Modulo paneles solares

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ING ANTONIO OSPINO MARTINEZ
MODULO PANELES SOLARES
AUTOR
ING ANTONIO FAVIO OSPINO MARTINEZ
FOXMANCOL@HOTMAIL.COM
CANAL YOUTUBE: ANTONIO OSPINO
PAG WEB: http://refrigeracionyclimatizaciondelasabana.mex.tl/intro.html

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TABLA DE CONTENIDO DEL MODULO
Contenido
1. GENERALIDADES DE LOS PANELES SOLARES............................................................................... 3
1.1. TIPOS DE PANELES SOLARES DE ACUERDO AL TIPO DE CELDA........................................... 3
1.2. TIPOS PANELES SEGÚN LA RIGIDEZ DE CELDA ................................................................... 3
1.3. RENDIMIENTO DE PANELES SOLARES ................................................................................. 3
1.4. DATOS TECNICOS DE LOS PANELES SOLARES...................................................................... 4
1.5. POTENCIAS COMERCIALES DE PANELES SOLARES RIGIDOS.............................................. 17
1.6. CONECTORES PARA PANELES SOLARES............................................................................. 17
1.7. FACTORES A TENER EN CUENTA EN EL MONTAJE DE PANELES SOLARES............................. 19
1.7.1.1. UBICACIÓN DE LA REGIÓN CON RESPECTO AL ECUADOR......................................... 19
1.7.2. ANALISIS DE ARREGLOS DE PANELES SERIE, PARALELOS Y MIXTOS ............................. 22
1.8. PÁNELES RECOMENDADOS SEGÚN LA POTENCIA SISTEMAS DOMICILIARIOS A
COMERCIAL Y VOLTAJES DEL SISTEMA ( SISTEMAS OFF GRID ).................................................... 29
1.9. CALCULOS DE PANELES SOLARES CON BASE EN EL HSP Y EL IRPS.................................... 34
1.9.1. HPS ( HORAS SOLARES PICO ).................................................................................... 34
1.9.2. IRPS ( INDICE RENDIMIENTO DEL PANEL )................................................................. 38

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1. GENERALIDADES DE LOS PANELES SOLARES
1.1. TIPOS DE PANELES SOLARES DE ACUERDO AL TIPO DE CELDA
1.2. TIPOS PANELES SEGÚN LA RIGIDEZ DE CELDA
PANELES RIGIDOS PANELES FLEXIBLES
1.3. RENDIMIENTO DE PANELES SOLARES

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Los datos anteriores son dados bajo condiciones de laboratorio.
1.4. DATOS TECNICOS DE LOS PANELES SOLARES.
Entre los cuales se tiene:

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• Voc: Voltaje máximo del panel en circuito abierto o sin carga bajo condiciones STC. Este
voltaje se usa para verificación de los rangos de voltaje en caso de usar inversores on grid.
• Isc : Corriente de panel en corto circuito bajo condiciones STC.
• Ac: Area superficial solar, es él área que expone el panel al sol.

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• STC: Condiciones estandar para medición: Temp de célula a 25 grados celsius, E de 1000
watt/Mts cuad y masa de aire espectral AM de 1.5; la masa de aire cuantifica la reducción
en la potencia de la luz a medida que pasa a través de la atmósfera y es absorbido por el
aire y el polvo.

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• Voltaje de potencia optima o pico o Vmp: Es el voltaje que dará el panel cuando trabaja a
la potencia pico o máxima bajo carga y condiciones STC. Se usa para calculo y para
verificación de rangos de voltajes en inversores de tipo on grid.
• Corriente de potencia pico o máxima o Imp: Es la corriente que dará el panel cuando
trabaja a la potencia pico o máxima bajo carga y condiciones STC. Se usa para cálculos de
reguladores, cableados, fusibles de protección.

