Evaluación de pérdidas en sistemas fotovoltaicos: Examinamos sus fuentes
Cada vez es más común encontrar instalaciones fotovoltaicas residenciales y comerciales. Una parte fundamental de estos sistemas son sus potentes herramientas de monitorización y control remoto, gracias a las cuales los usuarios pueden familiarizarse con los conceptos básicos de producción y consumo de las plantas. Así el usuario puede desarrollar su carácter crítico y denunciar comportamientos anómalos en las plantas.
Existe una gran gama de fallos, limitantes y fuentes de pérdidas de los generadores fotovoltaicos que podemos categorizar como: Perdidas por dimensionamiento, diseño / instalación, temperatura, transporte, transformación, degradación, disponibilidad y sombreado.
Mientras algunas de éstas son consecuencia de la propia generación y transporte de energía y no podemos eliminarlas; no obstante, unas sí podemos minimizarlas y otras erradicarlas casi por completo simplemente con una buena dimensión, de ahí la importancia de conocerlas para poder evitarlas.
Pérdidas por dimensionamiento
Hacer una instalación con el máximo de paneles disponibles no es una buena opción. Normalmente tendremos un sistema fuera de la posibilidad de arrancar de los seguidores de punto de máxima potencia, pero además tendremos valores de generación por debajo del óptimo, ya que nuestro sistema puede sufrir un derating de tensión.
Pérdidas por diseño / instalación
Cuando hacemos un diseño de planta, tenemos que fijarnos dónde colocamos los diferentes elementos asociados a nuestra instalación. Podemos tener un sistema correctamente dimensionado en cuanto a generador fotovoltaico y fracasar a la hora de la dimensión de la estructura que nos dará orientación e inclinación en el sistema. Otro punto a tener en cuenta es el tipo de ventilación que requieren los elementos, así que debemos pensar en distancias mínimas establecidas por el fabricante para ser capaces de mover con eficiencia la masa de aire caliente generada por los diversos convertidores. Hay que tener en cuenta que el aumento de temperatura en sitios cerrados con poca ventilación es algo inherente, por tanto, hay que cuidar no solo la distancia de instalación entre inversores sino también la correcta ventilación de nuestro lugar designado.
En este escenario también entraría la colocación en intemperie sin las precauciones necesarias. Hay que saber qué elementos están certificados para este tipo de trabajo y también evitar siempre la incidencia directa del sol en equipos sensibles a la temperatura (inversores), así como la instalación de elementos cerca de dispositivos emisores de calor.
Pérdidas por temperatura
Las perdidas por temperatura aparecen tanto en inversores como en paneles. Sabemos que un sistema fotovoltaico sobrecalentado bajará la tensión de funcionamiento del generador, lo cual afectará su potencia de salida. Los paneles de nueva generación, llamados tipo “N” (AIKO, entre ellos) tienen un coeficiente de perdida por temperatura más pequeño, lo que nos permite un mejor funcionamiento en estas condiciones.
De igual manera, el inversor reducirá su eficiencia de salida dependiendo de la temperatura de funcionamiento. Muchas veces nos olvidamos de que en una instalación de uno o varios inversores debemos cumplir con diferentes requisitos de ventilación y para ello necesitamos dar un espacio considerable a cada equipo para que realice correctamente la convección del calor y por otro tener un flujo de entrada y salía de aire para mantener una temperatura que entre en rangos de máxima eficiencia para evitar el derating. Algunos inversores como Huawei incorporan nuevos sistemas de reducción y reconducción del calor desprendido. La tecnología implementada en este caso recibe el nombre de Smart Cooling y combina la potencia de la inteligencia artificial con métodos de enfriamiento pasivos (convección) y activos (ventilación forzada), logrando que el equipo sea más adaptable en condiciones adversas.
