Comprender el trazador de curva IV para la puesta en servicio de sistemas fotovoltaicos

Este artículo tiene como objetivo presentar las funcionalidades del trazador de curva IV, dispositivo utilizado en el análisis y diagnóstico de módulos y strings fotovoltaicos.

También demostraremos la importancia de este instrumento para el éxito de un proyecto fotovoltaico a través de un estudio de caso.

A curva IV Es la curva eléctrica que relaciona la tensión y la corriente a la salida de un módulo o conjunto de módulos fotovoltaicos. El análisis de esta curva nos permite saber si los módulos funcionan correctamente o si tienen problemas.

El trazador de curvas IV también es capaz de medir tensión y corriente en sistemas fotovoltaicos, informando al usuario de los valores de corriente de cortocircuito, tensión de circuito abierto y potencia máxima del módulo o conjunto de módulos analizados.

Con este equipo, combinado con sensores de temperatura e irradiancia, es posible medir los principales parámetros eléctricos de un módulo o cadena fotovoltaica en dos parametrizaciones diferentes, en OPC (condiciones de operación, es decir, las condiciones ambientales de funcionamiento del elemento a medida) y también en STC (condiciones de prueba estándar, es decir, irradiancia de 1000 W/m2 y temperatura de funcionamiento de 25 ºC).

Para presentar los resultados de las mediciones en STC, el equipo normaliza los valores de corriente, voltaje y potencia medidos en condiciones de operación. Esto significa que los valores de corriente y voltaje obtenidos experimentalmente se corrigen en función de los valores de irradiancia y temperatura registrados en el momento de realizar las mediciones eléctricas.

El ámbito de utilidad de este equipo está orientado a actividades de puesta en marcha de plantas y sistemas fotovoltaicos. El trazador tiene la función de realizar la prueba de rendimiento de los módulos fotovoltaicos.

Según la norma ABNT NBR 16274:2014, la prueba del trazador sólo es necesaria en “sistemas más complejos”, ya que la curva IV es información complementaria en el diagnóstico global de un conjunto de módulos fotovoltaicos.

El diseño de la curva IV muchas veces es descartado por los integradores, ya sea por el alto costo de adquisición del equipo o simplemente porque se descuida una evaluación más detallada del sistema.

Ante tantos problemas y fallas encontradas en las instalaciones fotovoltaicas, la curva IV termina siendo considerada por muchas personas como preciosa, principalmente porque es un ítem opcional de la norma NBR 16274. Es decir, habría otras pruebas más importantes a realizar. realizarse previamente.

Sin embargo, es precisamente aquí donde se justifica la mayor necesidad de obtener la curva IV de los strings en sistemas fotovoltaicos: la obtención de la curva IV, además de dibujar la curva en sí, ofrece un rico conjunto de información sobre el estado de salud de los strings. : corriente de cortocircuito, tensión de circuito abierto y potencia máxima. El uso del trazador de curvas en la puesta en marcha de sistemas fotovoltaicos evitaría muchos de los problemas que se presentan en las instalaciones.

La curva IV puede revelar no sólo fallos en la instalación del sistema fotovoltaico, sino también defectos en los módulos fotovoltaicos. Aunque los módulos fotovoltaicos tienen certificación INMETRO obligatoria en Brasil, la calidad del equipo puede variar desde el momento en que sale de fábrica.

Ya sea durante el transporte desde fábrica, desde el traslado del distribuidor a la instalación o durante la elevación de los módulos a los tejados, los módulos fotovoltaicos están sujetos a impactos mecánicos que pueden provocar daños irreversibles, como microfisuras y daños en las cajas de conexiones. comprometiendo a la generación al mismo tiempo a lo largo de los años.

Además, los módulos, como cualquier otra fabricación, están sujetos a defectos de fábrica, como posibles fallos en los diodos de bypass que contribuyen significativamente a la caída del rendimiento energético.

Todavía existe el hecho de que muchos instaladores no preparados pisan y se apoyan en los módulos durante la instalación, lo que provoca la rotura de las células fotovoltaicas. Los defectos en las células son imperceptibles mediante inspección visual, pero pueden detectarse mediante el trazador de curva IV.

Analizando este conjunto de hechos, combinado con el hecho de que una instalación que genera menos de lo esperado puede generar una gran insatisfacción en el cliente, parece razonable dedicar tiempo e inversión a protegerse contra un posible desgaste. Si cree que un multímetro convencional es suficiente para cubrir esta necesidad, quizás esté en lo cierto.