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• Potencia Nominal Pico o de referencia Wp o Pmax: Es la potencia obtenida bajo
condiciones STC y por la cual se consigue el panel en el comercio. Se usa para cálculos de
paneles o bancos de paneles.
• Eficiencia de conversión de energía radiante a STC del módulo y de la célula: Es el valor de
eficiencia en conversión de energía radiante del sol y la potencia eléctrica de salida del
panel ( Pmax ), a una irradiancia ( E ) bajo condiciones STC. Su valor esta entre el 12 y el
22% y depende del tipo de módulo o célula. Se puede obtener con las siguientes fómulas:
ηSTC= [ P max / ( ESTC * Ac )] * 100%
ηSTC= [ P max / ( 1000 * Ac ) ]* 100%

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• Eficiencia de entrega de energía en condiciones reales: Es el valor de eficiencia en relación
a la potencia real entregada por el panel en condiciones reales, comparada con la potencia
nominal Pmax, obtenida bajo condiciones STC. Su valor varía desde el 100% hasta el 60% y
depende del sitio geográfico y condiciones ambientales principalmente la temperatura.
ηRC= P RC / P max
Donde:
PRC : Potencia de salida real del panel watts bajo las condiciones de reales ambientales a una
irradiancia en 1000 watt/mts cuad a la temperatura y condiciones de masa espectral del sitio.
• Energia captada diaria o de entrega del panel: Es el valor de energia en Watts-Hr, que es
transferida por el panel al sistema:
E = HSP * N * Wp * PR = HSP * N * Wp * ηRC = HSP * N * PRC
Donde:
N: Es el número de paneles del arreglo.
• Factor de llenado o forma: Es la relación entre la potencia máxima que puede entregar el
panel y el resultado del producto Voc * Isc.
FF = [ Pmax / ( Voc * Isc ) ]* 100%

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OBS: El factor de forma es adimensional y su valor es menor que 1, los paneles son mas eficientes
a medida que su FF se acerca a 100%
• Coeficiente de temperatura para Voc: Es la relación que me permite calcular la variación
de voltaje Voc o el porcentaje de variación de Voc por cada grado Celsius que se
incremente la temperatura del panel. Sus unidades son ( V/ºC ) o ( %Voc/ºC )
• Coeficiente de temperatura Isc: Es la relación que me permite calcular la variación de
corriente Isc o el porcentaje de variación de corriente Isc por cada grado Celsius que se
incremente la temperatura del panel. Sus unidades son ( mA/ºC ) o ( %Isc/ºC )
• Coeficiente de temperatura Pmax: Es la relación que me permite calcular la variación de
potencia Pmax o el porcentaje de variación de Pmax por cada grado Celsius que se
incremente la temperatura del panel. Sus unidades son ( %/ºK ) o ( %Pmax/ºC )
• Coeficiente de temperatura Vmp: Es la relación que me permite calcular la variación de
potencia Vmp o el porcentaje de variación de Vmp por cada grado Celsius que se
incremente la temperatura del panel. Sus unidades son ( mV/ºC ) o ( %Vmp/ºC ).
• Coeficiente de temperatura Imp: Es la relación que me permite calcular la variación de
potencia Imp o el porcentaje de variación de Imp por cada grado Celsius que se
incremente la temperatura del panel. Sus unidades son ( mA/ºC ) o ( %Imp/ºC ).

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Las fórmulas para las variaciones de los parámetros establecidos son:
Variación de la Pmax en % = Coeficiente de temperatura %Pmax/ºC * Δ temperatura Celda
Variación del Voc en % = Coeficiente de temperatura %Voc/ºC * Δ temperatura Celda
Variación del Vmp en % = Coeficiente de temperatura %Vmp/ºC * Δ temperatura Celda
Variación del Isc en % = Coeficiente de temperatura %Isc/ºC * Δ temperatura Celda
Variación del Imp en % = Coeficiente de temperatura %Imp/ºC * Δ temperatura Celda
Donde:
Δ temperatura Celda = temperatura celda – 25ºC
Si se desea hallar los valores finales de los parámetros afectados por las temperaturas, las
fórmulas son:
Valor Pmax corregido = [ ( 100% + variación de la Pmax en %)/100% ] * Pmax a STC
Valor Voc corregido = [ ( 100% + variación de la Voc en %)/100% ] * Voc a STC
Valor Vmp corregido = [ ( 100% + variación de la Vmp en %)/100% ] * Vmp a STC

