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'Desajuste' en los sistemas de energía solar: formas de mitigar sus impactos

Un panel solar funciona normalmente sólo cuando todas sus células interconectadas trabajar juntos sin problemas. Asimismo, sólo cuando todos los paneles solares operar como se esperaba ¿Puede toda la matriz funcionar perfectamente?

Sin embargo, en el mundo real, no es raro que se produzca un "desajuste" entre las células o los paneles de los sistemas de energía solar, lo que supone un impacto negativo en el rendimiento.

Este artículo arrojará luz sobre el "desajuste", incluidas sus causas, clasificaciones, impactos y estrategias de mitigación. En el debate también se explorarán las prácticas de la industria relacionadas con cuestiones de desajuste.

Instalar una matriz de paneles solares en la azotea

¿Qué es la "falta de coincidencia"? ¿Cuales son las causas?

En los sistemas de energía solar, "desajuste" se refiere al fenómeno en el que las características eléctricas de las células o paneles individuales con un panel solar difieren entre sí.

Esta discrepancia puede resultar directamente en pérdidas de energía significativas y una reducción de la eficiencia general del sistema de energía solar.

A continuación se muestran algunas causas comunes de discrepancias:

  • Sombreado: Los árboles, edificios u otras obstrucciones cercanas crearán sombra parcial en los paneles solares, lo que posteriormente provocará una falta de coincidencia en la corriente generada por las células sombreadas y no sombreadas.
  • Ensuciamiento: El efecto de sombreado también puede formarse por la acumulación de polvo, suciedad, excrementos y otros desechos en la superficie de los paneles. Del mismo modo, este efecto provoca discrepancias eléctricas entre celdas o paneles.
  • Variaciones de instalación: Ésta es otra causa externa de desajustes. Las diferencias en la orientación, posicionamiento y ángulos de inclinación de los paneles pueden dar lugar a diferentes niveles de absorción de luz solar y al rendimiento resultante entre los paneles del conjunto.
  • Variaciones de Fabricación: Las variaciones en las características eléctricas se pueden encontrar no sólo entre paneles de diferentes fabricantes sino también entre los del mismo fabricante y lote. Estas diferencias pueden provocar pérdidas por desajuste cuando los paneles están interconectados.
  • Envejecimiento y degradación: Con el tiempo, las células y paneles solares pueden degradarse debido a procesos químicos y físicos (por ejemplo, degradación inducida por la luz, estrés mecánico, sobrecalentamiento, etc.) a diferentes velocidades, lo que genera variaciones en sus características eléctricas.
  • Configuración eléctrica: Cableado defectuoso, diferencias en Las longitudes de las cadenas, los problemas de los conectores o los problemas del inversor también pueden contribuir a las pérdidas por desajuste.

Una cosa a tener en cuenta es que las variaciones de temperatura en las celdas o paneles pueden coincidir con frecuencia con la aparición de las causas anteriores. Este tipo de variación ejerce influencias sobre las características eléctricas según las configuraciones del cableado y los coeficientes de temperatura.

¿Cuáles son los diferentes tipos de desajustes en los sistemas de energía solar?

Si bien los desajustes se pueden clasificar por sus causas como se explicó anteriormente, un enfoque más práctico es clasificarlos por sus características eléctricas. Esto proporcionará una comprensión más tangible de cómo los desajustes afectan el desempeño.

Discrepancia actual

También conocido como desajuste de amperaje, el desajuste de corriente ocurre cuando las corrientes de salida de las celdas o paneles dentro de una cadena no son idénticas. Este impacto es particularmente pronunciado cuando la cadena se configura en serie donde la corriente de toda la cadena está limitada por la celda o panel con la salida de corriente más baja.

Desajuste de voltaje

Un desajuste de voltaje ocurre cuando hay diferencias en la salida de voltaje de los paneles solares conectados en serie dentro de una cadena.

Este tipo de desajuste es generalmente menos grave que el desajuste de corriente en una conexión en serie, ya que la corriente general está determinada por la salida de corriente más baja, mientras que el voltaje general es la suma de los voltajes individuales de las celdas o paneles individuales.

Falta de potencia

La falta de coincidencia de potencia se correlaciona directamente con la falta de coincidencia de voltaje y/o corriente.

Un desajuste de potencia se refiere a diferencias en la potencia de salida de celdas o paneles individuales que pueden deberse a variaciones en sus voltajes, corrientes o ambos. Este desajuste afecta la producción general de energía y reduce la eficiencia de toda la cadena o sistema.

¿Cuáles son los impactos de los desajustes?

Además de inducir Reducciones en la eficiencia y la producción a nivel de panel, matriz o sistema., los desajustes también pueden generar varios impactos negativos:

Tensiones en los componentes

Las características no coincidentes de voltaje y corriente entre celdas o paneles pueden provocar un sobrecalentamiento localizado, causando puntos calientes que aceleran la degradación del material a diferentes velocidades. Esta degradación desigual puede exacerbar los problemas de desajuste con el tiempo y crear un círculo vicioso de disminución de la eficiencia.

Por otro lado, desajustes significativos pueden dificultar que los dispositivos de seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT) encuentren y mantengan el punto óptimo. El ajuste constante a las salidas fluctuantes debido a desajustes puede generar tensiones dinámicas adicionales en estos dispositivos.

Además, la distribución desigual de la carga entre accesorios como cables y conectores puede provocar un calentamiento localizado y una posible sobrecarga, lo que aumenta el riesgo de fallos o incendios.

Desafíos operativos

Los desajustes pueden desafiar las capacidades de los algoritmos MPPT del inversor. Esto puede conducir a una conversión de energía subóptima. Si persisten los desajustes, en última instancia pueden afectar la confiabilidad del sistema de energía solar, aumentando las necesidades de mantenimiento y posibles tiempos de inactividad.

