És adequada l'energia solar per al seu ús en regions fredes?

Com les Temperatures Fredes Milloren l'Eficiència dels Panells Solars

La Ciència dels Coeficients de Temperatura i el Rendiment dels Panells Solars

Quan fa més fred a l'exterior, els panells solars funcionen millor gràcies a un fenomen anomenat coeficient de temperatura negativa. Aquest coeficient indica essencialment quant canvia la producció d'energia per cada grau Celsius que baixa la temperatura. La majoria dels panells solars convencionals tenen coeficients d'uns -0,3% a -0,5% per grau, de manera que el seu rendiment és notablement millor quan les temperatures cauen per sota del punt estàndard de proves als 25°C (aproximadament 77°F). La ciència darrere d'això també és força interessant. A temperatures més baixes, hi ha menys resistència al moviment dels electrons a través dels materials semiconductors dels panells. Això vol dir que les cèl·lules fotovoltaiques poden convertir la llum solar en electricitat de manera més eficient sense perdre tanta energia pel camí.

Per què els climes més freds augmenten la sortida de voltatge en sistemes fotovoltaics

Els panells solars funcionen millor en condicions de fred perquè els materials del seu interior no es calenten tant, fet que significa que produeixen més voltatge. Els cables que transporten l'electricitat també tenen menys resistència quan fa fred. Quan la temperatura baixa de 25 graus Celsius, cada grau de descens ajuda els panells solars a recuperar part de l'eficiència perduda segons el que es coneix com a coeficient de temperatura. Això suposa una diferència real en llocs on les temperatures hivernals arriben als vint graus sota zero o inferiors. Estudis sobre el rendiment dels panells solars en climes glaçats indiquen que tots aquests factors junts poden augmentar la producció d'energia entre un 12 i un 15 per cent més que instal·lacions similars en zones més càlides que reben la mateixa quantitat de llum solar.

Eficiència millorada dels panells solars de tipus N en entorns de baixa temperatura

Pel que fa al rendiment en condicions de fred, els panells de silici monocristal·lí de tipus N superen els convencionals perquè tenen coeficients de temperatura més favorables. Els panells estàndard perden aproximadament un 0,35% d'eficiència per cada grau Celsius, mentre que aquests panells avançats només en perden uns 0,25%. El secret rau en el seu disseny de contacte posterior, que redueix les molestes recombinacions d'electrons. Què significa això pràcticament? Aquests panells continuen funcionant amb una eficiència entre un 8% i un 10% superior, fins i tot quan les temperatures baixen sota zero. Per aquest motiu, molts instal·ladors solars els prefereixen per a regions àrctiques. Els panells mantenen la seva producció malgrat el fred, un avantatge important, ja que els dies d'hivern no tenen prou llum solar des del principi. Per a les comunitats en climes polars, aquesta estabilitat pot marcar la diferència entre un subministrament fiable i talls freqüents.

Impacte de la cobertura de neu en la producció d'energia solar: Apunts del nord d'Europa

Quan la neu s'acumula als panells solars, redueix significativament la seva capacitat de generar energia. La neu bloqueja la llum directa del sol i canvia la manera com la llum es reflecteix a les superfícies a causa d'un fenomen anomenat efecte albedo. Recerques realitzades en grans instal·lacions solars a Escandinàvia indiquen que fins i tot una petita quantitat de neu cobrint els panells pot reduir la producció energètica entre un 40 i un 60 per cent durant els mesos d'hivern més intensos. I si hi ha una capa gruixuda, a vegades més del 90% de la llum solar queda completament bloquejada. A més, com que la neu és molt reflectant, en realitat fa rebotar la llum solar en lloc de permetre que arribi a les cèl·lules dels panells on és necessària per generar electricitat. Això vol dir que les centrals solars necessiten manteniment regular per netejar la neu, especialment en regions fredes on aquest fenomen es produeix sovint durant les temporades d'hivern.

Quantificació de la pèrdua d'energia deguda a l'acumulació de neu durant els mesos freds

Els patrons de producció energètica en regions nevades mostren pèrdues previsibles segons la profunditat de la neu:

• Acumulacions lleugeres (<1") provoquen una reducció de potència diària del 15–25%
• Acumulacions moderades (1–3") redueixen la producció entre un 45–60%
• L'embussament per neu intens (>6") pot aturar completament la generació durant diversos dies

Les instal·lacions muntanyoses experimenten unes pèrdues de producció hivernals un 35% superiors a les sistemes de terres baixes a causa de la neu freqüent i l'acumulació prolongada.

Estratègies passives i actives per prevenir l'acumulació de neu en panells solars

Tecnologies de desglaç i retirada automàtica de neu per a un rendiment fiable durant l'hivern

Avui en dia, les operacions durant l'hivern continuen sense problemes gràcies a una combinació de tècniques tèrmiques i mecàniques. Els elements calefactors que s'ajusten segons la temperatura eviten que la neu s'enganxi mantenint els panells prou calents perquè no es congelin. Mentrestant, els recobriments especials creats a la Universitat de Michigan ajuden la neu fresca a lliscar i sortir de la majoria de superfícies. Aproximadament 9 de cada 10 vegades, la neu nova desapareix en menys de dues hores quan rep la llum solar. Les proves reals realitzades a Escandinàvia també mostren resultats prometedors. Quan aquests diferents mètodes treballen junts, la quantitat d'energia perduda a causa de la neu cau per sota del 5 % anual, cosa que suposa una gran diferència per a les operacions en climes freds.

