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4. ANÁLISIS BIBLIOGRÁFICO �

En este capítulo se realiza una investigación bibliográfica de artículos

que han estudiado con anterioridad los efectos de distintos parámetros (tales

como suciedad, espectro solar, etc) sobre el rendimiento de dispositivos

solares tales como paneles fotovoltaicos, piranómetros, colectores solares,

cubiertas de vidrio, etc.

Se han tomado como fuentes de información para llevar a cabo esta

revisión bibliográfica diferentes revistas especializadas en el sector de la

ingeniería energética: Solar Energy, Renewable Energy, Energy Conversion

and Management, International Journal of Sustainable Energy y Applied

Energy. Los artículos revisados abarcan un espacio temporal que va desde

1962 hasta 2006.

La revisión bibliográfica realizada abarca elementos como cubiertas de

vidrio y tecnologías de concentración que no son objeto de este proyecto. Sin

embargo, se ha considerado que las conclusiones extraídas de dichos estudios

pueden ser de ayuda en el objetivo final de este trabajo.

A continuación se pasa a describir un resumen de los diferentes artículos analizados.

4.1. REVISIÓN DE ARTÍCULOS

�

a) Effect of dust with different physical properties on the performance

of photovoltaic cells. M. S. El-Shobokshy, F. M. Hussein [1]

El objetivo de esta investigación es determinar el efecto de la suciedad

sobre el rendimiento de células solares fotovoltaicas, realizando el estudio para

cinco tipos de polvo de diferentes materiales y propiedades físicas.

Los ensayos se llevaron a cabo en condiciones de interior de un

laboratorio. Como simulador solar se usaron lámparas halógenas de tungsteno

de 1000 W cada una, colocadas a una distancia de tres metros sobre el panel

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fotovoltaico que estaba formado por 33 células de silicio M73. Un sistema de

aire acondicionado mantuvo la temperatura de las células por debajo de los 40

ºC. La máxima intensidad conseguida por las lámparas halógenas fue de 400

W/m2.

Se emplearon tres tipos diferentes de suciedad. La caliza, que se

encuentra en la atmósfera como polvo; el cemento, que es el principal

elemento empleado en el sector de la construcción; y el carbón que es el

producto de la mayoría de procesos de combustión y el mayor contaminante en

la salida de los motores diesel.

Para el caso de la caliza, se utilizaron tres tamaños de partículas

distintos. Por tanto, se dispuso de cinco tipos de suciedad diferentes: tres de

caliza, una de cemento y otra de carbón. La preparación de las muestras de

polvo se realizó en un laboratorio, analizando al microscopio óptico el tamaño y

propiedades físicas de las partículas.

A la hora de realizar los diferentes experimentos, la densidad de

suciedad depositada sobre el panel se determinaba pesando dicho objeto con

una báscula de exactitud antes y después de su ensuciamiento, y dividiendo la

diferencia por su superficie.

En primer lugar, se obtuvo las características I-V del panel con la

superficie limpia para diferentes valores de irradiancia.

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Fig. 4.1. Características I-V para el panel fotovoltaico limpio

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Una vez hecho esto, se pasó a medir, para las cinco clases de suciedad

mencionadas anteriormente, la intensidad de cortocircuito proporcionada por el

panel para una radiación constante de 195 W/m2. Los resultados obtenidos se

muestran en la siguiente gráfica.

Fig. 4.2. Variación de la corriente de cortocircuito con la densidad de polvo depositada

De los resultados obtenidos, se deduce que la degradación del

rendimiento fotovoltaico no solo depende de la densidad del polvo acumulado,

sino también del tipo de polvo, además de la distribución de tamaño. También

que las partículas de polvo más finas tienen un mayor efecto de deterioro sobre

el rendimiento, que las partículas más gruesas. Esto se atribuyó al hecho de

que las partículas finas se distribuyen de una manera más uniforme dejando

menos vacío entre ellas por donde la luz pueda pasar. Pudieron apreciar que la

pendiente de las curvas correspondiente a partículas finas es un poco mayor

que la correspondiente a las gruesas, por lo que el rendimiento de las células

FV es más sensible a la acumulación de polvo de partículas del primer tipo.

De forma análoga, se analizó la potencia producida por el panel frente a

la densidad de polvo depositado:

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Fig. 4.3. Variación de la potencia producida con la densidad de polvo depositada en el panel

Como se puede observar, los resultados obtenidos son similares a los

proporcionados para la corriente de cortocircuito.

Tras el desarrollo de los experimentos y análisis de sus resultados, los

autores extrajeron las siguientes conclusiones:

- La acumulación de polvo en la superficie de un panel fotovoltaico

afecta negativamente a su rendimiento.

- Para la cuantificación de estos efectos negativos es necesario

conocer el tipo, diámetro y densidad del polvo depositado sobre la superficie

del panel.

- Se ha observado que, tanto la intensidad de cortocircuito como la

potencia producida, decrecen más rápidamente para pequeñas cantidades de

partículas más finas.

- El cemento, y más aún el carbón, producen mayores

disminuciones del rendimiento del panel. Esto se debe a la cantidad de

radiación absorbida por los distintos materiales.

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b) Effect of Dust on the Transmittance of Low Density Polyethylene

Glazing in a Tropical Climate. G. A. Mastekbayeva, S. Kumar [2].

Este artículo presenta los resultados de un estudio realizado para

evaluar la influencia del polvo en la transmitancia de una cubierta de plástico

bajo las condiciones de un clima tropical. Los resultados están basados en

investigaciones realizadas durante los meses de Marzo, Junio y Julio en

Bangkok, Tailandia.

Se han llevado a cabo dos tipos de experimentos para analizar la

influencia de la suciedad en la transmitancia del vidrio. El elemento

diferenciador entre ambos es el método de ensuciamiento: manual en

laboratorio para la primera experiencia y natural a la intemperie para la

segunda.

El polvo que se usó en el experimento fue preparado a partir de arcilla

de Bangkok, molido y secado. Posteriormente, se seleccionó las partículas

cuyo tamaño estaba comprendido entre los 53 y los 75 �m. Una lámina de

polietileno de baja densidad de 0.2 mm de espesor fue usado como vidrio.

En el primer experimento, se analizó la influencia de la suciedad sobre la

transmitancia de la lámina mencionada, utilizando 6 de estos elementos. Sobre

5 de ellos se pulverizó una mezcla del polvo preparado (0.5 kg) en un litro de

agua, dejando la sexta lámina limpia como referencia. Las muestras se

mantuvieron en posición horizontal, midiendo la radiación tanto por debajo

como por encima del vidrio. La cantidad de polvo depositada se determinó por

diferencia de peso entre las muestra limpia y sucia con una balanza de

exactitud.

