Monitorización de la temperatura de los módulos fotovoltaicos en regiones de calor extremo.

Las centrales solares en Oriente Medio, India, África y Australia suelen operar bajo una intensa luz solar y temperaturas ambiente elevadas. Si bien la abundante radiación solar crea condiciones favorables para la generación de electricidad, el calor excesivo también puede reducir la eficiencia de los módulos fotovoltaicos.

Para desarrolladores de parques solares, contratistas EPC y equipos de operación y mantenimiento (O&M), Monitorización de la temperatura de los módulos fotovoltaicos Es fundamental para comprender las pérdidas térmicas y evaluar el rendimiento real de la planta.

Un sistema de monitorización bien diseñado combina la temperatura del módulo, la irradiancia solar, la temperatura ambiente y las mediciones del viento para proporcionar una imagen más clara de las condiciones de funcionamiento.

Este artículo explora los desafíos que plantea la monitorización de módulos fotovoltaicos en climas cálidos, los métodos prácticos de instalación de sensores y las configuraciones de monitorización recomendadas para proyectos solares en zonas desérticas y de altas temperaturas.

1. ¿Por qué las altas temperaturas afectan el rendimiento de los paneles solares fotovoltaicos?

1.1 Relación entre la temperatura del módulo y la potencia de salida

Los módulos fotovoltaicos solares convierten la luz solar en energía eléctrica. Sin embargo, no toda la radiación solar absorbida se convierte en electricidad. Una parte se transforma en calor, lo que aumenta la temperatura de funcionamiento del módulo.

En la mayoría de los módulos fotovoltaicos convencionales de silicio cristalino, el aumento de la temperatura de las celdas provoca una reducción de la potencia eléctrica máxima.

El grado de reducción depende del coeficiente de temperatura de potencia del módulo, que normalmente se especifica en la hoja de datos del fabricante.

Un cálculo simplificado es:

Cambio de potencia relacionado con la temperatura (%) ≈ Diferencia de temperatura (°C) × Coeficiente de temperatura de potencia (%/°C)

Consideremos un módulo fotovoltaico ilustrativo con:

• Temperatura de referencia de la celda: 25 °C
• Temperatura de funcionamiento de la celda: 65 °C
• Coeficiente de temperatura de potencia: −0,35%/°C

El cambio estimado en la potencia es:

(65 − 25) × (−0,35%) = −14%

En condiciones equivalentes, la potencia máxima del módulo sería aproximadamente 14% menor que su valor de temperatura de referencia.

Este cálculo es ilustrativo, no representa una pérdida de energía medida en la planta. El rendimiento real depende de la tecnología del módulo, la irradiancia, las condiciones de refrigeración y otros factores del sistema. Además, la temperatura de la superficie posterior no siempre coincide con la temperatura de la celda.

El Documentación del modelo NREL System Advisor Explica cómo los modelos de rendimiento fotovoltaico incorporan coeficientes de temperatura y condiciones de funcionamiento.

1.2 Por qué la temperatura ambiente por sí sola es insuficiente

Una limitación común en la monitorización de las plantas solares es depender de la temperatura ambiente para estimar las condiciones de funcionamiento de los módulos.

Sin embargo, La temperatura del módulo fotovoltaico puede ser sustancialmente superior a la temperatura ambiente. durante períodos de fuerte irradiación.

La temperatura del módulo está influenciada por:

• intensidad de la irradiancia solar
• Temperatura ambiente
• Velocidad del viento y refrigeración por convección
• Estructura de montaje del módulo y ventilación
• Construcción del módulo y propiedades térmicas
• Condiciones de instalación locales

Dos conjuntos fotovoltaicos que experimentan la misma temperatura ambiente pueden funcionar a diferentes temperaturas de los módulos debido a diferencias en la exposición al viento, la geometría de montaje o la radiación solar.

La monitorización directa de la temperatura de los paneles solares proporciona información más útil para evaluar las variaciones de rendimiento relacionadas con la temperatura.

2. Monitorización de la temperatura de los módulos fotovoltaicos en las principales regiones de clima cálido.

Las distintas regiones geográficas presentan retos específicos para la monitorización de la temperatura de las plantas solares.

