Después del artículo en el que publicamos la Calculadora de Rendimiento de paneles solares, en este artículo vamos a comparar el rendimiento entre solar térmica vs fotovoltaica a través de unos ejemplos de varios tipos de paneles solares con diferentes características.

Si te interesa el rendimiento de algún panel solar en concreto, puedes ir a su cálculo directamente haciendo clic sobre él en el Índice de contenidos.

⚠️ Al final del articulo podrás descargarte el material donde hemos recogido todos los ejemplos explicados.

Solar Térmica VS Fotovoltaica: ¿Cuáles son los rendimientos de cada tipo de panel solar?

ACS Solar Térmica: Rendimiento del Panel solar térmico o Captador solar

Antes de comenzar, queremos recalcar que para calcular el rendimiento en acs solar obviaremos el grupo de captadores solares con concentración, ya que centralizan la radiación solar en un único punto para así alcanzar temperaturas elevadísimas de entre 300º – 500º. Por lo tanto, no son los captadores solares comúnmente utilizados.

Analizaremos los captadores sin concentración destinados a calefacción y ACS, ya que pueden alcanzar temperaturas (temperatura de estancamiento) de entre 120°C y 239°C bajo condiciones de laboratorio. ¿Cuáles son estas condiciones?

• Tª ambiente: 30°C
• Irradiación solar incidente: la máxima teórica, que es 1000W/m².

¿Cómo calculamos el Rendimiento de captadores solares?

Fórmula de Rendimiento de paneles solares térmicos o captadores solares

Recordemos que la fórmula para calcular el rendimiento (η) en unas determinadas condiciones ambientales y térmicas de un captador solar sin concentración es la siguiente:

η = η0 – k1 x (Tm – Ta) / G

Dónde:

• η0: Rendimiento óptico (o Factor de ganancia o Factor de eficiencia)
• k1: Coeficiente lineal de pérdidas, en W/m²·K (o Factor de pérdidas)
• Tª media del captador, en °C = (Tª salida – Tª entrada) / 2
• Ta: Tª ambiente [en °C]
• G: Irradiancia [en W/m²]

Condiciones particulares escogidas para los casos prácticos

Para poder realizar el cálculo de los rendimientos de los diferentes captadores solares sin concentración, necesitamos unos datos de partida en cuanto a temperatura e irradiancia.

Por ello, vamos a suponer estas condiciones particulares para los casos prácticos:

• Tª media = 60°C. Para asegurar el ACS mínimo de servicio, supondremos como Tª de salida 70 ºC y como Tª de entrada, siempre inferior, 50 ºC.
  • Si aplicamos la fórmula: (Tª salida-Tª entrada)/2 = (70°C + 50°C) / 2 -> Obtenemos los 60º C de Tª media.
• Tª ambiente = 30°C. Escogemos el momento caluroso del día.
• G(p) = 750 W/m². También escogemos un día muy soleado.

En estos momentos, ya hemos despejado 2 variables:

η = η0 – k1 x (60 – 30) / 750

η = η0 – k1 x 0,04

Una vez tenemos despejadas las variables respecto a las condiciones particulares de temperatura e irradiancia, veamos qué tipos fundamentales hay de captadores solares sin concentración.

Captador de placa plana

---

#1: Cálculo del Rendimiento ACS Solar: Captador solar selectivo

Datos de partida

Los captadores planos selectivos presentan unos datos de partida:

• η0: Presentan un Factor de ganancia (η0) típico de 0,8.
• k1: Sus factores de pérdidas oscilan entre 3,0 y 5,0 W/m²·K.

Cálculo

Para hacer el cálculo, tomaremos ambos factores de pérdida. Si despejamos todas las variables de la siguiente forma, obtenemos el rendimiento:

• Factor de pérdidas de 3,0 W/m2·K : η = 0,8 – 3,0 x 0,04 => η = 68%
• Factor de pérdidas de 5,0 W/m2·K : η = 0,8 – 5,0 x 0,04 => η = 60%

---

#2: Cálculo del Rendimiento ACS Solar: Captador solar no selectivo

Datos de partida

Los captadores planos selectivos presentan unos datos de partida:

• η0: Presentan un Factor de ganancia (η0) típico de 0,9.
• k1: Sus factores de pérdidas oscilan entre 6,0 y 8,0 W/m²·K.

Cálculo

Al igual que para los captadores de placa plana con tratamiento selectivo, para hacer el cálculo, tomaremos ambos factores de pérdida. Si despejamos todas las variables de la siguiente forma, obtenemos el rendimiento:

• Factor de pérdidas de 6,0 W/m²·K : η = 0,9 – 6,0 x 0,04 => η = 66%
• Factor de pérdidas de 8,0 W/m²·K : η = 0,9 – 8,0 x 0,04 => η = 58%

Captador de tubos de vacío

---

#3: Cálculo del Rendimiento ACS Solar: Captador solar de vacío tipo Heat-pipe

Datos de partida

• Factor de ganancia típico (η0) típico de 0,6.
• Factor de pérdidas (k1) de 2,0 W/m²·K.

Cálculo

η = 0,6 – 2,0 x 0,04 => η = 52%

---

#4: Cálculo del Rendimiento ACS Solar: Captador solar de vacío tipo en U

Datos de partida

• Factor de ganancia típico (η0) típico de 0,6
• Factor de pérdidas (k1) de 3,1 W/m²·K.

