La potencia nominal es la capacidad nominal de los dispositivos fotovoltaicos (PV), como las células solares, paneles y sistemas, y se determina midiendo la corriente eléctrica y la tensión en un circuito, mientras se varía la resistencia en condiciones definidas con precisión. Estas condiciones de prueba estándar (STC) se especifican en estándares tales como IEC 61215, IEC 61646 y UL 1703; específicamente la intensidad de la luz es de 1000 W / m2, con un espectro similar al de la luz solar que golpea la superficie de la tierra a 35 ° N de latitud en el verano (masa de aire 1.5), la temperatura de las celdas es de 25 ° C. La potencia se mide al variar la carga resistiva en el módulo entre un circuito abierto y un circuito cerrado (entre resistencia máxima y mínima). La potencia más alta así medida es la potencia «nominal» del módulo en vatios. Esta potencia nominal dividida por la potencia de luz que cae sobre un área determinada de un dispositivo fotovoltaico (área × 1000 W / m2) define su eficiencia, la relación entre la potencia eléctrica del dispositivo y la energía incidente.
La potencia nominal es importante para diseñar una instalación con el fin de dimensionar correctamente sus cables y convertidores. Si el área disponible es limitada, la eficiencia de la célula solar y con ella la potencia nominal por área (por ejemplo, kW / m2) también es relevante. Para comparar módulos, el precio por potencia nominal (por ejemplo, $ / W) es relevante. Para la ubicación y orientación física de una instalación determinada, la producción anual esperada (por ejemplo, kWh) por producción anual suponiendo potencia nominal, es decir, el factor de capacidad, es importante. Con un factor de capacidad proyectado, se puede estimar el precio por producción anual proyectada (por ejemplo, $ / kWh) para una instalación determinada. Finalmente, con un valor proyectado de la producción, se puede estimar la amortización del costo de una instalación.
La potencia máxima no es lo mismo que la potencia bajo condiciones reales de radiación. En la práctica, esto será aproximadamente un 15-20% más bajo debido al considerable calentamiento de las células solares. Además, en las instalaciones en las que la electricidad se convierte en corriente alterna, como las plantas de energía solar, la capacidad total de generación de electricidad está limitada por el inversor, que por lo general tiene un tamaño inferior a la capacidad máxima del sistema solar por razones económicas. Dado que la potencia máxima de CC se alcanza solo durante unas pocas horas al año, el uso de un inversor más pequeño permite ahorrar dinero en el inversor al tiempo que reduce (desperdicia) solo una porción muy pequeña de la producción total de energía. La capacidad de la planta de energía después de la conversión DC-AC generalmente se informa en WAC en lugar de Wp o WDC.
Definición
Watt Peak se refiere a la potencia eléctrica suministrada por los módulos solares en condiciones de prueba estándar (STC) con los siguientes parámetros:
Temperatura de la celda = 25 ° C
Irradiancia = 1000 W / m²
Espectro de luz solar según AM = 1.5.
Watt-pico
La Oficina Internacional de Pesos y Medidas, que mantiene el estándar SI, establece que la unidad física y su símbolo no deben utilizarse para proporcionar información específica sobre una cantidad física dada y que ninguna de las dos debe ser la única fuente de información sobre una cantidad. No obstante, el inglés coloquial a veces combina la potencia de cantidad y su unidad utilizando el watt-peak de la unidad no SI y el símbolo no SI Wp prefijado como dentro del SI, por ejemplo, kilovatios-pico (kWp), megavatios-pico (MWp), etc. Como tal instalación fotovoltaica se puede describir, por ejemplo, que tiene «un pico de kilovatios» en el sentido de «un kilovatio de potencia máxima». Del mismo modo, fuera del SI, la potencia máxima a veces se escribe como «P = 1 kWp» en oposición a «Ppeak = 1 kW». En el contexto de las instalaciones fotovoltaicas nacionales, el kilovatio (kW) es la unidad más común para la potencia máxima, a veces expresada como kWp.