Pérdidas por transporte
Aunque utilicemos los mejores materiales para transportar la energía, estos aún presentan resistencia al paso de la electricidad. Aunque sea en baja medida, al instalarse muchos metros de cable y hacer adaptaciones de espesores encontraremos que la energía se va perdiendo en el camino en forma de calor. Por tanto, es un elemento a tener en cuenta, ya que un mal cableado puede afectar el resultado final de producción en nuestra planta. Una buena dimensión del cableado no sólo nos ahorrará en material, sino también nos dará un mejor desempeño a la hora transportar la energía eléctrica.
Pérdidas por transformación
Las perdidas por transformación son las que tenemos asociadas al adaptar el estado de energía a otro utilizando electrónica ya sea digital o de potencia. En el caso de las instalaciones fotovoltaicas se hará evidente en la parte de autoconsumo en los inversores y en la de los reguladores en aislada. En ambos casos podemos asociar esta pérdida con la eficiencia de los equipos. Hoy en día las eficiencias de conversión o adaptación son muy altas, superando el 98% en inversores como Saj y Huawei, dando poco espacio a las perdidas asociadas a este concepto. Por su parte, Victron llega a conseguir eficiencias del 99% al adaptar las tensiones del sistema para la recarga de baterías.
Pérdidas por degradación
En nuestras instalaciones fotovoltaicas tenemos elementos sujetos a grandes presiones. Los inversores tienen como componente principal una serie de interruptores que oscilan a gran velocidad para permitir crear una senoide. Estos interruptores, evidentemente sufren el desgaste mecánico; sin embargo, no es este el elemento más representativo. En este punto tendremos que hablar de dos elementos:
- Los paneles solares que, dependiendo la tecnología, llegan a perder 2% de su producción anualmente e incluso valores más elevados durante el primer año dependiendo su composición. Si bien es cierto que nuevas tecnologías de paneles tipo N como Aiko y Longi permiten degradaciones más bajas año tras año, así como menor porcentaje de perdida ante temperaturas.
- Las baterías normalmente se ven sujetas a diferentes agentes degradantes. El simple ciclado fuera de un estándar o inclusive la inclusión de un nuevo elemento a un sistema ya envejecido puede degradarse debido a la diferencia de tensiones. En estas situaciones lo mejor es incorporar sistemas que puedan controlar y gestionar su carga y descarga para adaptarse a una común en el sistema. Esto nos lo permite el optimizador embebido en las baterías Luna que además tiene un sistema de refrigeración que nos ayudará a evitar la degradación derivada de las diferencias de potencia por temperatura.
Pérdidas por disponibilidad
Éstas se generan cuando tenemos energía disponible, pero nuestro inversor tiene algún tipo de fallo que nos impide comenzar la producción. Esto puede ser, por ejemplo, algún fallo de red o comunicaciones en ciertos escenarios como los algoritmos de inyección cero. Los sistemas modernos nos ayudan a reducir estas pérdidas mediante sus sistemas de alerta de alarmas en plantas, así como sus sistemas de gestión activa de monitorización y control.
Pérdidas por sombras
Sin duda uno de los problemas más grandes en la generación fotovoltaica es cuando tenemos una célula sombreada conectada a otras que producen correctamente. La célula en sombra se polariza inversamente produciendo luz y consumiendo energía. Una sola célula sin protecciones puede consumir la energía de todo el string conectado, de esto derivan puntos calientes que pueden incluso dañar la integridad física del panel.
Hoy en día hay los paneles solares, como los de JA Solar, incluyen diodos para sectorizar los paneles y evitar que se pierda toda la potencia en sombreados parciales. Por otro lado, marcas como AIKO y Longi han apostado por incluir sistemas de optimización en su envolvente, dando la posibilidad de gestionar su producción para mitigar la reducción de potencia generada por el sombrado. Por su parte inversores como Huawei tienen sistemas MPPT más sofisticados capaces de detectar múltiples crestas en sus curvas IV para maximizar la producción en estas condiciones. Sin duda trabajar con ambas a la vez nos dará una mayor eficiencia final.
Como conclusión podemos determinar que es de suma importancia tener un buen diseño y hacer un análisis preliminar de cómo vamos a trabajar de cara a cada instalación según sus particularidades.