Inclinació, orientació i disseny òptims dels panells solars per a climes freds

Maximitzar la captació de llum solar mitjançant una inclinació i orientació estratègiques en regions de latitud elevada

Els panells solars en aquestes zones fredes del nord, per sobre d'uns 45 graus, funcionen millor durant els mesos d'hivern quan estan inclinats aproximadament entre 15 i 25 graus més del que correspon a la seva ubicació de latitud real. Això normalment vol dir col·locar-los amb una inclinació d'uns 60 a 75 graus. Fer aquest canvi pot augmentar la generació d'electricitat durant l'hivern entre un 18 i un 23 per cent respecte a instal·lacions convencionals. També és molt important continuar orientant els panells cap al sud, ja que així s'aprofita gairebé tota la llum solar possible a l'hemisferi nord, arribant a capturar-ne gairebé el 97% de la llum diürna disponible. Recerques recents de Moserbaer Solar del 2023 confirmen aquesta afirmació de manera sòlida, mostrant que aquests ajustos realment fan diferència en el rendiment.

Inclinacions més pronunciades també milloren la desaglomeració passiva de neu, reduint les pèrdues relacionades amb l'acumulació fins a un 11% en comparació amb configuracions convencionals.

Adaptacions d'enginyeria per millorar l'aprofitament de la irradiància solar en entorns freds

Els sistemes solars optimitzats per al fred incorporen tres millores clau de disseny:

1. Reforç estructural : Perfils d'alumini homologats per a -40 °C suporten la contracció tèrmica extrema
2. Cèl·lules fotovoltaiques de baixa temperatura : Els panells N-type TOPCon conserven un 94% d'eficiència a -25 °C (-13 °F), superant els mòduls PERC estàndard (88%)
3. Configuracions bifacials : Els panells de doble cara capturen la llum reflectida per la neu, augmentant la producció hivernal entre un 19% i un 27%

Els sistemes de muntatge avançats permeten ajustos remots de l'inclinació segons la temporada, mentre que els recobriments hidròfobs en vidre redueixen l'adhesió del gel en un 53%, assegurant la fiabilitat durant els cicles de congelació-descongelació. Conjuntament, aquestes adaptacions aprofiten els guanys de tensió causats pel fred mentre minimitzen els inconvenients medioambientals.

Solució a la disponibilitat reduïda de llum solar durant els mesos d'hivern

Variabilitat estacional de les hores de llum del dia i la intensitat solar a les regions fredes

Les hivernades fredes comporten dies molt més curts i una exposició solar més feble, especialment a les regions del nord on la gent pot rebre només uns 4 o 5 hores de llum diürna feble cada dia. Menys llum solar significa menys fotons que arriben als panells solars, cosa que redueix la seva producció d'energia entre un 40% i un 60% respecte al que generen durant els mesos d'estiu. Encara que els panells solars actuals funcionin força bé quan fa fred exterior, no hi ha prou llum que arribi al llarg del temps per generar quantitats significatives d'electricitat. El veritable problema no és la temperatura en si, sinó la manca de llum solar que realment arriba als panells al llarg del dia.

Desafiaments de rendiment energètic durant els dies curts d'hivern i com mitigar-los

Tres estratègies demostrades ajuden a compensar el dèficit energètic d'hivern:

• Panells monocristal·lins d'alta eficiència que tenen un millor rendiment en condicions de llum difusa
• Sistemes de seguidors duals d'eix que maximitzen l'exposició durant les breus finestres de llum diürna
• Bancs de bateries amb aïllament tèrmic que emmagatzemen l'energia excedentaria dels pics del migdia

Quan s'acompanyen de solucions intel·ligents d'emmagatzematge d'energia, aquestes estratègies poden compensar fins al 80% de les pèrdues estacionals de producció. Combinar-les amb angles d'inclinació més pronunciats, optimitzats per l'hivern —especialment propers als 60° en latituds elevades— millora encara més la captació de llum solar i la desnitjada natural de la neu.

FAQ

Com milloren la eficiència dels panells solars les temperatures fredes?

Les temperatures fredes redueixen la resistència dins els materials semiconductors dels panells solars, permetent que els electrons es moguin més lliurement i augmentin la seva eficiència.

La acumulació de neu afecta negativament els panells solars?

Sí, la neu pot bloquejar la llum solar i reduir significativament la producció d'energia, fins i tot en un 90% si no s'elimina.

Quines estratègies poden ajudar a prevenir l'acumulació de neu als panells solars?

Tant els mètodes passius, com ajustos de l'inclinació dels panells, com els mètodes actius, com sistemes robòtics de neteja, poden reduir eficaçment l'acumulació de neu.

Com poden compensar els panells solars la reducció de llum solar durant l'hivern?

L'ús de panells d'alta eficiència, sistemes de seguidor dual d'eixos i bateries tèrmicament aïllades pot ajudar a mitigar els efectes de les hores de llum més curtes.