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Valor Isc corregido = [ ( 100% + variación de la Isc en %)/100% ] * Isc a STC
Valor Imp corregido = [ ( 100% + variación de la Imp en %)/100% ] * Imp a STC
Veamos ahora algunos ejemplos:

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Ver video:
AFECTACION DE LOS PARAMETROS DE PANELES
POR TEMPERATURA DE LA CELDA
https://youtu.be/X2FpN83OcLQ
Analicemos otros paneles con sus datos técnicos:

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Analicemos ahora los gráficos de rendimiento de los paneles y sus relación con los datos técnicos
del mismo:

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La temperatura de la célula determina mucho el rendimiento de los mismos, tal como se observa
en el siguiente gráfico:
Del gráfico se deduce:
• A medida que aumenta la temperatura del panel, se disminuye su voltaje de salida y por
consiguiente su Voc.
• A medida que aumenta la temperatura del panel, se aumenta su Isc y por consiguiente su
Imp.
• A medida que se aumenta la temperatura del panel, se disminuye su Pmax.
Ver videos:
ANALISIS DE DATOS DE PLACA DE UN PANEL
SOLAR
https://youtu.be/G3uZrubTYZ4
ANALISIS DE GRAFICOS DE UN PANEL SOLAR https://youtu.be/8QYcAhw9eac

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1.5. POTENCIAS COMERCIALES DE PANELES SOLARES RIGIDOS
VER VIDEO:
GENERALIDADES DE LOS PANELES SOLARES https://youtu.be/ilrfCOYkK5w
VERIFICACION DE PARAMETROS EN PANELES
SOLARES
https://youtu.be/yjT7bc60Swc
1.6. CONECTORES PARA PANELES SOLARES
Estos poseen conexiones MC4 para uso en intemperie, vienen para uso individual o grupal,
dependiendo del arreglo de los paneles.

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En el caso que se tengan paneles en paralelo y para ahorrar cables se puede emplear estos
conectores:

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También vienen con fusible como en el siguiente caso:
1.7. FACTORES A TENER EN CUENTA EN EL MONTAJE DE PANELES SOLARES
1.7.1.1. UBICACIÓN DE LA REGIÓN CON RESPECTO AL ECUADOR
Veamos la situación de la latitud nuestra ya sea en un mapa o GPS, para la costa norte Colombiana
está entre latitud norte 7 grados a latitud norte 11 grados, es importante ubicar la latitud norte del
sito donde será instalado el panel, para el caso tomamos Sincelejo – Sucre ( Colombia ), que esta
en latitud norte 9 grados 18 minutos , tal como se muestra:
Para nuestro caso el ángulo de inclinación del panel con respecto al suelo es de 9 a 10 grados.

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Debe tener en cuenta la posición del sol en la mañana y en la tarde para ver la proyección de
sombras que puedan afectar el panel.

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Se sugiere hacer una estructura para soportar los paneles sobre todo en techo, con distancia que
permitan la circulación de aire para su enfriamiento.

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Las anteriores recomendaciones se hacen porque la eficiencia de los paneles se ve muy afectada
por la temperatura que tienen los mismos; en nuestra situación geográfica, los paneles tienden a
calentarse mucho y por ello hay que mejorar su disipación de calor para mejorar su rendimiento:
1.7.2. ANALISIS DE ARREGLOS DE PANELES SERIE, PARALELOS Y MIXTOS

