Paneles fotovoltaicos residenciales con alta tolerancia al sombreado parcial y alto voltaje

Científicos dirigidos por el Instituto de Investigación Electrotecnológica de Corea han desarrollado nuevos módulos solares residenciales de pequeña superficie y alto voltaje (SAHiV) que, según afirman, están diseñados para soportar altas sombras parciales.

Los investigadores diseñaron paneles con formas rectangulares y triangulares y células solares conectadas en paralelo, que tienen mayor tolerancia a las sombras parciales que las células conectadas en cadenas. “Sin embargo, el voltaje del módulo será muy bajo en una conexión en paralelo”, subrayaron también. “Diseñar un módulo con conexiones en paralelo de células de alto voltaje y baja corriente es una solución básica, pero es imposible con las células solares comerciales”.

Los académicos dividieron las células convencionales de 60 mm × 60 mm en 12 células de forma triangular y rectangular, de 15 mm × 20 mm y 30 mm × 20 mm, respectivamente.

“Conectamos 12 células en cadenas para convertirlas en un subgrupo y formar una célula de pseudoalta tensión y baja corriente con las mismas dimensiones que una célula convencional”, explicaron. “Este diseño difiere del de las células shingled, en las que un módulo se divide en cuatro o seis piezas dispuestas en ristras a lo largo y se conectan subgrupos de ristras a grupo con conexiones paralelas a los lados”.

Los paneles de tejas presentan una estructura sin barras en la que sólo una pequeña proporción de células no están expuestas a la luz solar. Las células se unen con adhesivo conductor de la electricidad para formar una cadena shingled de alta densidad y se conectan las tiras resultantes. El reducido número de barras conductoras reduce las pérdidas por sombras.

Con estas células, el grupo de investigación construyó módulos solares de 240 mm x 180 mm y una superficie activa de 432 cm2. También construyeron un módulo shingled con cuatro células de subgrupo, en el que cada célula de subgrupo estaba formada por 12 células de cadena, y un módulo SAHiV con 12 células de subgrupo, en el que cada célula de subgrupo estaba formada por 12 células de cadena. Por último, también diseñaron un módulo triangular SAHiV con 12 celdas de subgrupo, donde cada celda de subgrupo estaba formada por 12 celdas de cuerda.

Mediante una serie de simulaciones basadas en Monte Carlo y experimentos de verificación, los científicos comprobaron el rendimiento de todos los paneles bajo distintos tipos de patrones y ángulos de sombreado, incluidos ocho escenarios de sombreado discreto y cinco de sombreado continuo. Compararon su rendimiento con el de un panel de tejas de referencia.

Según los investigadores, las pruebas demostraron que tanto los módulos SAHiV como los módulos triangulares SAHiV son menos sensibles a las geometrías de sombreado parcial. “Descubrimos que el módulo triangular SAHiV muestra una mejor tolerancia a las sombras parciales en la mayoría de los escenarios investigados”, explicaron además, señalando que esta tolerancia a las sombras es particularmente alta en sombras poco profundas de hasta el 50%.

“Para los módulos SAHiV y SAHiV triangular en el patrón de sombreado vertical, ligeros cambios en el área total de sombreado dan como resultado la misma potencia”, afirma el grupo. “Los módulos SAHiV son resistentes a los cambios en la forma del sombreado siempre que el área de sombreado sea similar”.

Los científicos presentaron la novedosa arquitectura del módulo en el estudio “Small area high voltage photovoltaic module for high tolerance to partial shading” (Módulo fotovoltaico de alto voltaje y pequeña superficie con alta tolerancia al sombreado parcial), publicado recientemente en iScience. “Los resultados de este estudio indican que el módulo SAHiV es muy adecuado para aplicaciones urbanas con sombras impredecibles y terreno limitado”, concluyeron. “En estas condiciones, el módulo SAHiV aumentará su rendimiento entre 1,5 y 3 veces en comparación con los módulos convencionales, maximizando la producción de electricidad”.