2.1 Oriente Medio: Centrales solares en el desierto

Los proyectos de energía solar en Arabia Saudita, los Emiratos Árabes Unidos, Omán y otros mercados de Oriente Medio suelen enfrentarse a una fuerte irradiación solar, altas temperaturas en verano y exposición al polvo.

Los requisitos de monitoreo deben tener en cuenta lo siguiente:

• Altas temperaturas del módulo durante el día
• Acumulación de polvo y arena
• Grandes variaciones de temperatura entre el día y la noche.
• Exposición del cable del sensor a la luz solar y al calor.
• Accesibilidad limitada en parques solares remotos

Para instalaciones en el desierto, la combinación sensores de temperatura en la parte posterior del módulo, sensores de irradiancia en el plano de la matriz y monitoreo del clima local Ayuda a los operadores a evaluar cómo el calor y las condiciones ambientales influyen en la generación de energía.

Las pérdidas relacionadas con el polvo deben evaluarse por separado siempre que sea posible, ya que las mediciones de temperatura por sí solas no pueden cuantificar las pérdidas por suciedad.

2.2 India: Servicios públicos de alta temperatura y energía solar en tejados

India comprende varias zonas climáticas con diferentes desafíos de monitoreo.

Las instalaciones solares en Rajasthan y Gujarat pueden experimentar condiciones cálidas y secas, mientras que otras regiones se enfrentan a combinaciones de calor, humedad, lluvias estacionales y contaminantes atmosféricos.

En las centrales solares a gran escala, la monitorización de la temperatura de los módulos permite realizar comparaciones entre diferentes bloques de paneles.

En el caso de los sistemas solares industriales instalados en tejados, se debe prestar especial atención a la distancia de montaje y a la ventilación natural.

Un módulo instalado cerca de la superficie de un tejado puede funcionar de forma diferente a un módulo equivalente montado sobre una estructura a cielo abierto.

2.3 África: Plantas solares remotas y condiciones variables del emplazamiento

Los proyectos de energía solar en los mercados del norte y sur de África pueden experimentar una alta irradiancia, temperaturas elevadas y entornos operativos polvorientos.

El diseño del sistema de monitoreo debe tener en cuenta lo siguiente:

• Ubicación representativa del sensor
• Protección fiable para cables exteriores
• Registro de datos de temperatura a largo plazo
• Infraestructura de comunicación remota
• Acceso para mantenimiento y exposición ambiental

Los sensores de temperatura integrados con registradores de datos y sistemas de monitorización remota pueden facilitar evaluaciones de rendimiento continuas sin necesidad de una observación constante in situ.

2.4 Australia: Alta irradiancia y condiciones extremas de verano

Las granjas solares australianas ubicadas en regiones áridas e interiores pueden experimentar una intensa radiación solar, temperaturas elevadas y diferencias sustanciales entre las temperaturas diurnas y nocturnas.

Las condiciones del viento también influyen en la refrigeración de los módulos.

En instalaciones de gran tamaño, las mediciones de temperatura de secciones representativas del conjunto pueden ayudar a identificar variaciones entre diferentes estructuras de montaje, orientaciones y condiciones de exposición.

El objetivo no es simplemente registrar la temperatura máxima, sino comprender cómo las condiciones térmicas cambiantes se corresponden con la disponibilidad de recursos solares y la generación de energía.

3. Cómo funcionan los sensores de temperatura de los módulos fotovoltaicos

A sensor de temperatura del módulo fotovoltaico Mide la temperatura de un módulo solar, generalmente mediante contacto directo con su superficie posterior.

Dependiendo del diseño del dispositivo, los elementos sensibles a la temperatura pueden utilizar principios de medición basados en resistencia o en semiconductores.

El sensor convierte los cambios de temperatura en una señal eléctrica que puede ser procesada por equipos de monitorización compatibles.

Los dispositivos de integración típicos incluyen:

• Estaciones de monitoreo meteorológico fotovoltaico
• Registradores de datos y RTU
• Controladores industriales
• Sistemas SCADA
• Plataformas de monitorización remota de IoT

Los formatos de salida de los sensores y las especificaciones de medición varían según el modelo y deben confirmarse consultando la hoja de datos del producto seleccionado.