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Debido a la necesidad de grandes potencias se hace necesario la conformación de uniones o
trabajo de varios paneles con el fin de incrementar el voltaje y corriente de los mismos con el fin
de dar solución a los requerimientos exigidos.
Debido a que estos generar voltajes y corriente de tipo DC, entonces también obedecen las
mismas reglas de las fuentes de voltajes configuradas en serie y paralelo.
Recodemos que para los sistemas en serie:
Voltaje total de la fuente = Sumatoria de los voltajes de cada una de las fuentes involucradas en el
arreglo.
Corriente total del arreglo = Al valor de la corriente de corriente de una de las fuentes.
Potencia total del arreglo = A la sumatoria de las potencias de las fuentes involucradas en el
arreglo .
Recordemos que para los sistemas en paralelo:
Voltaje total de la fuente = Al valor del voltajes de una de las fuentes involucradas en el arreglo.
Corriente total del arreglo = A la sumatoria de la corriente de corriente de cada una de las fuentes
involucradas en el arreglo.
Potencia total del arreglo = A la sumatoria de las potencias de las fuentes involucradas en el
arreglo .
Lo anterior aplica a que el arreglo se hace con fuentes de la misma potencia, voltaje y corriente;
para analizar la conformación de arreglos de paneles solares hay que partir de algunos datos
técnicos del mismo requeridos tales como:
Ahora veremos el análisis de paneles conectados en serie:

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Con respecto a la potencia del arreglo se tiene:

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Donde N, es el número de paneles que conforman el arreglo en serie. Con respecto a los voltajes
del arreglo en serie:
Con respecto a las corrientes del arreglo en serie:

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Con respecto a las conexiones en paralelo:
En lo relacionado a la potencia del arreglo de paneles en paralelo se tiene:

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En lo relacionado con los voltajes de arreglos de paneles en paralelo se tiene:
En lo relacionado con las corrientes de arreglos de paneles en paralelo se tiene:
Para el análisis de arreglos mixtos, primeramente se estudia un ramal o subarreglo que tenga los
paneles en serie:

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En el caso anterior se tiene tres paneles de 150 Watts en serie, para lo cual se obtienen los datos
Wp, Voc, Vmp, Isc e Imp de este subarreglo. Ahora se analiza todo el arreglo:

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En el caso anterior, se tienen dos subarreglos ( de tres paneles cada uno ), para un arreglo total de
6 paneles. Estos subarreglos se pueden asumir como dos paneles grandes con las características
calculadas previamente; ahora se analizan el arreglo con dos paneles grandes en paralelo.
A la hora de conformar arreglos de paneles tenga en cuenta:
• Que los paneles que conforman el arreglo tengan la misma potencia WP.
• Que los paneles sean del mismo tipo ( monocristalinos, policristalinos, etc. )
• Que sean del mismo fabricante y modelo.
• Que ninguno esté averiado o con problemas técnicos.
Ver video:
ANALISIS DE PANLES EN SERIE, PARALELO Y
MIXTOS
https://youtu.be/Db-wAIHdrzI
1.8. PÁNELES RECOMENDADOS SEGÚN LA POTENCIA SISTEMAS DOMICILIARIOS A
COMERCIAL Y VOLTAJES DEL SISTEMA ( SISTEMAS OFF GRID )
Antes de comenzar este análisis es necesario identificar los paneles que se adecuen para trabajar
con los voltajes del sistema que son en general: sistemas a 12, 24, 36 y 48 vdc. Esta configuración
es determinada por la potencia del arreglo en watts, la capacidad del arreglo de baterías y la
capacidad el regulador.
Para determinar el sistema donde mejor se desempeña el panel y catalogarlo en alguna de estas
categorías mencionada de voltaje, se analiza las curvas de rendimiento de potencia contra voltaje
y corriente contra voltaje en condiciones STC. Tomemos el ejemplo de las curvas de un panel de
120 watts.

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Para el caso , estos paneles deben tener un Vmp menor de 20 Vdc ; se encuentra el punto de
intersección de las dos curvas y de allí se traza una línea perpendicular hasta encontramos con el
valor del voltaje en el punto de intersección:
Para el caso anterior, este voltaje, que se da en la interseccion de las curvas, es menor que el Vmp
del panel y obviamente menor que el Voc del panel, y ese valor esta relacionado con un voltaje de
operación en condiciones mas reales. Observe que este valor, para el caso de este panel es de 14
vdc, el cual es compatible o muy cercano a los sistemas de 12 vdc, por tanto, podemos decir que
este panel es para trabajar en sistemas de 12 vdc, pero si colocamos varios en serie podemos
trabajar en sistemas a 24,36 y 48 vdc.
Ahora se va a analizar las siguientes graficas de otras capacidades de paneles:

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En el caso del panel anterior, de 155 watts, el Vmp es menor de 20 voltios y el punto de
intersecion de las curvas nos dá un voltaje de 16 vdc, por tanto este panel se usa en sistemas de
12 vdc. Analicemos ahora un panel de 220 watt.