Los resultados obtenidos de este primer ensayo se muestran en la figura

4.4. En dicha gráfica se muestra la evolución de la transmitancia para una

densidad de polvo acumulado de 8.42 g/m2. Como se puede observar, su valor

permanece prácticamente constante a lo largo de todo el día para todas las

muestras, estando su valor desacoplado de la intensidad radiante. También se

observa cómo la transmitancia de la lámina sucia experimenta una importante

reducción con respecto a la de la lámina limpia.

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Fig. 4.4. Evolución de la transmitancia a lo largo del día para una densidad de polvo acumulado

de 8.42 g/m2.

A continuación se realizaron los mismos ensayos para diferentes

densidades de suciedad y se compararon los datos obtenidos entre ellos.

Fig. 4.5. Reducción de la transmitancia frente a la densidad de la suciedad

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Como se observa en la figura anterior, la suciedad afecta en mayor

grado para densidades bajas, puesto que la pendiente del primer tramo de la

curva es mayor.

Para el segundo experimento se usaron 6 muestras del mismo vidrio,

ubicadas ahora sobre un plano inclinado 15º orientado al sur y expuestas

durante 30 días al aire libre sin existencia de lluvia. Una de las muestras se

conservó limpia como referencia y cada seis días se retiraba una de las

muestras restantes para medir la suciedad.

La cantidad de polvo acumulado en función de los días de exposición se

muestra gráficamente en la siguiente figura:

Fig. 4.6. Acumulación de suciedad frente a varios días de exposición, con inclinación a 15º y

clima tropical.

Se puede observar, cómo la suciedad se acumula más rápidamente

durante los primeros días, alcanzando luego un valor casi estacionario de

saturación.

En la siguiente gráfica se muestra la reducción en % de la transmitancia

en función de los días de exposición de las muestras:

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Fig. 4.7. Efectos de la acumulación de suciedad sobre la transmitancia durante un mes.

De ambas representaciones se deduce como la limpieza del plástico

sería muy efectiva si la realizamos de forma casi semanal. Si la frecuencia es

mayor, entramos en una zona de comportamiento con pendiente casi nula en

donde tanto la acumulación de suciedad como la reducción de la transmitancia

es muchísimo menor.

Las conclusiones extraídas por los autores del artículo son:

- La acumulación de polvo sobre la superficie del polietileno crea un

efecto negativo sobre la transmitancia, y la reducción de ésta depende de la

cantidad de polvo depositada en la superficie.

- Con respecto a la transmitancia en función de la densidad de la

suciedad (g/m2), el efecto es más pronunciado para densidades menores que

para densidades mayores.

- Con respecto a la transmitancia en función de los días de

exposición natural en un medio tropical, el efecto, si bien no es tan claro como

el anterior, es mayor en los primeros días que más adelante.

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c) Effect of dust on the transparent cover of solar collectors. H. K. Elminir,

A. E. Ghitas, R. H. Hamid, F. El-Hussainy [3].

Para el desarrollo de este artículo, los autores han estudiado hasta 100

cristales con diferentes grados de inclinación y diferentes orientaciones.

Pretenden con ello analizar el efecto de la suciedad natural en la transmitancia

del vidrio y en el rendimiento de las células en intervalos regulares de tiempo

durante un periodo total de 7 meses bajo unas condiciones de climatología

árida, existiendo además próxima a la zona del experimento diversos tipos de

industrias, como cementera, automovilística etc. e incluso una línea principal de

tren. También se mide la potencia resultante de varias células en función de la

inclinación y orientación para analizar el efecto de la polución sobre la misma.

Para la realización del experimento se emplean muestras de vidrio de 3

mm de espesor y 100 x 100 mm2 de superficie, instaladas sobre un marco de

madera en ocho orientaciones diferentes (norte, noroeste, este, suroeste, sur,

suroeste, oeste y noroeste) con siete ángulos de inclinación (0º, 15º, 30º, 45º,

60º, 75º y 90º) y expuestas al medioambiente. Las operaciones de limpieza se

llevan a cabo mensualmente, mientras que un juego de muestras se mantiene

sin limpiar durante la duración del experimento. En la siguiente figura se

muestra una fotografía del mismo:

Fig. 4.8. Fotografía ilustrativa del experimento.

Para el estudio de la influencia de la acumulación de suciedad en la

producción de potencia de las células se emplean células solares de silicio

monocristalino de 20 x 20 mm2. Siete de estas muestras son fijadas de cara al

sur con ángulos de inclinación de 0º, 15º, 30º, 45º, 60º, 75º y 90º

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respectivamente con respecto a la horizontal y otras seis se mantienen a 30º y

90º pero de cara al este, oeste y norte.

La cantidad de polvo depositado se mide por diferencia de peso entre

muestra limpia y sucia en una balanza de exactitud, dividiendo el resultado por

la superficie de la muestra.

− Influencia del polvo en la transmitancia en función de la orientación y del

ángulo de inclinación:

Los autores del artículo llevaron a cabo la investigación del efecto de la

acumulación de suciedad en las muestras de vidrio al aire libre durante los

meses de Diciembre de 2004 a Junio de 2005, graficando los valores

mensuales promedios de las partículas totales suspendidas depositadas en la

superficie de la muestra:

Fig. 4.9. Cantidad de polvo acumulado en las muestras de vidrio para diferentes orientaciones y

ángulos de inclinación.

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Observaron que al aumentar el ángulo de inclinación la cantidad de

polvo depositada disminuía, probablemente debido a que las partículas tendían

a rodar por la superficie. La cantidad de polvo acumulada con las diferentes

orientaciones consideradas y con el mismo ángulo de inclinación era

prácticamente similar, excepto para la muestra que tenía un ángulo de

inclinación de 15 grados y orientada con una desviación de 45 grados con

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respecto al norte (es decir 15º NE). Se dedujo como posible razón de este

comportamiento la existencia de vientos del noroeste que arrastraba partículas

procedentes de una industria cementera.

Para analizar el efecto de la suciedad en la transmitancia, la reducción

media de ésta para varias densidades de polvo depositada fue calculada y

representada:

Fig. 4.10. Reducción de la transmitancia con la densidad de polvo depositada.

Esta reducción se determinó como la diferencia observada entre la

transmitancia de una muestra limpia, y una muestra con polvo. Se ve como al

aumentar la deposición de polvo, la reducción de la transmitancia también

incrementa pero con una progresiva reducción de la razón con que lo hace

hasta alcanzar su límite superior, después del cual el efecto de la deposición

del polvo desaparece.

Para cuantificar la influencia del ángulo de inclinación en la reducción de

la transmitancia se construyó la tabla de la figura 4.11. En ella se pudo

observar como la reducción es máxima para una inclinación de cero grados

respecto de la horizontal (27.62%) siendo su acumulación en polvo de 8.48

g/m2. Sin embargo dicha acumulación disminuye conforme se aumentaba el

grado de inclinación. Esto es debido a la interacción de la gravedad.

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Fig. 4.11. Reducción la transmitancia en función de la orientación y del ángulo de inclinación.