Temperatura de la parte posterior del módulo frente a la temperatura de la celda

Estos dos parámetros están estrechamente relacionados, pero no deben tratarse como idénticos.

Un sensor ubicado en la parte posterior mide la temperatura de la superficie trasera del módulo. Las células fotovoltaicas internas pueden operar a una temperatura diferente debido a la transferencia de calor a través de los materiales del módulo.

Para la modelización del rendimiento corregido por temperatura, la relación entre la temperatura medida del módulo y la temperatura estimada de la celda debe tratarse utilizando un método apropiado.

Para obtener información adicional sobre los fundamentos de los sensores, lea Sensores de temperatura de módulos fotovoltaicos para la monitorización de plantas solares..

4. Mejores prácticas para la instalación de sensores de temperatura de módulos en condiciones de calor extremo.

Un control fiable de la temperatura comienza con una instalación adecuada.

El estándar internacional IEC 61724-1:2021 Proporciona orientación para la monitorización del rendimiento fotovoltaico, incluidas las mediciones de temperatura de los módulos.

4.1 Seleccione un módulo representativo

Se deben instalar sensores de temperatura en los módulos fotovoltaicos que representen las condiciones de funcionamiento que se están evaluando.

Generalmente, un lugar de instalación adecuado es:

• En la superficie posterior del módulo fotovoltaico
• Cerca del centro de una celda próxima al centro del módulo
• Lejos de las cajas de conexiones y los bordes del marco.
• En un módulo representativo y sin daños
• Accesible para inspección cuando sea posible.

En instalaciones de gran tamaño, pueden ser necesarios varios puntos de monitorización, ya que la temperatura varía a lo largo del conjunto de paneles.

4.2 Asegurar un contacto térmico adecuado

Un contacto deficiente entre el sensor y la superficie del módulo puede provocar errores de medición.

Antes de la instalación, la superficie de montaje debe limpiarse siguiendo las instrucciones del fabricante del sensor y del módulo.

Utilice un adhesivo termoconductor adecuado o un método de montaje aprobado.

El material de fijación debe ser compatible con la superficie posterior del módulo y capaz de mantener un contacto fiable en las condiciones ambientales locales.

4.3 Proteja el cableado de las altas temperaturas y la exposición a los rayos UV.

Las instalaciones en zonas desérticas requieren una atención especial al cableado y los conectores de los sensores.

Las buenas prácticas de instalación incluyen:

• Seleccionar cables adecuados para las temperaturas previstas y la exposición a la luz solar.
• Fijar el cableado para evitar el movimiento y la abrasión.
• Proporcionar un alivio de tensión adecuado para el cable
• Protección de los conectores expuestos contra daños ambientales.
• Evitar el contacto innecesario con los bordes afilados del marco del módulo.

En el caso de los módulos bifaciales, la ubicación de los sensores en la parte posterior y el enrutamiento de los cables también deben minimizar la obstrucción de la luz que llega a las celdas posteriores.

4.4 Verificar el rendimiento del sensor

La inspección y verificación de los sensores deben formar parte del mantenimiento rutinario de la monitorización fotovoltaica.

Los equipos de operación y mantenimiento deben comprobar la fijación de los sensores, el estado del cable, la estabilidad de la comunicación y la consistencia de las mediciones.

Una diferencia repentina entre sensores de temperatura cercanos no indica automáticamente un módulo fotovoltaico defectuoso. Deben tenerse en cuenta problemas de instalación, fallos en los sensores, diferentes condiciones locales y diferencias térmicas reales.

5. Integración de la temperatura del módulo con datos de irradiancia y meteorológicos.

La monitorización de la temperatura resulta mucho más útil cuando se combina con otras mediciones de la planta solar.

5.1 Parámetros esenciales

5.2 Comprensión de las pérdidas de rendimiento relacionadas con la temperatura

Consideremos una planta fotovoltaica en un clima cálido que registra una alta irradiancia en el plano de los paneles, pero una producción eléctrica inferior a la esperada.

Un operador puede investigar el evento a través de un proceso estructurado:

Paso 1: Verificar las mediciones de irradiancia.