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En el caso anterior, el voltaje del punto de intersección de las curvas nos da en 25 vdc, y el Vmp es
menor de 32 vdc, este panel trabaja bien en sistemas de 24 vdc y no se puede usar en sistemas a
12 vdc. Si se desea en sistemas a 48 vdc, se pone a funcionar con otros en conexión serie. Veamos
las curvas para el panel de 255 Watt:
Los resultados del panel anterior dan como conclusión, que está para trabajar en sistemas de 24
vdc. Ahora analicemos las curvas del panel de 330 watt:

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En el caso anterior, el voltaje del punto de intersección de las curvas nos da en 36 vdc, y el Vmp es
menor de 40 vdc; este panel trabaja bien en sistemas de 36 vdc y no se pude usar en sistemas a 12
o de 24 vdc. De acuerdo a las características, es más apropiado para trabajar en sistemas on grid o
de inyección a red que en sistemas off grid o aislados
En conclusión, podemos decir que:
• Para trabajar en sistemas de 12 vdc las capacidades van desde 80 hasta 180 watts ( 14 Vdc
< Vmp < 20 Vdc ); pero pueden trabajar a 24, 36 y 48 vdc conectándose con otros en serie.
• Para trabajar en sistemas de 24 Vdc, las capacidades van desde 200 hasta 280 Watt en Wp
( 26 < Vmp < 32 Vdc ) ; pero pueden trabajar en sistemas de 48 vdc conectándose con
otros en serie.

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• Para trabajar en sistemas de 36 vdc, las capacidades van desde 300 hasta 360 watts ( 38 <
Vmp < 40 Vdc ) ; más usados en sistemas on grid con arreglos de altos voltajes y
corrientes.
Ver video:
COMO IDENTIFICAR PANELES PARA TRABAJAR
EN SISTEMAS OFF GRID DE 12, 24 Y 36 VDC
https://youtu.be/L1ocBq1ONyg
1.9. CALCULOS DE PANELES SOLARES CON BASE EN EL HSP Y EL IRPS
1.9.1. HPS ( HORAS SOLARES PICO )
El HSP es el número de horas en el día en el cual se tiene una irradiancia ( E ) ideal de 1000 Watt/
Mts Cuad. Se calcula con base en la irradiancia E por día en un sitio.

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El área bajo la curva indica la cantidad de energía, en este caso, Radiación, que llega al sitio de
análisis. Sin embargo, estas tablas de datos se obtienen de las diferentes instituciones que se
encargan de proporcionar esta información en los respectivos países, para el caso de Colombia, el
IDEAM. De aquí se obtiene la siguiente tabla de datos de radiación por día en los diferentes meses
del año.
De la tabla anterior se obtienen las siguientes conclusiones:
• Las horas de radiación van desde las 06:00 a las 18:00, lo que implica 12 horas de radiación
aprovechables.
• La radiación diaria varia de acuerdo al mes de referencia, esto se puede apreciar en un
diagrama de barras de la tabla de datos que se observa a continuación:

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En el gráfico anterior se observa que para esta región, el mes de más baja radiación es noviembre
y el de más alta es febrero.
Para la obtención y comprensión del HSP, es necesario irnos a la primera grafica donde se
relacionaba la irradiancia E y el tiempo.
Recuerden que el área bajo la curva E Vs Tiempo representa la radiación recibida por día I, que el
caso del mes de noviembre es de 3733.4 Watt-Hr/Mts Cuad. Ahora, vamos a hacer el análisis con
una irradiancia E de 100 Watt/Mts Cuad, entonces solo falta hallar el tiempo requerido, que bajo
esa irradiancia de 1000, se obtenga una radiación de 3733.4; para ello se hace:
HSP ( HORAS SOLAR PICO POR DIA ) = RADIACION ( I ) / E
Pero se sabe que E = 1000 Watt / Mts Cuad, por tanto:
HSP ( HORAS SOLAR PICO ) = ( 3733.4 Watt-Hr / Mts cuad ) / ( 1000 Watt / Mts cuad )
HSP ( HORAS SOLAR PICO POR DIA) = 3.73 Horas
Lo anterior quiere decir que un panel recibe la misma energía con una irradiancia variable desde
las 6:00 hasta las 18:00 que con una irradiancia estable de 1000 watt / Mts Cuad por un tiempo de
3,73 horas.
Para obtener la producción de energía de un panel ahora es mas fácil, pues sus parámetros están
con base STC con E = 1000 watt / Mts Cuad; por tanto podemos decir que:
ENERGIA MINIMA PRODUCIDA POR PANEL POR DIA = Wp * N * HSP * ηRC
Si se desea saber la producción de energía por mes:
ENERGIA MINIMA PRODUCIDA POR PANEL POR MES = 30 * Wp * N * HSP * ηRC
Donde:
N: Número de paneles:

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ηRC Viene siendo la eficiencia de producción del panel afectada por temperatura de celda ( 20% ) ,
suciedad del panel ( 5% ) y otros factores atmosféricos ( 5% ), para una ηRC del 70%.
Como se observó el valor del ηRC es valor variable pero le recomiendo los siguientes valores de
acuerdo a las temperaturas del sitio donde se hará el proyecto:
Veamos un ejemplo donde se tiene 12 paneles de 100 Watt cada uno y se desea hallar su
producción de energía mínima mensual, en un sitio con temperatura ambiental de 30 grados
Celsius:
Tengamos en cuenta los valores del HSP para el mes de menor radiación que en nuestro caso es el
mes de noviembre.
En cuanto a las conclusiones del HSP:

38
Ver video:
EL CONCEPTO DEL HSP PARA CALCULOS EN
ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA
https://youtu.be/7_T-Snh0Smc
1.9.2. IRPS ( INDICE RENDIMIENTO DEL PANEL )
El IRPS es el índice que relaciona la energía que entrega un panel o banco de paneles a la red
eléctrica por día, comparado con la potencia Wp de los mismos. Sus unidades son Kwatt-Hr /
Kwatt.
Para poderlo medir o determinar hay que tomar una muestra d ellos paneles que se van a usar en
el proyecto y ponerlos a inyectar energía a la red, con el fin de determinar la cantidad de energía
que inyectan por día y hacer, tomar su promedio y después obtener el índice.

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Para el siguiente caso, se toman 3 paneles de 100 watt cada uno y se ponen a inyectar a red, para
los cual se obtuvo la siguiente tabla de resultados:
Ahora se toman esos datos para hacer los siguientes cálculos:
Lo anterior indica que en ese sitio, 1 Kwatt de panel instalado, produce 3 Kwatt-hr de energía por
día. Hay que tener en cuenta que el anterior cálculo se hizo en un mes del año determinado,
tomemos por ejemplo Junio, y se desea saber cual será la producción en el mes de más baja
radiación ( septiembre ) y en el de más alta radiación ( febrero ):

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Para mejores datos se toman los datos de la tabla de radiación del sitio:
En la anterior tabla nos interesan tres valores: el mes con mayor radiación solar, el mes con menor
radicación solar y el mes donde se hizo al prueba para determinar el IRPS.
Para hallar el IRPS en cualquier mes , nos basamos en la fórmula:
Por ejemplo se desea calcular el IRPS para los meses de noviembre y febrero:

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Para obtener la energía producida por paneles, nos basamos en las siguientes ecuaciones:
En esta ecuación no se tienen en cuenta el factor de eficiencia visto en el HSOP, ya que en este
proceso se están obteniendo datos reales y prácticos que incluyen esas correcciones, por tanto no
hay que calcularlas.
Ejemplo si se tienen 12 paneles de 100 Watt, cada uno, cual será la mínima producción energética
mensual de los mismos.
En cuanto el IRPS, por conclusión:
Ver video:

42
EL CONCEPTO DEL IRPS PARA CALCULOS EN
ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA
https://youtu.be/Ah9QW1t6p-o

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