Influencia del polvo depositado en la energía producida por los módulos

FV:

Fig. 4.12. Efecto del polvo en la potencia producida por las células FV con distintas

orientaciones y ángulos de inclinación.

El día 8 de enero se produjeron precipitaciones (2 mm), que tuvieron

como resultado la auto-limpieza de la cubierta de las células FV. Como

consecuencia la transmitancia aumentó y se observó el primer pico en la

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potencia. Algo similar ocurrió el 8 y 9 de Marzo (hubo precipitaciones de 11

mm aproximadamente) y nuevamente se incrementó la transmitancia. Con

estas precipitaciones la célula sucia pasó a ser indistinguible de una célula

limpia, por lo que un segundo pico de potencia fue observado. A partir de

entonces no se produjeron más precipitaciones desde el 10 de Marzo hasta la

finalización del experimento, produciéndose una progresiva disminución de la

transmitancia e influyendo en la cantidad de energía producida.

Las conclusiones obtenidas tras la realización de los dos experimentos

fueron:

- La reducción de la transmitancia depende fuertemente de la

densidad de polvo depositada en conjunto con el ángulo de inclinación, además

de la orientación de la superficie a direcciones de viento dominante.

- La transmitancia se ve reducida conforme disminuye el ángulo de

inclinación, que es directamente proporcional a la cantidad de polvo depositada

en la superficie de los paneles.

- En los periodos de prueba se produjeron fenómenos atmosféricos,

tales como precipitaciones, tormentas de arena y variaciones de humedad, por

lo que la reducción de la energía a la salida no debe ser tomada en cuenta al

cien por cien.

- Para lugares moderadamente polvorientos se debe considerar

una limpieza semanal, así como una limpieza inmediatamente después de una

tormenta de arena, para conservar la eficacia del funcionamiento nominal de

los paneles FV.

d) A new correlation between photovoltaic panel’s efficiency and amount

of sand dust accumulated on their surface. A. Y. Al-hasan, A. A. Ghoneim

[4].

El objetivo principal del trabajo expuesto en este artículo es investigar el

efecto de la cantidad de polvo acumulada en la eficiencia de un módulo FV en

el clima de Kuwait. Este clima se caracteriza por la existencia de polvo y

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tormentas de arena, especialmente en los meses de verano que favorece la

acumulación de partículas en la superficie de los módulos, y por consiguiente

causan degradación en su eficiencia. Como resultado del estudio, se ha

encontrado una correlación entre la cantidad de polvo acumulado en los

módulos FV por unidad de área y la reducción en la eficiencia del módulo.

Células FV han sido expuestas al ambiente durante un cierto periodo de

tiempo, y la característica I-V ha sido medida y comparada con la de una célula

limpia. La cantidad de polvo acumulado se ha determinado por diferencia de

peso entre las muestras limpia y sucia. Así para una cantidad de polvo

acumulado de 1.5 g/m2, el resultado es el siguiente:

Fig. 4.13. Comparación de la curvas I-V de dos módulo (sucio y limpio), para una concentración

de polvo de 1.5g/m2.

La tensión de circuito abierto es aproximadamente la misma para ambos

casos, por lo que se dedujo que ésta no se veía afectada por la suciedad. Sin

embargo la corriente de cortocircuito, y en consecuencia la máxima potencia

producida disminuye significativamente para el módulo sucio (40% y 34%

respectivamente, con respecto a el módulo limpio). Esta reducción fue atribuida

a la disminución de la transmitancia.

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Para ilustrar el efecto de la cantidad de polvo en el rendimiento del

módulo, la característica I-V ha sido medida para diferentes acumulaciones de

polvo. Los resultados se muestran en la siguiente figura:

Fig.4.14. Variación de la curva I-V para diferentes concentraciones de polvo.

De nuevo se observó que la tensión de cortocircuito no se ve afectada

por el polvo acumulado. En contraste, la corriente de cortocircuito disminuye

con la concentración de polvo, sin embargo para una acumulación de polvo

mayor de aproximadamente 1.5 g/m2, la corriente de cortocircuito cae de

manera menos pronunciada, debido a que a mayores cantidades de partículas

de polvo tienden a acumularse unas encima de otras antes que cubrir más área

del panel PV.

En la siguiente figura se muestra la relación entre la eficiencia

normalizada del módulo (definida como la relación entre la eficiencia del

módulo sucio y la del módulo limpio) y la cantidad de partículas de polvo

depositadas en su superficie:

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Fig. 4.15. Variación de la eficiencia normalizada con la acu

La eficiencia disminuye cuando la cantidad de polvo

aumenta. Este resultado indica que la corriente de

dominante en la eficiencia del

disminuir con mucha menos pendiente para acumulacio

de 1.5 g/m2 (es decir, para eficiencias normalizadas menores de

La degradación de la eficiencia del módulo también

que parte de la luz solar será interceptada por la

consecuencia no alcanzará las células solares dentr

cuando la cantidad de partículas es excesiva, éstas

encimas de otra en vez d

cantidad de partículas de polvo incrementa, una men

cubierta, dando lugar a una menor disminución de la

cantidades de partículas de polvo acumuladas.

Dada la relación lineal existente entre la eficiencia no

cantidad de polvo acumulado para concentraciones po

posible obtener una correlación numérica entre ambo

siguiente ecuación:

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. Variación de la eficiencia normalizada con la acumulación de polvo.

La eficiencia disminuye cuando la cantidad de polvo

aumenta. Este resultado indica que la corriente de cortocircuito es el factor

dominante en la eficiencia del módulo. Sin embargo, la curva comienza a

disminuir con mucha menos pendiente para acumulaciones de polvo mayores

(es decir, para eficiencias normalizadas menores de 0.5

La degradación de la eficiencia del módulo también puede ser atribuida a

que parte de la luz solar será interceptada por la partícula de polvo, y en

consecuencia no alcanzará las células solares dentro del módulo. Por otro lado

cuando la cantidad de partículas es excesiva, éstas tienden a acumularse una

encimas de otra en vez de cubrir más área del módulo, por lo tanto cuando l

cantidad de partículas de polvo incrementa, una menor superficie del panel es

cubierta, dando lugar a una menor disminución de la eficiencia con mayores

cantidades de partículas de polvo acumuladas.

la relación lineal existente entre la eficiencia normalizada y la

cantidad de polvo acumulado para concentraciones por debajo de 1.5 g/m

posible obtener una correlación numérica entre ambos parámetros, dada por la

��� ��������������������������

mulación de polvo.

La eficiencia disminuye cuando la cantidad de polvo acumulado

cortocircuito es el factor

módulo. Sin embargo, la curva comienza a

nes de polvo mayores

(es decir, para eficiencias normalizadas menores de 0.5).

puede ser atribuida a

partícula de polvo, y en

o del módulo. Por otro lado

tienden a acumularse una

e cubrir más área del módulo, por lo tanto cuando la

or superficie del panel es

eficiencia con mayores

la relación lineal existente entre la eficiencia normalizada y la

r debajo de 1.5 g/m2, es

s parámetros, dada por la

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Donde �� es el decremento en la eficiencia del módulo fotovoltaico y �M

es el incremento en la cantidad de partículas de polvo.