Sin embargo, si ya has medido la tensión en circuito abierto de una cadena y te preguntaste si ese valor, aunque inferior al esperado, tenía sentido, quizás sea el momento de ampliar tus horizontes y resolver tus dudas con equipos de medición de calidad.

Acerca de la prueba de la curva IV

Para tener una visión general de cómo trabajar con un trazador de curva IV, se mostrará una breve guía paso a paso para realizar una adecuada prueba de rendimiento fotovoltaico, utilizando equipos genéricos disponibles en el mercado, cuya marca no será revelada debido al carácter educativo de este artículo, sin intención de promocionar a ningún fabricante en concreto.

Antes de cualquier iniciativa de utilizar el trazador de curva IV, es necesario evaluar las condiciones climáticas del día previsto para las actividades. Según la norma, existe el requisito previo de que las mediciones se realicen en condiciones de cielo despejado, además de presentar una irradiancia mínima de 700 W/m², medida en el mismo plano que los módulos.

Finalmente, los parámetros de corriente y voltaje del conjunto medido deben ser consistentes con las limitaciones del aparato de medición; después de todo, no queremos dañar nuestro trazador de curvas. Respetando las condiciones climáticas estipuladas por la norma y siendo los límites de medición compatibles con el elemento bajo prueba, ahora podemos preocuparnos de los procedimientos que se deben realizar para la prueba.

Inicialmente es necesario detener la generación abriendo el seccionador del inversor o el stringbox. Esto evitará la aparición de arcos eléctricos e incendios, permitiendo realizar las pruebas de forma segura. Los circuitos fotovoltaicos nunca deben desconectarse bajo carga sin utilizar el interruptor seccionador.

Es decir, no podemos abrir un conector o una caja de fusibles mientras haya corriente eléctrica circulando por el sistema. La interrupción del circuito sólo puede realizarse de forma segura mediante el interruptor seccionador, elemento obligatorio en los circuitos de CC según la norma ABNT NBR 16690 (excepto en instalaciones con microinversores).

Luego es necesario instalar los sensores auxiliares en el lugar de prueba. El trazador de curva IV generalmente tiene dos sensores auxiliares. Se utiliza una célula fotovoltaica de precisión para medir la irradiancia a la que están sometidos los módulos fotovoltaicos y un termómetro de contacto para medir la temperatura superficial del módulo fotovoltaico. A partir de estas mediciones es posible normalizar los datos para las condiciones STC.

Sensor de irradiancia

El sensor de irradiancia debe instalarse coplanarmente a los módulos fotovoltaicos bajo prueba, de modo que esté sujeto a las mismas condiciones de irradiancia en relación con el elemento bajo prueba.

Normalmente, el sensor se puede instalar utilizando el orificio de conexión a tierra de los módulos fotovoltaicos. El sensor que se muestra en este ejemplo tiene dos celdas de referencia, una de silicio policristalino y otra de silicio monocristalino. El usuario del equipo debe comprobar la tecnología del módulo para realizar la elección adecuada.

Sensor de temperatura

Independientemente de si la prueba se realiza con módulos o strings, el sensor de temperatura debe estar conectado a un módulo que sea la referencia para la medición.

El sensor debe conectarse en la región central de un módulo fotovoltaico en módulos donde la caja de conexiones esté ubicada cerca del marco superior. Si la caja de conexiones está en el medio del módulo, el sensor debe colocarse entre la caja de conexiones y el marco en la región inferior del módulo.

El sensor debe pasar por un proceso de estabilización de temperatura, es decir, la prueba debe comenzar luego de un período mínimo de 30 minutos después de instalado el equipo. La conexión al trazador de curvas debe realizarse a través de conectores adecuados, que encajan en las entradas auxiliares del trazador de curvas IV, como se muestra en la figura 5.

Configuración de parámetros de prueba

El rastreador requiere que el usuario ingrese inicialmente los parámetros del módulo fotovoltaico bajo prueba. Para ello basta con registrar el módulo con los datos de voltaje, corriente, potencia, coeficientes de temperatura y resistencia interna del módulo fotovoltaico, los cuales pueden ser ingresados ​​manualmente o simplemente recogidos automáticamente por el equipo.

En la Figura 4, es posible configurar el número de módulos que serán analizados, el método de inserción de la resistencia Rs (resistencia en serie del módulo fotovoltaico), el tiempo de funcionamiento de su sistema (en años) y la temperatura de funcionamiento de los módulos. y el intervalo mínimo entre dos pruebas.