Impactos financieros

La reducción de la eficiencia y la producción de energía del sistema se traduce directamente en menores ingresos generados, menores ahorros en las facturas de energía y un período de recuperación de la inversión más largo.

El aumento del mantenimiento y la sustitución de componentes puede aumentar los gastos operativos, erosionando el retorno de la inversión del proyecto.

¿Existe algún tipo de paneles solares que tengan menos problemas de desajuste?

Es un hecho indiscutible que el "desajuste" es un problema común en todo tipo de paneles solares. Sin embargo, hay ciertos tipos de paneles que tienen menos problemas de desajuste que otros.

Paneles monocristalinos

Fabricados con materiales de primera calidad y alta pureza, los paneles solares monocristalinos tienden a exhibir un rendimiento más uniforme en comparación con sus homólogos policristalinos. Esta uniformidad conduce a menos problemas de desajuste.

Paneles Solares Bifaciales

Estos paneles pueden capturar la luz del sol desde ambos lados. Al producir más potencia, reducen el efecto relativo de los desajustes y pueden compensar el sombreado parcial de forma más eficaz.

Paneles solares con MLPE

Microinversores e optimizadores de potencia son ambos nivel de módulo electrónica de potencia.

A diferencia de los inversores de cadena, los primeros mitigan los problemas de desajuste al optimizar la salida de energía de cada panel individualmente, lo que reduce el impacto del diferente rendimiento de los paneles dentro de una matriz. Mientras que este último ayuda a reducir los efectos adversos de la sombra, la suciedad y la degradación del panel en la cadena o el sistema en general, causando menos problemas de desajuste.

Paneles de película delgada

Atribuidas a propiedades particulares de sus materiales y composición, las tecnologías de paneles de película delgada como CdTe Tienen mayor tolerancia a las variaciones de sombra y temperatura. Esta característica puede reducir los problemas de discrepancia en determinadas aplicaciones.

¿Cómo mitigar los desajustes?

Además de seleccionar los productos de panel premium presentados anteriormente, se pueden adoptar varias otras estrategias para mitigar los desajustes.

Diodos de derivación

Cadena de paneles solares con diodos de derivación
Pendem, SR y Mikkili, S. (2018). Modelado, simulación y análisis de rendimiento de configuraciones de paneles solares fotovoltaicos (Serie, Serie-Paralelo y Panal) para extraer la máxima potencia en condiciones de sombra parcial. Informes de energía, 4, 274-287

A pesar de que muchos paneles modernos integran diodos de derivación en su diseño, muchos productos de generaciones anteriores no tienen estas piezas.

La incorporación de diodos de derivación en cadenas existentes puede permitir que las corrientes eviten paneles sombreados o de bajo rendimiento. Esto evita que el rendimiento de toda la cadena se vea drásticamente afectado por un solo panel de bajo rendimiento.

Estrategia de agrupación

Agrupar paneles solares con características eléctricas (por ejemplo, mismo modelo, lote de producción y fabricante) puede reducir las pérdidas inherentes por desajuste.

Específicamente, esto implica clasificar y emparejar paneles según sus métricas de rendimiento para garantizar la uniformidad dentro de las cadenas.

Reconfiguracion

Para sistemas existentes, agrupar paneles sombreados en cadenas separadas o reorganizar los paneles Colocar reemplazos de mayor calificación en secciones sombreadas puede ayudar a optimizar el rendimiento general.

Integración con MLPE

Muchos proyectos solares dependen de inversores de cadena, pero cuando los problemas de desajuste se vuelven graves, vale la pena considerar una modernización para integrar microinversores u optimizadores de energía, aprovechando su tecnología MPPT para mitigar los desajustes.

En comparación con el uso de paneles con MLPE para nuevos proyectos, la actualización de proyectos existentes requiere una evaluación integral de la compatibilidad de estos dispositivos con los sistemas actuales. 

Mantenimiento

La limpieza y el mantenimiento regulares de los paneles solares pueden reducir las pérdidas por desajuste debidas a la suciedad y los residuos. Asegurarse de que los paneles estén libres de obstrucciones y/o sombras puede ayudar a mantener un rendimiento uniforme en todo el conjunto.

Monitoreo y Diagnóstico

El monitoreo y los diagnósticos regulares pueden ayudar a identificar problemas como microfisuras, diodos de derivación defectuosos, puntos calientes y otros defectos que pueden causar desajustes. La detección temprana contribuye a abordar tempranamente estos problemas y puede evitar problemas graves de desajuste. Los dispositivos MLPE, si están instalados, pueden facilitar eficazmente la detección.

Tendencias e investigaciones futuras

Los desajustes representan una amenaza para la rendimiento, longevidad y confiabilidad de sistemas

En primer lugar, la industria está llevando a cabo procesos de control de calidad mejorados, características de paneles más estandarizadas y tolerancias de fabricación más estrictas para garantizar una mas consistente rendimiento de los paneles.

La comercialización de tecnologías innovadoras que implican materiales y estructuras de primera calidad, como las células en tándem, está ganando impulso. Cada vez se están implementando más paneles con función de autolimpieza para abordar los problemas de desajuste causados ​​por las sombras y la suciedad.

La industria también se esfuerza por mejorar los MLPE mediante el desarrollo de algoritmos MPPT más avanzados utilizando aprendizaje automático e inteligencia artificial que se adaptan en tiempo real a las condiciones cambiantes.

Los dispositivos de Internet de las cosas (IoT) y los sensores avanzados se utilizan cada vez más para ofrecer un monitoreo más preciso en tiempo real. El concepto de gemelos digitales También se está implementando ampliamente para modelar parques solares, predecir e identificar problemas de desajuste y optimizar las operaciones en tiempo real.

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