Una vez obtenidos y analizados los resultados, los autores llegaron a las

siguientes conclusiones:

- La corriente de cortocircuito y la máxima producción de potencia

disminuye significativamente cuando la cantidad de polvo acumulado en la

superficie del módulo aumenta.

- La corriente de cortocircuito empieza a disminuir con la cantidad

de polvo con mucha menos pendiente para concentraciones por encimas de

1.5 g/m2.

- La tensión de circuito abierto no se ve afectada por la

acumulación de polvo.

- La eficiencia del módulo FV se degrada con la acumulación de

polvo. Esta degradación se produce con menor pendiente cuando la cantidad

de polvo es mayor debida a que las partículas comienzan a depositarse unas

encima de otras.

- Se ha encontrado una correlación entre la degradación de la

eficiencia y la cantidad de polvo acumulada en la superficie de un módulo FV.

e) Effects of dust on the performance of concentrator photovoltaic cells.

M.S. El-Shobokshy, A. Mujahid, A.K.M. Zakzouk [5].

El efecto del polvo en el rendimiento de concentradores fotovoltaicos en

la región de Arabia Saudí es analizado en este artículo.

El experimento está compuesto de dos concentradores con los lados

sellados con lentes de Fresnel, células fotovoltaicas y aletas refrigeradas

unidas a la base de la célula. Cada concentrador está formado por seis células

fotovoltaicas de silicio con unión n/p de 2 x 2 cm2 de superficie. Uno de los

concentradores se ha mantenido siempre limpio, mientras que el otro no se ha

limpiado durante la duración del experimento con el objetivo de investigar el

efecto de la acumulación de polvo en su superficie.

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Las curvas I-V después de doce días de exposición para ambas

muestras (limpia y sucia) fueron obtenidas:

Fig. 4.16. Comparación de las curvas I-V de módulos limpio y sucio.

Se observó que la tensión de circuito abierto permanece prácticamente

igual para ambos módulos. Sin embargo, la corriente de cortocircuito disminuye

notablemente (28.6%) con la acumulación de polvo debido a la reducción de la

radiación transmitida a las células, mientras que la potencia se ve reducida en

un 30.6%. La siguiente figura muestra la relación entre la corriente de

cortocircuito normalizada y la radiación directa incidente normalizada para

ambos módulos con una densidad de polvo acumulada de 1.85 g/m2:

Fig. 4.17. Relación entre la corriente de cortocircuito normalizada y la radiación directa

incidente normalizada para módulo limpio y sucio.

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Se notó que en ambos módulos la corriente de cortocircuito se

incrementa cuando aumenta la radiación incidente, y que la diferencia en la

corriente de ambas muestras se reduce ligeramente. Este último efecto fue

atribuido a que al aumentar la radiación incidente el porcentaje de radiación

transmitida aumenta y el de la radiación absorbida disminuye.

La evolución de la corriente de cortocircuito, de la temperatura de la

célula y de la eficiencia normalizada en función de la cantidad de polvo

acumulado también ha sido representada:

Fig. 4.18. Variación de la corriente de cortocircuito normalizada con la acumulación de polvo en

la superficie del módulo.

Fig. 4.19. Variación de la temperatura de la célula normalizada con la acumulación de polvo en

la superficie de la célula.

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Fig. 4.20. Variación de la eficiencia normalizada con la acumulación de polvo en la superficie.

En las tres figuras se observó que el efecto del polvo es prácticamente

nulo a partir de una densidad de polvo acumulada de 2 g/m2.

Una vez obtenidos y analizados los resultados los autores llegaron a las

siguientes conclusiones:

- Para los concentradores fotovoltaicos usados en la investigación,

la tensión de circuito muestra un cambio insignificante cuando aumenta la

cantidad de polvo acumulado en su superficie.

- La corriente de cortocircuito, la temperatura de la célula y la

eficiencia del concentrador fotovoltaico disminuyen apreciablemente cuando el

polvo comienza a depositarse en su superficie, disminuyendo la razón con la

que se produce esta disminución a medida que aumenta la cantidad de polvo

acumulado.

- Para mantener la máxima eficiencia el módulo debe de estar

completamente limpio. Sin embargo como la limpieza supone un coste

adicional se debe de llevar a cabo un análisis económico de la rutina de

limpieza.

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f) Dust induced degradation of pyranometer sensitivity. Feuermann, D. &

Zemel, A. [6]

El mantenimiento de los aparatos de medida es requisito indispensable

para la obtención de resultados precisos y fiables. Este aspecto es de mayor

importancia en sistemas situados en lugares remotos a los que no se puede

acceder de manera periódica para proceder a su limpieza.

Para estimar la exactitud que se puede esperar de un piranómetro

desatendido durante largos periodos de tiempo, es fundamental conocer las

características climáticas y geológicas del lugar. Este artículo, estudia la

degradación que el polvo produce sobre un piranómetro que está situado en

zona desértica, concretamente en Sede Boqer (Israel).

La configuración de los dispositivos utilizados en este estudio fue la

siguiente. Dos piranómetros Eppley fueron colocados uno al lado del otro en

posición horizontal, y conectados a un grabador que almacenaba la media de

los datos de salida de cada dispositivo cada 10 minutos.

Uno de los dispositivos, tomado como referencia, se limpió diariamente,

mientras que el otro permaneció intacto durante períodos de entre 2 y 6

semanas. Los datos recogidos en días de limpieza sirvieron para averiguar la

calibración relativa entre ambos dispositivos, eliminando así cualquier error

debido a la diferencia de edad entre ellos.

Hay que tener en cuenta que la suciedad no se reparte uniformemente

sobre la superficie del piranómetro, con lo cual, la pérdida de sensibilidad

depende de la posición solar instantánea y de las manchas de polvo. Para

promediar esta dependencia, se consideró la radiación total diaria medida por

ambos piranómetros.

La magnitud que se busca es el cociente entre la salida del dispositivo

sucio y el limpio. Sin embargo, este cociente podía variar hasta un 1% para

ambos piranómetros limpios debido a errores en la nivelación horizontal de

ambos. Con el objetivo de eliminar dicho error, se hizo el análisis con los datos

recogidos durante el periodo de 4 horas centrado en torno al mediodía solar.

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Las medidas fueron tomadas desde Julio de 1989 hasta Octubre de

1990.

Fig. 4.21. Degradación de la sensibilidad del piranómetro en función del número de días

transcurridos desde la última limpieza. La curva superior e inferior indica la región de

desviación estándar ±1. Los datos corresponden a un periodo de 4h, centrado en torno al

mediodía solar.