Potencia de salida en condiciones reales
El rendimiento de los sistemas fotovoltaicos varía con la intensidad de la luz solar y otras condiciones. Cuanto más sol, más potencia generará el módulo PV. Las pérdidas, en comparación con el rendimiento en condiciones óptimas, ocurrirán debido a la alineación no ideal del módulo en inclinación y / o acimut, temperatura más alta, desajuste de energía del módulo (dado que los paneles en un sistema están conectados en serie, el módulo de rendimiento más bajo define el rendimiento de la cuerda a la que pertenece), suciedad y conversión de CC a CA. La potencia que genera un módulo en condiciones reales puede exceder la potencia nominal cuando la intensidad de la luz solar supera los 1000 W / m2 (que corresponde aproximadamente al mediodía en verano, por ejemplo, en Alemania) o cuando se produce una radiación solar cercana a 1000 W / m2 a temperaturas más bajas
Conversión de DC a AC
La mayoría de los países se refieren a la capacidad nominal nominal instalada de los sistemas fotovoltaicos y paneles contando la potencia CC en vatios pico, denotada como Wp o, a veces, WDC, como lo hacen la mayoría de los fabricantes y organizaciones de la industria fotovoltaica, como SEIA, SPE o IEA. PVPS.
Sin embargo, en algunos lugares del mundo, la capacidad nominal de un sistema se da después de que la salida de potencia se haya convertido en CA. Estos lugares incluyen Canadá, Japón (desde 2012), España y algunas partes de los Estados Unidos. En la mayoría de las plantas de energía fotovoltaica a escala de servicios públicos que utilizan tecnología CdTe, también se proporciona CA en lugar de CC. La principal diferencia radica en el pequeño porcentaje (alrededor del 5%, de acuerdo con IEA-PVPS) de la energía perdida durante la conversión de CC-CA. Además, algunas regulaciones de la red pueden limitar la salida de un sistema PV a tan solo el 70% de su potencia nominal de CC (Alemania). En tales casos, la diferencia entre la potencia máxima nominal y la salida de CA convertida puede ascender a un 30%. Debido a estas dos métricas diferentes, las organizaciones internacionales deben reconvertir las cifras nacionales oficiales de los países mencionados anteriormente a la salida bruta de DC, a fin de informar el despliegue de PV global coherente en vatios pico.
Para aclarar si la salida de potencia nominal («watt-peak», Wp) es de hecho DC o ya está convertida en AC, a veces se denota explícitamente como, por ejemplo, MWDC y MWAC o kWDC y kWAC. El WAC convertido también suele escribirse como «MW (AC)», «MWac» o «MWAC». Al igual que para Wp, estas unidades no son compatibles con SI pero son ampliamente utilizadas. En California, por ejemplo, donde la capacidad nominal se da en MWAC, se asume una pérdida del 15 por ciento en la conversión de CC a CA. Esto puede ser extremadamente confuso no solo para los no expertos, ya que la eficiencia de conversión ha mejorado a casi un 98 por ciento, las regulaciones de la red pueden cambiar, algunos fabricantes pueden diferir del resto de la industria y los países, como Japón, pueden adoptar una diferente métrica de un año a otro.
Potencia de salida en condiciones reales
La potencia de salida del sistema fotovoltaico depende de la intensidad de la radiación solar y de otras circunstancias. Más radiación solar significa un mayor rendimiento del módulo fotovoltaico. Las pérdidas pueden deberse a la orientación no direccional del módulo (inclinación y / u orientación) por la alta temperatura, bajo rendimiento del módulo, suciedad y conversión de CC a CA. Es importante saber que la potencia máxima del módulo puede exceder fácilmente la potencia nominal en cualquier lugar donde la intensidad de la luz sea superior a 1000 W / m 2 (aproximadamente equivalente al mediodía en el verano de Baviera).
Costo por vatio
Aunque el watt-peak es una medida conveniente, y es el número estandarizado en la industria fotovoltaica en el que se basan los precios, las ventas y las cifras de crecimiento, podría decirse que no es el número más importante para el rendimiento real. Como el trabajo de un panel solar es generar energía eléctrica a un costo mínimo, la cantidad de energía que genera en las condiciones de la vida real en relación con su costo debería ser el número más importante para evaluar. Esta medida de «costo por vatio» es ampliamente utilizada en la industria.