Conexión del equipo al elemento de prueba.

El trazador de curva IV se conecta a la muestra mediante cuatro cables (verde, azul, rojo y negro, en este ejemplo) que tienen dos terminales MC4. La conexión se realiza de forma muy intuitiva. Simplemente siga los patrones de colores e inscripciones que se encuentran en el equipo o en su manual.

La realización de este procedimiento se muestra en la Figura 6. Las terminaciones del MC4 (Figura 7), por lo tanto, deben conectarse a los terminales del módulo o cadena a probar.

Después de estos procedimientos, estará perfectamente calificado para recopilar datos IR (voltaje y corriente) del conjunto fotovoltaico. Los resultados obtenidos demuestran claramente los parámetros eléctricos medidos, así como las curvas IV y PV en OPC y STC, además de demostrar la degradación del módulo en relación a su potencia nominal.

Los datos se pueden extraer del equipo mediante una simple comunicación USB con una computadora, lo que permite un análisis más sucinto de los datos recopilados y permite agregar las curvas a los informes de puesta en servicio fotovoltaica.

Estudio de caso con el trazador de curva IV

Para abstraer mejor los conceptos tratados hasta ahora, nada mejor que un estudio de caso para profundizar en el tema. Este estudio se realizó durante la puesta en marcha de un sistema fotovoltaico compuesto por dos strings de 20 módulos de 320 Wp (12,8 kWp en total), divididos en dos MPPT diferentes de un inversor de 15 kW.

Inicialmente, los módulos fueron desinfectados para mitigar los efectos de la deposición de suciedad en los módulos. Luego trazamos la curva IV de una de las cuerdas y el equipo mostró pérdidas considerables. Ante esta situación, buscamos en los módulos evidencias que nos llevaran a conclusiones suficientes para tomar acciones de operación y mantenimiento.

Entre las mediciones recogidas en la cuerda, se notó un comportamiento inusual en uno de los módulos. Aunque el módulo estaba higienizado y libre de sombras, las curvas características IV y PV mostraron un comportamiento anómalo con relación a las demás.

La Figura 7 muestra las curvas según las condiciones nominales del módulo (verde), además de las condiciones reales del módulo (rojo), ambas normalizadas a condiciones STC.

Con los datos recolectados con el trazador de curvas y mediante una inspección visual del módulo, se pudo concluir que el módulo tenía su diodo de bypass dañado al punto que permaneció siempre activado, configurando una situación de diodo quemado en cortocircuito. .

La evidencia clara de esto se basa en el hecho de que la tensión del circuito abierto prácticamente se redujo a un tercio de su valor nominal. Los datos nominales y los datos recopilados en el campo se comparan en la Tabla 1 a continuación.

Tabla 1: Datos comparativos entre los parámetros proporcionados en la hoja de datos y los recopilados en campo con el trazador de curvas

Durante la puesta en marcha fotovoltaica, es muy común realizar mediciones de Voc de strings, en lugar de mediciones a nivel de módulo. Esto es comprensible, ya que las estructuras no siempre favorecen las mediciones y dependiendo del tamaño del sistema, sería un completo sueño realizar mediciones de módulo a módulo.

Sin embargo, en un sistema de 40 módulos fue posible encontrar un módulo con una generación notablemente inferior a su potencia nominal, lo que representa una caída de alrededor del 1,5% en la generación total del sistema.

Suponiendo que este módulo perteneciera a una cadena con módulos operando en condiciones nominales, el voltaje pasaría de ser 927,8 V (20 módulos con voltaje de circuito abierto en STC de 46,39 V) a 910,26 V – una variación de aproximadamente 1 % en circuito abierto total. Voltaje.

Este problema probablemente no se notaría en una puesta en servicio realizada a nivel de cadena. La variación de voltaje probablemente se interpretaría como suciedad o un error de medición. Pero en realidad, como se demuestra en este caso, un módulo puede tener un defecto de fábrica o un fallo provocado por un instalador que no actuó con diligencia.

Conclusión

El trazador de curva IV es un equipo que cuesta mucho adquirir en el mercado, lo que acaba haciendo inviable su difusión, especialmente entre los pequeños y medianos integradores. Sin embargo, el trazador de curvas demuestra ser un equipo importante y potente en las actividades de puesta en marcha de sistemas fotovoltaicos, permitiendo la identificación de errores o defectos de instalación en módulos y cadenas fotovoltaicas.

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