En esta figura, se muestra el cociente medio entren los datos obtenidos

por el piranómetro sucio y el limpio en función del número de días transcurridos

desde la última limpieza (día 0). Después de cada limpieza, los dispositivos se

calibraron de manera que dicho cociente fuese unitario.

Las curvas inferior y superior corresponden a la región de desviación

estándar ±1. El ruido introducido en ellas se debe al pequeño tamaño de la

muestra (se han realizado 30 limpiezas, por tanto, la muestra es de 30 ciclos).

A pesar del ruido, la curva indica una degradación claramente constante con el

paso de los días.

Para obtener una información diferente de los resultados obtenidos, se

han comparado los cocientes piranómetro sucio-piranómetro limpio con el resto

de cocientes obtenidos antes de la siguiente limpieza. Así, se obtiene una

función de la degradación en función de la suciedad acumulada en lugar de en

función de los días desde la última limpieza. Como resultado se ha obtenido la

gráfica de la figura 4.22, donde se observa un ruido promediado y una tasa de

degradación del 0.1% diario. Se estima un valor constante de entorno al 1% de

desviación estándar de la degradación diaria

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Fig. 4.22. Degradación de la sensibilidad del piranómetro en función del número de días de

acumulación de suciedad. La curva superior e inferior indica la región de desviación estándar

±1. Los datos corresponden a un periodo de 4h, centrado en torno al mediodía solar.

Si representamos esta misma gráfica operando con los cocientes

obtenidos cada 10 minutos en lugar de los cocientes diarios, obtenemos el

siguiente resultado.

Fig. 4.23. Degradación de la sensibilidad del piranómetro en función del número de días de

acumulación de suciedad. La curva superior e inferior indica la región de desviación estándar

±1. Los datos corresponden integrales cada 10 minutos.

Como es de esperar la degradación media está en total concordancia

con la obtenida para cocientes diarios. Sin embargo, se observa una desviación

estándar del 2%. Esto se debe a que, debido al poco espacio temporal entre

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medidas, influye la distribución no uniforme de la suciedad sobre la cubierta del

piranómetro.

Las conclusiones extraídas por los autores son las siguientes:

- En este artículo se ha hecho un análisis del efecto de la suciedad

sobre el comportamiento de piranómetros fijos.

- Para el clima árido de Sede Boqer, se ha obtenido una tasa

constante de degradación del 0.1 % diario, durante un periodo de varias

semanas.

- Estos resultados son particularmente relevantes en el

comportamiento una estación de piranómetros, de la cual se espera

proporcione resultados fiables y precisos sin la necesidad de asistencia

humana diaria.

- Es de esperar que los efectos analizados en este estudio

dependan fuertemente de las condiciones locales en que se han realizado la

toma de datos. En este sentido sería interesante realizar trabajos análogos a

este en diferentes localizaciones climáticas.

g) Degradation of photovoltaic cell performance due to dust deposition on

to its surface. El-Shobokshy, M. S. & Hussein, F. M. [7]

En este estudio se analiza la influencia de las propiedades físicas y el

tipo de material de las partículas de polvo depositadas sobre la degradación de

la célula fotovoltaica.

Se usó un panel fotovoltaico formado por 33 células de silicio. Para

controlar las variables de radiación, el experimento se realizó en condiciones

de interior, utilizando un simulador solar consistente en 3 lámparas de

tungsteno de 1000 W, el cual proporciona una intensidad luminosa uniforme

sobre el panel. El rango espectral conseguido abarca desde los 0.4 hasta los

4.0 �m muy similar al aportado por el sol. Además la temperatura del panel se

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mantuvo siempre por debajo de los 35 ºC. La máxima intensidad conseguida

fue de 400 W/m2.

El polvo utilizado fueron partículas de caliza previamente seleccionadas

en función de su tamaño.

La primera tarea del experimento fue determinar la característica I-V del

panel solar para diferentes intensidades solares con la superficie en

condiciones limpias.

La segunda tarea fue determinar las características I-V cuando se

deposita sobre la superficie del panel diferentes densidades de partículas de

polvo. La uniformidad de las partículas sobre el panel fue comprobada antes de

la validación de datos.

La intensidad solar fue ajustada a un valor fijo de 195 W/m2 durante todo

el programa de experimentación.

La densidad de partículas fue calculada pesando con una báscula de

exactitud las partículas de polvo en un área determinada y dividiéndola por esta

última.

Fig. 4.24. Característica I-V de una célula fotovoltaica limpia para diferentes irradiancias.

Esta gráfica refleja los datos recogidos en la primera tarea del

experimento, que determina la característica I-V del panel limpio.

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Fig. 4.25. Variación de la intensidad de cortocircuito con la irradiancia

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En esta figura se representa la corriente de cortocircuito normalizada

frente a la radiación normalizada, tomando como referencia los valores de

ambos parámetros para la máxima intensidad radiante. Se puede observar

cómo la intensidad de cortocircuito sigue una tendencia no lineal muy definida.

Fig. 4.26. Características I-V de las células fotovoltaicas para diferentes densidades de

suciedad

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Esta figura muestra la reducción de la característica I-V cuando se

incrementa la densidad de partícula depositada en la superficie del panel.

La tasa de reducción de la intensidad de cortocircuito y de la potencia

frente a la densidad de partículas depositadas se pueden observar claramente

en las dos siguientes gráficas.

Fig. 4.27. Variación de la intensidad de cortocircuito con la densidad de suciedad

Fig. 4.28. Variación de la potencia máxima de salida con la densidad de polvo

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Hay que enfatizar que estos resultados no se pueden generalizar, debido

a la importancia de parámetros físicos de las partículas como su tamaño medio

y distribución de tamaño. La absorción de luz asociada a diferentes materiales

también juega un papel importante en la degradación de la radiación recibida

por las células fotovoltaicas.

Comparando las características I-V obtenidas para distintas densidades

de suciedad con las obtenidas para células limpias a una misma intensidad de

radiación, se tiene como resultado la reducción de intensidad solar recibida por

el panel debido a la acumulación de suciedad. Esto queda representado en la

siguiente gráfica.

Fig. 4.29. Porcentaje de reducción en la irradiancia recibida por las células fotovoltaicas

La variación del factor de forma con la intensidad solar y con la densidad

de suciedad se muestra en las siguientes gráficas.

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Fig. 4.30. Variación del factor de llenado con la irradiancia

Fig. 4.31. Variación del factor de llenado con la densidad de suciedad

Conclusiones extraídas por los autores del estudio:

- La acumulación de suciedad en la superficie de los paneles

fotovoltaicos reduce la potencia proporcionada por dichos sistemas

- El nivel de degradación depende de la densidad de partículas,

valor que hay que referir al tipo de polvo con el que se trabaja, que debe ser

definido en función del tipo de material y de su tamaño de partícula.

- Partículas con un diámetro medio de 80 �m reducen la corriente

de cortocircuito en un 82 % cuando su densidad alcanza los 250 g/m2. Con

estos valores, la potencia proporcionada por el panel se reduce en un 84 %.