Puede ocurrir que un panel de la marca A y un panel de la marca B den exactamente el mismo valor de watt en pruebas de laboratorio, pero su potencia de salida es diferente en una instalación real. Esta diferencia puede ser causada por diferentes tasas de degradación a temperaturas más altas. Al mismo tiempo, aunque la marca A puede ser menos productiva que la marca B, también puede costar menos, por lo tanto, tiene el potencial de ser financieramente ventajosa. Un escenario alternativo también puede ser cierto: un panel más caro puede producir tanta más potencia que superará financieramente a un panel más económico. Se requiere un análisis preciso del rendimiento a largo plazo versus el costo, tanto inicial como continuo, para determinar qué panel puede llevar al propietario a mejores resultados financieros.
Utilizar
Palabras como «El sistema fotovoltaico tiene una capacidad de 10 kWp» o «Este es un sistema solar de área abierta de 1,2 MWp» son coloquiales. Tendría que ser formalmente correcto «El sistema fotovoltaico tiene una potencia nominal de 10 kW» asumiendo las condiciones de prueba estándar «o» Este es un sistema solar de campo libre de 1.2 MW (potencia nominal bajo la suposición de las condiciones de prueba estándar) » .
La afirmación «Requiere un área de aproximadamente 6 a 10 m² por kW p» significa que para una salida de sistema deseada de 1 kW en condiciones de prueba estándar, se requiere un área de aproximadamente 6 a 10 m².
En consecuencia, la notación «P nominal = 1 kW» para sistemas fotovoltaicos es preferible a la notación «P = 1 kW p», ya que una adición de adiciones a símbolos de unidades no se ajusta a las normas.
Relevancia práctica en Alemania
La irradiancia de 1000 W / m² es un valor transitorio en condiciones reales. Se llega más a menudo cuanto más claro es el aire cuanto más se llega al ecuador y el más alto está por encima del nivel del mar. También depende de qué tan cerca esté el sol del punto más alto. Usualmente se alcanza en Alemania solo en las horas del mediodía de un día sin nubes.
Las mediciones de la frecuencia de irradiación en Alemania medidos en medio minuto también muestran los valores anteriores. Estos también pueden alcanzar hasta 1500 W / m² debido a la reflexión y la dispersión. Debido a la corta disponibilidad temporal y al hecho de que los inversores suelen diseñarse para una irradiancia de 1000 W / m e inferior (máximo económico), rara vez se utilizan. El máximo de la irradiancia en el borde de la atmósfera terrestre corresponde a la constante solar E 0 y es de 1367 W / m².
En funcionamiento normal, los módulos solares o las células solares suelen tener una temperatura de funcionamiento mucho mayor que los 25 ° C proporcionados en la prueba y, por lo tanto, tienen hasta un 20% menos de eficiencia y una potencia de salida real correspondientemente menor, dada una irradiación de 1 kW / m². Una alineación generalmente rígida de un sistema fotovoltaico fijo, las células raramente se alinean con precisión perpendicular a la luz incidente, por lo que la irradiancia se reduce por el coseno del ángulo de incidencia.
La indicación en Watt Peak se utiliza para la comparación de módulos solares coextensivos de diferentes producciones en su eficiencia y el dimensionamiento de los diferentes componentes de un sistema solar. No puede utilizarse como una única indicación para la caracterización de un sistema fotovoltaico, ya que para el rendimiento energético y para la economía del sistema, parámetros esenciales como el cuerpo (espacio abierto, techo, rastreado) y el sitio, d. H. se ignora el grado de latitud y asociado con la irradiancia promedio, o las condiciones climáticas prevalecientes en el sitio, como la temperatura.
En resumen, para un sistema fotovoltaico realmente realizado, la especificación de la potencia en vatios pico no corresponde a una potencia máxima o potencia continua. Dado que las condiciones de radiación a menudo son peores y los módulos usualmente mucho más calientes que en condiciones de prueba estándar, la potencia máxima se alcanza en la práctica solo esporádicamente y aún más raramente excedida.