¿Cuánta Energía Produce un Panel Solar por Día?

1.- Potencia Instantánea del Panel Solar Fotovoltaico

Un panel solar fotovoltaico (PSF) produce una cantidad limitada de energía por día, la cual depende de dos aspectos esenciales que son la localización geográfica, y la potencia instantánea nominal de dicho panel.

La localización geográfica determina lo que se denomina el número de horas efectivas de sol (N_hes), que multiplicada por la potencia nominal del panel solar fotovoltaico (P_np), nos da la energía total que produce dicho panel en un día de funcionamiento normal.

La potencia nominal del panel es normalmente la indicada por el fabricante, y usualmente es uno de los parámetros que se utiliza cuando uno adquiere los paneles solares fotovoltaicos. Cuando se habla de un panel solar de 80 W, no estamos refiriendo a un panel solar fotovoltaico que puede producir 80 vatios de potencia instantánea, una vez que éste es iluminado de manera perpendicular con una irradiación solar equivalente a 1000 W/m² con un espectro tipo AM 1.0.

En cualquier caso la energía total que produce un panel solar por día (E_td), viene dada por la siguiente expresión:

E_td= N_hes.P_np

En esta multiplicación N_hes es el número equivalentes de horas de sol para el lugar donde está ubicado el panel solar, y P_np es la potencial nominal del panel solar que estamos utilizando.

Este valor de energía total que se obtiene, está dado en unidades de Wh (vatios x hora), que es una medida de la energía en términos de consumo eléctrico. El consumo de todos los electrodomésticos siempre viene dado en esas unidades de Wh. Así por ejemplo, un bombillo led o de cualquier otro tipo, puede tener un consumo medio de 9 Wh. Si tu panel solar produce al día por ejemplo 90 Wh, significa que puedes mantener encendido en promedio ese bombillo unas 10 horas por día. Esto resulta de dividir la energía total que produce tu panel que son 90 Wh, entre el consumo medio de tu bombillo que es de 9 Wh.

2.- ¿Por qué la ubicación geográfica es importante para un panel solar?

El lugar geográfico donde se ubicará el panel solar fotovotaico, determinará la cantidad de irradiación solar promedio que puede recibir en un día cualquiera a lo largo de las diferentes estaciones del año. Un panel solar fotovoltaico que se ubica en las zonas intertropicales del planeta, es decir entre los dos trópicos, producirá mucho más energía en promedio a lo largo de un año, que si éste está ubicado a mayores latitudes, tanto en el hemisferio norte como en el hemisferio sur. Esto se debe a que el número de horas efectivas de sol a lo largo del año, es mucho mayor en las zonas intertropicales que en las zonas al norte o al sur de los trópicos de capricornio o de cáncer, respectivamente. Esto se puede notar claramente en el mapa de irradiación solar directa de nuestro planeta, donde se oberva que las zonas en los trópicos tienen mayor cantidad de horas diarias efectivas de sol durante sus veranos, que las zonas que se encuentran a mayores latitudes.

2.1.- Número de Horas efectivas de Sol: N_hes

El número de horas efectivas de sol, no son más que una medida de a cuántas horas es equivalente la cantidad de irradiación solar que se recibe en un lugar geográfico específico, en unidades de 1000 W/m², cada día. Por ejemplo, si en una ciudad se reciben a lo largo de todo un día unos 4200 W/m² de irradiación, entonces, en esa ciudad hay 4,2 horas efectivas de sol diario, que resulta de dividir 4200 W/m² entre los 1000 W/m² que se utilizan como referencia. Se utiliza esta referencia de irradiancia solar, porque todos las potencias nominales de los paneles solares fotovoltaicos producidos se determinan usualmente a este valor de irradiación solar.

En términos generales, la irradiación solar va disminuyendo a medida que la latitud va aumentando más allá de las latitud de los trópicos. La máxima irradiación en el planeta se recibe precísamente sobre los trópicos de cáncer o de capricornio en sus respectivos veranos. Esta irradiación disminuye un poco cuando nos acercamos al ecuador, pero dicha reducción no es significativa en comparación a la que ocurre en el resto de las latitudes del planeta.

Cuando la latitud es mucho mayor a la de los trópicos, se va produciendo un reducción en la irradiación solar que se recibe en esas zonas, hasta que alcanza los mínimos que se encuentra en los casquetes polares del ártico y del antártico.

Además, sabemos que a lo largo de un año la duración del día varía de una estación a otra, lo cual cambia la cantidad de irradiación solar que el panel recibe a lo largo del día en las diferentes épocas del año. En las zonas cercanas al ecuador, se tiene la ventaja de que la irradiación solar directa no varía considerablemente a lo largo de las estaciones, lo que trae como consecuencia una producción más homogénea de energía a lo largo de todo el año.

Así, lo importante es conocer cuántas horas efectivas de sol recibe un panel en un momento determinado del año, para poder calcular cuánta energía es capaz de producir en dicho día.

3.- Cálculo de la Energía Producida por el Panel Solar

Supongamos que en nuestra locación se reciben durante el verano 6200 W/m² de irradiación solar por día. Eso significa que tenemos 6,2 horas efectivas de sol, que resulta de dividir 6200 W/m² entre 1000 W/m² que es el estandar.

Ahora supongamos que tenemos un panel solar fotovoltaico con las especificaciones que mostramos al inicio del artículo, que indican que es un panel solar de 270 W en condiciones estándar de medida (STC), y produce esta potencia al recibir una irradiación de 1000 W/m² a 25 ºC de temperatura de celda.

La energía que producirá este panel en un día de verano será de 6,2 horas x 270 W = 1674 Wh.

Ahora supongamos que durante el invierno en nuestra locación solo se reciben unos 3800 W/m² de irradiación solar diaria. Eso significa que durante el invierno solo tenemos unas 3,8 horas efectivas de sol.

La energía que producirá este panel en un día de invierno será de 3,8 horas x 270 W = 1026 Wh.

Esta es la manera simple y directa de cómo determinar la cantidad de energía que produce un panel solar en un día, dependiendo de nuestra localización y la estación del momento.

Sin embargo, estos cálculos siempren serán meras estimaciones porque se han asumido condiciones ideales de irradiación solar, en donde no se han tomando en cuenta la nubosidad y reducciones de irradiaciones por muchos otros factores. También hay que tomar en cuenta que la irradiación de referencia es la del espectro AM 1.0, y los paneles muchas veces utilizan otro tipo de espectro durante la especificación de su potencia nominal, como pueden ser los espectros AM 1.5 o AM 2.0. Ese es justamente el caso del panel solar que hemos utilizado para nuestro ejemplo de cálculo, que ha sido calibrado con un espectro AM 1.5. ¿Cómo cambian los cálculos? Pues, que el número de horas efectivas de sol para el espectro AM 1.5 son muy diferentes que para el caso de un espectro AM 1.0. Esto significa, que debemos tener varios mapas solares con los diferentes espectros AM. Aún así, no estaríamos tomando en cuenta las variaciones por cuestiones climáticas.