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- El factor de llenado es sensible al incremento de la intensidad

solar.

- El incremento de temperatura de la célula cuando ésta está

limpia, así como el cubrimiento parcial de la superficie del panel tanto para la

etapa inicial de deposición como para la final de excesiva suciedad, han

resultado en una disminución notable del factor de llenado.

h) Measurement of direct, diffuse and total solar radiation with silicon

photovoltaic cells. Selçuk, K. & Yellot, J. I. [8]

En este estudio, se pretende determinar lo apropiado del uso de células

fotovoltaicas de silicio como medidores de radiación solar. La causa que invita

a realizar este análisis es la demanda de equipos que lleven a cabo la tarea

anteriormente mencionada a relativos bajos precios.

Para ello, se dispuso de 6 células sometidas a variaciones de

temperatura y sobre las que se irradia tanto luz solar como artificial (tungsteno).

Como es sabido, la intensidad de salida de las células de silicio exhibe, a

temperatura constante, un comportamiento lineal como respuesta a la radiación

solar.

Fig. 4.32.A. Variación de la intensidad de cortocircuito con la intensidad de la radiación solar

incidente.

Fig. 4.32.B. Variación de la intensidad de cortocircuito y tensión de circuito abierto con la

temperatura para una célula de silicio bajo un iluminación de tungsteno constante.

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Como se puede ver en la figura 4.31.B, la variación de la corriente de

cortocircuito con la temperatura es muy pequeña. Esto llevó a medir y analizar

la salida de la célula en función de la caída de tensión a través de una pequeña

resistencia.

Para estudiar la compensación por temperatura se llevó a cabo el

siguiente experimento. Seis células de silicio 120-C fueron soldadas a un disco

de cobre. Durante la primera parte del ensayo, las células fueron sometidas a

100 W de luz artificial de tungsteno. Durante la segunda parte, el dispositivo fue

adosado a un seguidor solar que recibió la radiación de este último desde las

11am hasta las 1pm. Los resultados obtenidos se muestran en la siguiente

tabla:

Fig. 4.33. Variación de la intensidad de cortocircuito de las células de silicio sin compensar para

temperatura des de los 32 hasta los 194 ºF, expresado como desviación de la corriente a 77 ºF,

para luz de tungsteno y radiación solar

La variación en la tensión de salida para las células 2, 3 y 6 se muestra

en la siguiente figura.

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Fig. 4.34. Variación de la corriente de cortocircuito para células de silicio bajo iluminación de

tungsteno constante sobre un rango de temperaturas desde los 40 a los 195 ºF.

De los resultados obtenidos, se observa que la intensidad de

cortocircuito aumenta con la temperatura hasta un punto, fuera del rango de

temperaturas solares, en el cual comienza a disminuir. Además, cada célula

presenta su propia característica intensidad-temperatura. Por ejemplo, bajo luz

solar, la intensidad en la célula 3 sube hasta el 4.67% mientras que en la 5

aumenta hasta el 5.9%.

Para analizar la influencia del factor coseno se construyó un dispositivo

cuyo elemento sensible es la célula de silicio. Para cada valor del ángulo de

incidencia, la variación que introduce dicho parámetro se analizó mediante el

siguiente parámetro:

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Los resultados obtenidos se muestran en la figura 4.35. Se puede

observar como a partir de un ángulo de incidencia de 20º, la reflectividad de la

célula aumenta rápidamente y la respuesta frente al factor coseno se aleja de

un valor fiable.

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Fig. 4.35. Variación de la respuesta al factor coseno para células de silicio con ángulos de

incidencia desde los 0 a los 90º

A continuación, los autores del artículo pasaron a analizar el efecto de la

variación de la masa de aire. Los resultados obtenidos quedan ilustrados en la

siguiente gráfica:

Fig. 4.36. Variación de la respuesta del solarímetro con el incremento de la masa de aire

Si se superponen el efecto debido al factor coseno y el debido a la masa

de aire, se observa que para altas altitudes solares no se necesita ninguna

corrección. Para altitudes por debajo de los 60º, ambos efectos se

contrarrestan y la desviación es muy pequeña, como se pone de manifiesto en

la siguiente gráfica:

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Fig. 4.37. Efecto combinado de la variación de la masa de aire y la desviación de la ley del

coseno sobre la respuesta de un solarímetro para altitudes solares desde 0 a 90 grados.

Las conclusiones extraídas por los autores del artículo son las

siguientes:

- La corriente de cortocircuito de las células fotovoltaicas de silicio

puede ser usada con confianza para medir la radiación solar, siempre y cuando

se le apliquen los factores correctores correspondientes a la masa de aire, al

factor coseno y a la variación de temperatura. Este último parámetro puede

eliminarse mediante un dispositivo específico que compensa el crecimiento en

la característica corriente-temperatura de la célula.

- Las correcciones para el factor coseno y la masa de aire pueden

expresarse en función de la altitud solar en el caso de una célula horizontal.

Para disposiciones diferentes a la horizontal, deben hacerse correcciones tanto

para el factor coseno como para la masa de aire.

- Las células solares pueden usarse de manera precisa para medir

la radiación solar tomando en cuenta las pautas de corrección anteriormente

mencionadas.

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i) Measurement of solar radiation by silicon solar cell. Bonner, M. G. &

Sapsford, C. M. [9]

En este artículo, Bonner y Sapsford llevaron a cabo una investigación

sobre el uso de una célula solar de silicio para medir radiación solar.

Principalmente, el estudio se centró en el efecto de los constituyentes

atmosféricos y las variaciones de longitud de onda sobre las prestaciones que

ofrece una célula solar de silicio actuando como un medidor de radiación.

Para ello, se compararon los datos obtenidos por una célula solar de

silicio con los de un solarímetro de termopila tipo Kipp.

Constantes de calibración teóricas para varias condiciones y el efecto

del cambio del ángulo de incidencia del rayo solar directo sobre la célula de

silicio no se trataron en este estudio, direccionando dicha información al

artículo “Measurement of direct, diffuse, and total solar radiation with silicon pv

cells” [8].

Para comenzar el artículo, los autores hicieron una revisión de los

distintos materiales con que se pueden fabricar las células solares. En

cualquiera de los casos, las prestaciones ofrecidas por el silicio monocristalino

parecen mejorar las del selenio policristalino y la del sulfito de cadmio

monocristalino. Esto se puede apreciar comparando las curvas espectrales de

los tres materiales (figura 4.38), donde se observa cómo el silicio, que es

sensible a lo largo del rango de longitudes de onda visibles y parte de las

infrarrojas, abarca un espectro mucho más amplio que el selenio o el sulfito de

cadmio.

Los constituyentes atmosféricos tienen influencia en los cambios sobre

la distribución espectral de la radiación. Debido a la naturaleza selectiva de la

célula de silicio, una variación de dicha distribución puede afectar al

comportamiento del dispositivo. Así, expresamos el índice de calibración

debido a este fenómeno como la intensidad de cortocircuito generada por la

radiación por unidad de superficie.

