un cable cuya sección depende de la potencia de los paneles. En ningún caso debe ser inferior a 4 mm². Queda un último punto: el regulador que cumple dos funciones, transforma el voltaje del panel (18 a 22 voltios) en uno compatible con las baterías (12 a 14 voltios), y regula la corriente de acuerdo con la carga de la batería. Las nuevas generaciones de reguladores funcionan como cargadores de batería en tres fases: carga, ecualización, flotación. Estos modelos se denominan MPPT (Maximum Power Point Tracking) (seguimiento del punto de máxima potencia). El regulador debe elegirse de acuerdo con la corriente máxima entregada por el panel.

La mayoría de fabricantes ofrecen el producto en kit listo para instalarse.

 

 

La instalación a bordo

Todo depende del barco y de cuánta energía se quiera obtener. En un monocasco, si uno opta por los paneles rígidos, la solución que permite obtener el mejor rendimiento es la su ubicación en un arco de popa o en un mástil. El poder orientar manualmente el panel o paneles es una ventaja. Debemos saber que, el rendimiento máximo se obtiene cuando el panel está orientado hacia el sol e inclinado a la latitud del lugar, por ejemplo, a unos 45° en nuestras latitudes. La otra solución es optar por modelos flexibles que se puedan montar en la cubierta, en el tejadillo o en el toldo bimini.

Paneles ubicados sobre un flotador de multicasco.

 

En un multicasco, en principio tenemos las mismas posibilidades de montaje que en un monocasco, aunque disponemos de espacios más amplios para instalarlos, o en lugares como en la parte superior de los pescantes. Uno de los aspectos que afecta en gran medida el rendimiento son las sombras en el panel. Debe evitarse la instalación, por ejemplo, cerca de una turbina eólica (por las sombras que dan las aspas), de una vela o de cabos que puedan hacer sombra.

 

La ubicación en un arco de radar puede ser una buena solución en un monocasco de crucero.

 

 

 

Lo que podemos esperar de un panel

A modo indicativo, un barco equipado con un panel de 100 vatios, durante los meses de verano y teniendo en cuenta los diversos factores, como la orientación, las sombras, etc., no podemos esperar más de 35 Ah en zonas como en el Canal de la Mancha y el Atlántico, y unos 50 Ah en áreas del Mediterráneo. Como referencia, tenemos que una nevera de a bordo viene a consumir 3,5 A, o sea 50 Ah si trabaja el 60% del tiempo.

Situados sobre los pescantes quedan fuera del alcance de las sobras de recorrido.

 

 

El origen de los paneles

Asia es el líder mundial y, más específicamente, China. Algunos módulos provienen de países lejanos, solo por razones de costo de fabricación o de aranceles. Los paneles flexibles se fabrican principalmente en los Estados Unidos. Un aspecto importante es verificar el origen del proveedor. Esto permite saber si éste es europeo y si cumple con los requisitos de calidad, en particular los estándares ISO9001-2000 (referentes a la calidad) e ISO14001 (referentes al medio ambiente). El vendedor debe proporcionar toda la información técnica del panel (potencia, corriente, eficiencia, tipo de celdas, etc.), así como la relacionada con el origen. Debemos considerar las indicaciones para su uso en tierra: el panel puede ser buena calidad, pero no estar diseñado para instalarse en un entorno marino. Tanto el marco como las conexiones eléctricas sufrirán la corrosión marina en poco tiempo.