Rendimiento de un panel solar híbrido en invierno

En invierno un panel solar produce menos energía que en verano, y eso no es un fallo: es geometría. Lo que sí conviene saber es cuánto menos, qué parte de la caída se puede corregir con la inclinación y qué ocurre en un módulo híbrido cuando el circuito térmico trabaja con poca radiación y mucho frío.

Entre diciembre y enero el sol de mediodía en la mitad sur de la península llega unos 27 grados de altura en el solsticio, frente a los más de 70 de junio. Los días son más cortos, el haz atraviesa más atmósfera y la irradiación diaria sobre un plano bien orientado puede quedar en una tercera parte de la de julio, o menos en el norte.

A eso se suma la nubosidad. En la cornisa cantábrica y Galicia el invierno tiene muchas jornadas con radiación casi exclusivamente difusa, en las que un módulo rinde entre un 10 % y un 25 % de lo que daría con cielo despejado. En el interior y el sureste hay más sol directo, pero también más heladas y más horas de sombra por el propio relieve.

Conviene separar dos cosas: la producción absoluta, que baja casi siempre, y la eficiencia del módulo, que en frío mejora. Un panel no pierde rendimiento por el invierno; recibe menos energía.

El silicio cristalino pierde potencia al calentarse, en torno a un 0,4 % por cada grado por encima de 25 °C de temperatura de célula. En un día frío y despejado, con la célula a 5 o 10 °C, la tensión sube y el módulo entrega por unidad de radiación entre un 6 % y un 9 % más que en condiciones de ensayo.

Esto explica un fenómeno que sorprende a quien revisa la monitorización: la mejor hora de producción en una mañana despejada de febrero puede igualar, en potencia instantánea, a la de un día templado de mayo. Lo que falta es duración, no pico.

Hay que vigilar un detalle de diseño. Con la célula muy fría la tensión en circuito abierto de la cadena aumenta, y el inversor debe admitir ese valor máximo. Se comprueba en el proyecto con la temperatura mínima de la zona, no con la de ensayo.

Para producción anual la inclinación óptima se acerca a la latitud menos unos diez grados: unos 30 o 35° en Andalucía y 30 a 35° en Madrid con orientación sur. Si lo que se busca es sacar partido al invierno, el ángulo sube hasta la latitud más diez o quince grados, es decir, 50 a 55° en el centro peninsular.

La diferencia importa menos de lo que parece. Entre 30 y 50° la pérdida anual suele quedar por debajo del 5 %, mientras que el reparto estacional cambia bastante: un ángulo alto gana en invierno lo que cede en verano. Para consumos que se concentran en los meses fríos, como la calefacción por bomba de calor, el ángulo alto tiene sentido.

• Autoconsumo con bomba de calor: inclinación de 45 a 55°, orientación sur o ligeramente al suroeste.
• Producción anual máxima con vertido a red: latitud menos 10°.
• Cubierta inclinada existente: mantener el faldón; cambiar la inclinación con estructura suele costar más de lo que recupera.

Un ángulo alto aporta además una ventaja práctica: la nieve y la escarcha resbalan antes y la lluvia limpia mejor.

En un módulo híbrido el fluido calorportador retira el calor de las células hacia un acumulador. En verano el problema es el exceso; en invierno es el contrario, y hay que dimensionar con otro criterio.

El captador térmico entrega calor útil solo cuando la temperatura del absorbedor supera la del acumulador. Con 200 o 300 W/m² de radiación y aire a 3 °C, buena parte de lo captado se pierde por la cara frontal, y la cámara entre el vidrio y las células, que actúa como efecto invernadero, es lo que mantiene el rendimiento térmico en ese rango. Con cielo cubierto el circuito se detiene por diferencial de temperatura y el módulo se comporta como un panel fotovoltaico convencional.

De ahí que el uso más racional del lado térmico en invierno sea el precalentamiento: agua de red que entra a 8 o 10 °C y sale a 25 o 30 °C, con el apoyo de la caldera o de la aerotermia para el resto. Es poca temperatura, pero ahorra la parte más cara del salto.

Además, con un fluido anticongelante en el circuito, que es obligatorio en zonas de helada, el riesgo de rotura de tuberías queda cubierto. La concentración de glicol se revisa cada pocos años.

Para un módulo de 400 W bien orientado, la producción diaria media de diciembre ronda los 1,0 a 1,3 kWh en el sur y la costa mediterránea, entre 0,7 y 0,9 kWh en la meseta norte y menos de 0,6 kWh en la cornisa cantábrica. En julio esas mismas cifras se duplican o triplican.

Por eso el dimensionado de una instalación de autoconsumo no se hace con el promedio anual. Se revisan los tres meses peores y se decide cuánto del consumo invernal se quiere cubrir; el resto se acepta que viene de la red.

Si hay un consumo térmico, el balance cambia. Un módulo híbrido en enero entrega menos electricidad, pero la suma de electricidad y calor aprovechable por metro cuadrado de cubierta sigue siendo superior a la de un panel fotovoltaico solo, que desperdicia ese calor.

• Calcular con la irradiación de diciembre del emplazamiento, no con la media anual.
• Comprobar la tensión máxima de la cadena a la temperatura mínima histórica.
• Limpiar la nieve solo si el acceso es seguro; una capa fina se funde sola en pocas horas.
• Revisar el anticongelante del circuito antes del otoño.
• Revisar las sombras de invierno: una chimenea o un edificio vecino que no molestan en junio pueden cubrir media cubierta en enero.

Para ver cómo se distribuye el trabajo entre la parte eléctrica y la térmica, la nota fotovoltaico, térmico o híbrido compara los tres tipos de módulo y explica cuándo compensa cada uno.