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Fig. 4.38. Distribución espectral para un cuerpo negro a 7000 K. Respuesta relativa de

fotocélulas de Cadmio (Cd), Selenio (Se) y Silicio (Si).

Según este estudio, la variación en el contenido de polvo de la atmósfera

no tiene mucha influencia en el índice de calibración. En cambio, la cantidad de

vapor de agua sí podría tener importancia. También parecen factores a tener

en cuenta las variaciones en la longitud del camino óptico de los rayos solares

a través de la atmósfera, es decir, la nubosidad.

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Fig. 4.39. Comparación de la salida de un radiómetro solar compuesto con una célula de silicio

y un solarímetro Kipp, ambos en posición horizontal.

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En la búsqueda de un índice de calibración, se observó que éste no

puede definirse. Sin embargo, se puede determinar una constante de

referencia que desacopla y aísla los factores correctores por ángulo de

incidencia y por calidad espectral.

La toma de datos se produjo desde diciembre del 61 hasta noviembre

del 62. Se llevó a cabo un mantenimiento semanal consistente en la limpieza

del polvo acumulado sobre las superficies de los equipos.

El estudio arroja los siguientes resultados. Se pueden establecer dos

grupos de constante de calibración:

- Para cielo despejado: 15.2 ± 2% mA·cm-2·min/ly

- Para cielo cubierto: 16.6 ± 3% mA·cm-2·min/ly

Esto se muestra en la siguiente gráfica:

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Fig. 4.40. Comparación entre la salida proporcionada por un radiómetro solar de célula de

silicio y la radiación total solar recibida.

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Conclusiones extraídas por los autores del artículo:

� Cuando sólo varía la longitud del camino óptico, permaneciendo

constante los constituyentes atmosféricos, la constante de calibración de la

célula solar debe incrementarse significativamente con el aumento de la

longitud del camino óptico.

� En cuanto al efecto del ángulo de incidencia, la señal de la célula

solar sufre una caída notable para valores de dicho parámetro superiores a 30º.

� Las variaciones debidas a cambios de los elementos atmosféricos

solapan las variaciones debidas a cambios en la longitud del camino óptico.

� Se observa que en días nublados o parcialmente nublados, la

constante de calibración aumenta significativamente. Esto se puede deber a la

mayor presencia de vapor de agua en el ambiente, que resulta en que un

mayor porcentaje de la radiación esté comprendida en el rango de longitud de

onda para el cual la célula responde.

� La sensibilidad de la célula de silicio ante los constituyentes

atmosféricos y la longitud del camino óptico, hacen que la constante de

calibración sea distinta en cada localización y que dependa de las condiciones

meteorológicas del emplazamiento.

� En muchas situaciones, los resultados obtenidos a lo largo del

estudio son satisfactorios y por tanto, la célula solar podría usarse como

radiómetro solar.

j) Solar radiation resource assessment by means of silicon cells. Alados-

Arboledas, L., Batlles, F. J. & Olmo, F. J. [10]

El alto coste de inversión así como el periódico mantenimiento que

requieren equipos como el piranómetro y el pirheliómetro, hacieron plantearse

a los autores de este artículo la medición de la radiación solar por medio de

células solares.

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Los inconvenientes de usar estos últimos dispositivos son la variación de

su respuesta frente a la temperatura y al espectro solar, con respecto a las

termopilas.

El objetivo es, por tanto, obtener un procedimiento de corrección que,

aplicado a los resultados arrojados por la célula solar, nos permita obtener

unos datos de radiación comparables a los que se obtendrían usando equipos

de termopilas.

Antes del proceso de corrección, las principales discrepancias se

observan para la radiación difusa en cielos despejados.

El modo más barato de medir las tres componentes de la radiación solar

son dos piranómetros (uno de ellos sombreado). Así, se obtuvo la radiación

global y la difusa, pudiendo calcular la directa con un sencillo cálculo teniendo

en cuenta el ángulo zenit.

Por tanto, se afrontó la tarea de usar células solares como medidores de

radiación. Estos presentan problemas asociados con una respuesta espectral

limitada y no uniforme. Otra desventaja es su dependencia térmica (en torno al

15% por ºC).

Los sensores térmicos (termopilas), sin embargo, tienen una constante

de tiempo para la obtención de datos del orden de 1 a 10s frente a los 10e-6 s

de las células solares.

Un problema común a ambos sensores está asociado a su respuesta

frente al factor coseno para altos valores del ángulo de incidencia, con peores

resultados para la célula de silicona.

Respuesta espectral del fotodiodo de silicio y del piranómetro de

termopila:

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Fig. 4.41. Respuestas espectrales del piranómetro de silicio y del piranómetro de termopila.

1=distribución espectral de la radiación solar al nivel del mar para una masa de aire de 1.

2=respuesta espectral relativa para un piranómetro de termopila (Kipp & Zonen CM-11).

3=respuesta espectral relativa para sensor fotovoltaico (Licor 200-SZ).

Los datos usados en el estudio fueron tomados en Almería durante los

años 1990 y 1992. Para ello se utilizaron dos medidores fotovoltaicos, uno para

radiación difusa y otro para directa; y dos radiómetros de termopila usados

como referencia.

Se almacenaron la media de los datos recogidos cada 10 minutos. El

estudio se limita a ángulos zenit menores de 85º.

Los datos tomados se dividieron en dos grupos. El primer conjunto se

usó para desarrollar el modelo de corrección y el segundo para comprobar su

validez.

Para la búsqueda del modelo de corrección se desarrolló una relación

matemática que está influenciada por tres factores que a su vez vienen dados

por expresiones matemáticas: la claridad del cielo, el brillo de la luz del cielo y

el ángulo solar zenit.

Así, cuando se aplica la corrección por temperaturas obtenemos los

siguientes resultados:

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Fig. 4.42. Irradiancia global y difusa del piranómetro de silicio frente al de termopila después de

la corrección por temperatura

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Cuando se aplica la corrección por dispersión del espectro solar los resultados

mejoran:

�

Fig. 4.43. Irradiancia global y difusa del piranómetro de silicio frente al de termopila después de

la corrección espectral

Conclusiones extraídas por los autores del artículo:

- Las células solares pueden ser usadas como medidores de

radiación, lo cual supone un ahorro económico importante.

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- Para ello, hay que aplicar una corrección en los datos obtenidos

con dichos dispositivos, obteniendo unos resultados finales que presentan una

desviación media de entre el 4 y el 5 % con respecto a los obtenidos con

piranómetro y pirheliómetro.

- La radiación difusa presenta una mayor imexactitud tanto antes

como después de aplicar el método de corrección.

- En el estudio, no se han tenido en cuenta problemas asociados

con las obstrucciones indeseables de la banda de sombra.