Compruebe si los datos de irradiancia representan con precisión las condiciones del conjunto fotovoltaico.

Paso 2: Examine la temperatura del módulo.

Compare la temperatura medida con las expectativas bajo la irradiancia observada y las condiciones ambientales.

Paso 3: Revisar los datos del viento.

Evaluar si la baja velocidad del viento o la ventilación restringida pueden haber contribuido a una mayor temperatura del módulo.

Paso 4: Compare la producción esperada ajustada a la temperatura con la generación real.

Utilice el modelo fotovoltaico y el coeficiente de temperatura del módulo adecuados.

Paso 5: Investigar las diferencias de rendimiento restantes.

Revise la posible suciedad, el sombreado, las limitaciones del inversor, las fallas eléctricas y la reducción de potencia.

Este enfoque ayuda a evitar atribuir cada reducción en la generación a las altas temperaturas.

5.3 Análisis de datos de temperatura y relación de rendimiento

El índice de rendimiento (PR) se utiliza para evaluar el rendimiento de un sistema fotovoltaico en relación con el recurso solar disponible.

La regulación fotovoltaica convencional se ve afectada por la temperatura de funcionamiento, por lo que los datos de temperatura resultan especialmente útiles a la hora de comparar el rendimiento de la planta en diferentes estaciones o condiciones climáticas.

Los métodos de PR con corrección de temperatura pueden ayudar a tener en cuenta los efectos térmicos predecibles.

Sin embargo, el control de la temperatura por sí solo no es suficiente para calcular la PR. También se requieren mediciones fiables de la generación de energía y la irradiancia.

JW-IoT proporciona una Solución de estación meteorológica para plantas fotovoltaicas que integra la radiación solar, la temperatura del módulo, las mediciones meteorológicas y la adquisición de datos para aplicaciones de monitorización fotovoltaica.

5.4 Monitoreo remoto de la temperatura y visualización de datos

Cuando el sistema de adquisición de datos seleccionado lo permite, las mediciones de temperatura pueden transmitirse a una plataforma de monitorización centralizada.

Entre las funciones útiles del panel de control se incluyen:

• Tendencias de temperatura de los módulos en tiempo real
• Comparación de temperaturas entre puntos de monitoreo
• Gráficos de correlación entre irradiancia y temperatura
• Análisis de datos históricos
• Estado de comunicación del sensor
• Alertas de temperatura anormal configurables

Las alertas deben basarse en las condiciones de funcionamiento específicas del proyecto, en lugar de en un único umbral de temperatura universal.

6. Kit recomendado de monitorización de temperatura fotovoltaica para plantas solares en climas cálidos.

Para los contratistas de ingeniería, adquisición y construcción (EPC), los integradores de sistemas y los operadores de plantas solares, una configuración de monitorización modular permite seleccionar los sensores que mejor se adapten a los requisitos del proyecto.

6.1 Componentes de monitorización sugeridos

Estos son componentes sugeridos del sistema, no un paquete de productos fijo. La configuración final depende de la envergadura del proyecto, los requisitos de precisión y la infraestructura existente de la planta.

6.2 Opciones de equipos de monitorización JW-IoT

Opción A: Estación meteorológica solar fotovoltaica integrada

El Estación meteorológica solar fotovoltaica para la monitorización de centrales eléctricas. Combina la irradiancia solar, la temperatura del módulo y la monitorización meteorológica.

La configuración JW-XF500S-CWB(YN22) que se muestra incluye:

• Rango de medición de temperatura del módulo: -20 °C a +80 °C
• Precisión de la temperatura del módulo: ≤ ±0,2 °C
• Medición de la irradiancia solar: 0–2000 W/m²
• Comunicación RS485 Modbus RTU
• Mediciones integradas de viento y medio ambiente

Antes de seleccionar el sensor para aplicaciones de calor extremo, se deben comprobar las temperaturas de funcionamiento previstas y compararlas con su rango de medición especificado.

Opción B: Estación de monitoreo meteorológico fotovoltaico configurable

El Estación de monitoreo meteorológico fotovoltaico para plantas solares distribuidas Ofrece funciones de medición ambiental y adquisición de datos para proyectos de monitorización solar.