Cálculo

η = 0,6 – 3,1 x 0,04 => η = 48%

Bajo las condiciones particulares planteadas:

• Tm = 60°C
• Ta = 30°C
• I = 750W/m²

Obtenemos que los rendimientos mejor y peor son respectivamente:

1. Captador plano selectivo (η0 = 0,8 y k1=3,0) => η = 68%
2. Captador de vacío en U (η0 = 0,6 y k1=3,1) => η = 48%

Finalmente, el captador de placa plana selectivo es el que proporciona un mejor rendimiento, desde un plano teórico.

Pero, por ejemplo, a pesar de que los captadores de vacío tipo Heat-pipe tengan peor rendimiento teórico que los captadores planos, es la tecnología de captador solar adecuada para climas fríos y con poca radiación, ya que en esas circunstancias siguen atrapando calor de la radiación solar y a mayor temperatura cuando unos planos ya no lo conseguirían.

ACS Solar Térmica: Rendimiento del Panel solar Fotovoltaico

Un panel solar fotovoltaico lo componen células fotovoltaicas conectadas eléctricamente entre ellas (en serie y paralelo) hasta conseguir en terminales una determinada tensión (V medida en voltios “V”) y corriente (I medida en amperios “A”).

¿Cómo calculamos el Rendimiento de paneles solares fotovoltaicos?

Fórmula de Rendimiento de paneles solares fotovoltaicos

Recordemos que la fórmula para calcular el rendimiento (η) de paneles solares fotovoltaicos era la siguiente:

η = Wp / (GCEM x S)

Donde:

• Wp: Potencia por Irradiancia (W) debida a la radiación sobre una superficie.
• GCEM: Irradiancia en condiciones estándar CEM (= 1000W/m²)
• S: Superficie irradiada (m²).

Para equiparar el cálculo del rendimiento máximo de la multitud de modelos diferentes de paneles solares fotovoltaicos que existen, se designaron unas CEM (Condiciones Estándar de Medida):

• 25°C en panel fotovoltaico
• Distribución “espectral estándar” (AM-1.5G)
• Radiación incidente sobre el panel (G; irradiancia) máxima teórica (GCEM = 1000W/m²).

Estas “CEM” (en inglés STC, Standard Test Conditions) se obtienen con flash en laboratorio. Compartimos contigo este vídeo donde puedes ver cómo obtenerlo a partir del min 3:40.

---

#5: Cálculo del Rendimiento ACS Solar: Panel fotovoltaico de silicio monocristalino de mayor calidad 2021

¿Por qué hemos escogido un panel fotovoltaico de silicio monocristalino para el ejemplo?

Cada célula fotovoltaica es un semiconductor de silicio tipo NP a cuya cara iluminada (parte N) se conecta el negativo y a la opuesta (parte P) el positivo.

Los átomos de silicio presentes pueden estar de 3 formas posibles:

• En forma NO cristalina, o lo que es lo mismo, silicio amorfo (sus átomos dispuestos aleatoriamente
• En forma SÍ cristalina, que a su vez, puede ser:
  • Silicio policristalino (granulillos de cristal de silicio)
  • Silicio monocristalino (un único cristal de silicio).

¿Qué condiciones de rendimiento plantea cada tipo de célula fotovoltaica?

• Las células fotovoltaicas fabricadas con silicio amorfo, a pesar de ser las de menor rendimiento (8-12%), pueden ser flexibles.
• Las células con silicio cristalino necesitan un soporte rígido
• Siendo las de mayor rendimiento las de silicio monocristalino (18-23%) y algo menos las de silicio policristalino (14-17%).

Ahora, comencemos con el cálculo del rendimiento.

Si quieres saber más sobre aspectos más particulares del cálculo del rendimiento en paneles fotovoltaicos ¡espérate al final del artículo!

Datos de partida

• Dimensiones: 1590x1053mm
• Células: 96 células de 132x132mm cada una
• Tensión para máxima potencia: 57.6 V
• Corriente para máxima potencia: 5.65 A
• Irradiancia (GCEM): 1000 W/m².
• Superficie irradiada: Para obtener la Superficie irradiada podemos calcularla de 2 formas:
  • Mediante las dimensiones => S = Ancho x Largo = 1,053m x 1,590m = 1,674m²
  • Mediante las células => S = Cantidad x Ancho x Largo= 96celulas x 0,132m x 0,132m = 1,672m²

Por lo general, como los rendimientos anunciados se refieren a las dimensiones del panel, tomaremos como superficie para el cálculo, la Superficie del panel = 1,674m².

• Potencia pico (Wp)= La potencia pica se obtiene multiplicando la Tensión Pico por la Corriente Pico. Por tanto, Potencia Pico = 57.6 x 5,65 = 325,44W.

Cálculo

η = Wp / (GCEM x S) = 325,44/(1000 x 1,674) = 19,4% (o lo que es lo mismo: 194W/m²)

*Este rendimiento coincide con el de la ficha técnica del producto)

---

¡Descárgate gratis el ebook con todos los ejemplos de cálculo del rendimiento solar térmica VS fotovoltaica!

Descárgate de forma totalmente gratuita el ebook donde tendrás todos los cálculos de los diferentes ejemplos de paneles solares explicados en este post. Accede haciendo clic encima del botón «Descarga gratis» o directamente desde aquí.

---

Una vez hemos aprendido a calcular el rendimiento a través de los ejemplos que hemos visto, te lanzamos la siguiente idea: ¿El rendimiento es el mismo sea cual sea el uso que le vayamos a dar? ¿Cuál es la mejor opción?

Te dejamos pensando la respuesta y en el siguiente post la resolveremos. ¿Qué te han parecido estos ejemplos? ¿Crees que nos ha faltado alguno importante? Te leemos en comentarios.