- En resumen, existe la posibilidad de medir la radiación solar a un

coste moderado y una exactitud aceptable.

4.2. CONCLUSIONES �

El conocimiento y estudio de los dispositivos de energía solar han sido

temas que a lo largo del siglo XX se han tratado desde muchas perspectivas y

con relativa profundidad. Así, se dispone de información de una amplia gama

de dispositivos de aprovechamiento de energía solar que van desde módulos

fotovoltaicos, hasta sistemas de captación de baja temperatura (colectores) y

alta-media (concentradores), pasando por el estudio de cubiertas de vidrio,

radiómetros, etc.

Como denominador común a todos ellos, decir que las condiciones

climáticas y de posición geográfica en que trabajan estos dispositivos son

factores de un peso fundamental a la hora de evaluar el rendimiento de dichos

sistemas. Así, muchos de estos artículos se centran en el análisis de las

prestaciones proporcionadas por estos equipos en multitud de localizaciones

diferentes: climas húmedos, enclaves desérticos, etc.

También se ha tratado, aunque quizás con menos intensidad, el efecto

que la suciedad tiene sobre el rendimiento de paneles fotovoltaicos. Se ha

estudiado el efecto de polvos de distintos materiales, tamaños de partícula y

densidad de acumulación, obteniendo conclusiones reveladores y, sin duda, de

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gran utilidad a la hora de predecir el comportamiento en los parámetros de

salida de los dispositivos solares antes mencionados.

También podemos observar que la bibliografía existente es pobre en

cuanto al estudio del comportamiento de células solares de silicio

monocristalino actuando como medidores de radiación solar.

La revisión bibliográfica realizada en este proyecto ha estado centrada

en los aspectos expuestos en estos dos últimos párrafos y las principales

conclusiones que se pueden extraer son las siguientes:

- El grado de suciedad existente en la superficie de un dispositivo

se ha caracterizado por densidad de acumulación (g/m2) y por tamaño de

partícula.

- Se ha analizado el efecto que la suciedad provoca en la

degradación de la célula fotovoltaica, pero siempre considerando distribuciones

homogéneas del mismo.

- En todos los casos se ha observado cómo la intensidad de

cortocircuito y la potencia de salida disminuyen con el aumento de la suciedad,

siguiendo leyes matemáticas que pueden aproximarse con bastante exactitud

con un ajuste de mínimos cuadrados. La tensión de circuito abierto, sin

embargo, exhibe un comportamiento constante con la suciedad (Al-hasan y

Ghoneim [4]).

- El tipo de material es significativo a la hora de cuantificar la

radiación que recibe la célula. Elementos con mayor absortividad como el

carbón o el cemento degradan el rendimiento de estos sistemas aún más que

la caliza (Shobokshy y Hussein [1]).

- La degradación de una célula solar es más sensible a la

acumulación de suciedad de partículas finas que gruesas (Shobokshy y

Hussein [1]).

- La eficiencia normalizada de una célula fotovoltaica disminuye con

mucha más pendiente para acumulaciones de polvo por debajo de 1.5 g/m2.

Esto se debe a que, a partir de dicho valor, las partículas empiezan a

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acumularse encima de otras ya depositadas, con lo cual no ocupan área

efectiva de la célula (Al-hasan y Ghoneim [4]).

- En el estudio de concentradores fotovoltaicos realizado en Arabia

Saudí por Shobokshy, Mujahid y Zakzouk [5], se concluye que la suciedad

acumulada disminuye la intensidad de cortocircuito generada hasta un valor de

polvo de 2 g/m2, a partir del cual, la intensidad permanece prácticamente

constante.

- Al estudiar el efecto de la suciedad sobre la transmisividad en una

lámina de polietileno de 0.2 mm de espesor, se concluye que dicho parámetro

se reduce en un 30 % para una acumulación de polvo de 8.42 g/m2. Para una

degradación natural, se observa como la transmisividad disminuye siguiendo

una tendencia no lineal definida (Mastekbayeva y Kumar [2]).

- La disposición de la célula solar influye directamente en la

acumulación de la suciedad. Así, dispositivos con poca inclinación exhibirán

una mayor tendencia a la acumulación de polvo que otros con más inclinación.

Además la transmitancia se ve reducida conforme disminuye el ángulo de

inclicnación (Elminir, Ghitas, Hamid y El-Hussainy [3]).

- Un piranómetro de silicio monocristalino en Sede Boquer (clima

desértico) sufre una degradación del 0.1% diario, según Feuermann y Zemel

[6]. Este resultado es particular de esta situación geográfica y por tanto, no se

puede generalizar.

- La evolución de la intensidad de cortocircuito normalizada sigue

una evolución no lineal claramente definida con la acumulación de polvo y con

la radiación normalizada. Estas relaciones han sido estudiadas por El-

Shobokshy y Hussein [7] en su artículo.

- Se ha estudiado la variación de la intensidad de cortocircuito que

experimenta una célula solar tanto para una radiación artificial de tungsteno

como para radiación solar, poniéndose de manifiesto que cada célula presenta

su propia característica intensidad-temperatura (Selçuk y Yellot [8]).

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- La influencia del factor coseno es determinante en la fiabilidad de

la respuesta proporcionada por una célula solar. Así, para ángulos de

incidencia superiores a los 20º, la reflectividad de la célula aumenta

rápidamente y dicha respuesta se aleja de valores fiables (Selçuk y Yellot [8]).

- En cuanto a la masa de aire, los resultados expuestos muestran

que este factor es importante para altitudes solares por debajo de los 30º

(Selçuk y Yellot [8]).

- El silicio monocristalino abarca un espectro más amplio que otros

materiales siendo, por tanto, el elemento más recomendable para construir

dispositivos solares tales como piranómetros o células fotovoltaicas.

- El estudio de Bonner y Sapsford [9] propone dos constantes de

calibración para corregir los datos de radiación recogidos por una célula de

silicio: una constante para cielo despejado y otra para cielo cubierto.

- Se han desarrollado correlaciones para compensar la desviación

en la respuesta que una célula solar experimenta para variaciones de

temperatura y debido al espectro solar de radiación (Alados, Batlles y Olmo

[10]). Se observa cómo dicha respuesta mejora notablemente cuando se

corrige por espectro solar. Aún así, los resultados de radiación difusa exhiben

una mayor desviación que la directa.

Como conclusión general al trabajo de revisión bibliográfica, decir que la

mayoría de los estudios se han realizado en condiciones de interior de un

laboratorio con luz artificial. Además, existe mucha información sobre la

influencia de la suciedad en el rendimiento de células solares en dichas

condiciones para posiciones horizontales de los dispositivos. Sin embargo, el

conocimiento es escaso en cuanto su comportamiento para inclinaciones

distintas de la horizontal.

Es por esto que este proyecto se plantea el estudio de una célula solar

expuesta a la intemperie y de los efectos que sobre su comportamiento

producen ángulos de incidencia y suciedad variables.