La configuración publicada del JW-QTF(LC6) indica un rango de medición de temperatura del módulo de −50 °C a +150 °C.

Se debe seleccionar el sistema adecuado en función de los parámetros requeridos, la arquitectura del proyecto y las especificaciones técnicas.

Opción C: Sistema de monitorización solar personalizado

Los proyectos que requieren varios puntos de monitoreo pueden considerar la Sistema de monitorización de energía solar fotovoltaica con automatización IoT.

Según la configuración, esta solución permite la integración de sensores ambientales, equipos de comunicación remota y sistemas de monitorización centralizados.

En emplazamientos remotos en zonas desérticas, se debe prestar especial atención a la disponibilidad de comunicaciones, el suministro eléctrico, la continuidad de los datos y la facilidad de mantenimiento.

7. Preguntas frecuentes

¿Cuál es la mejor ubicación para un sensor de temperatura de un panel solar?

Para la medición convencional por contacto posterior, generalmente se prefiere la superficie posterior del módulo, cerca de su centro. La ubicación final y el método de montaje deben ajustarse a la norma de monitorización aplicable y a las instrucciones del fabricante del sensor.

¿Qué temperatura máxima pueden alcanzar los módulos fotovoltaicos en entornos desérticos?

La temperatura de los módulos fotovoltaicos depende de la irradiancia, la temperatura ambiente, el viento, la construcción del módulo y las condiciones de instalación. No existe una temperatura máxima de funcionamiento única aplicable a todos los proyectos solares en zonas desérticas.

¿Por qué es importante la monitorización de la temperatura de los módulos para el rendimiento de una planta solar?

Ayuda a cuantificar los efectos de la temperatura en el rendimiento y proporciona un contexto para comparar la generación de energía prevista con la real. Resulta especialmente útil junto con las mediciones de irradiancia y eléctricas.

¿Puede un solo sensor de temperatura monitorizar toda una planta solar?

Un solo sensor no puede representar todas las condiciones locales en una planta fotovoltaica de gran tamaño. La cantidad y distribución de sensores necesarios dependen del tamaño del conjunto, la clase de monitorización y las diferencias en el tipo de módulo y las condiciones de instalación.

¿Puede la monitorización de la alta temperatura de los módulos detectar fallos en los paneles solares?

Las tendencias de temperatura pueden ayudar a identificar condiciones de funcionamiento inusuales, pero un solo sensor de temperatura en la superficie posterior no puede diagnosticar de forma fiable todas las fallas de los módulos ni los puntos calientes localizados. Es posible que se requieran pruebas eléctricas adicionales o imágenes térmicas.

8. Conclusión: Datos de temperatura fiables para proyectos solares de alta temperatura.

Para las centrales de energía solar que operan en Oriente Medio, India, África y Australia, la alta temperatura de los módulos es un factor importante en la evaluación del rendimiento energético.

La monitorización precisa de la temperatura de los módulos fotovoltaicos ayuda a los operadores a comprender el comportamiento térmico, interpretar las pérdidas de rendimiento y comparar las condiciones de funcionamiento en diferentes instalaciones solares.

El mayor valor reside en combinar las mediciones de temperatura con los datos de irradiancia, meteorológicos y de generación eléctrica.

Con sensores adecuados, una instalación fiable y una adquisición de datos constante, los operadores de plantas solares pueden tomar decisiones más fundamentadas sobre el rendimiento y el mantenimiento.

Solicitar kit de control de temperatura

¿Está planificando un parque solar o un proyecto fotovoltaico en un tejado en un clima cálido?

JW-IoT proporciona soluciones configurables de monitorización de la temperatura y las condiciones meteorológicas de los sistemas fotovoltaicos para contratistas EPC, integradores de sistemas solares y operadores de plantas.

Póngase en contacto con nuestro equipo e indíquenos la ubicación de su proyecto, la capacidad de la planta, los parámetros de medición necesarios y los requisitos de comunicación.

Solicitar kit de control de temperatura

Alternativamente, contacte con nosotros. info@jingelway.com para la selección de equipos e información técnica.