Flexibilidad de diseño: diseño eficiente de sistemas fotovoltaicos con optimizadores de energía

Los optimizadores de energía son dispositivos de tipo MLPE (Electrónica de potencia a nivel de módulo.) que permiten realizar un seguimiento individual del punto de máxima potencia (MPPT) de los módulos fotovoltaicos.

Son bien conocidas dos ventajas de los optimizadores en sistemas fotovoltaicos: reducir las pérdidas debidas al desajuste de potencia de los módulos y aumentar la inmunidad del sistema a las sombras.

La falta de coincidencia de energía ocurre porque los módulos de cadena no son idénticos. Incluso utilizando módulos del mismo fabricante, modelo y potencia, siempre existen ligeras diferencias entre ellos.

Estas diferencias pueden provocar pérdidas de algunos puntos porcentuales en las instalaciones fotovoltaicas.

La individualización de los módulos proporcionada por los optimizadores permite mitigar el efecto del desajuste, permitiendo una mayor generación de energía.

Flexibilidad de diseño

Además de las ventajas conocidas, el uso de optimizadores permite configuraciones como las mostradas en la Figura 2, en las que los diferentes módulos se instalan con diferentes inclinaciones y orientaciones. Este tipo de conexión en serie de módulos sería imposible con inversores string convencionales.

La arquitectura de los sistemas fotovoltaicos con optimizadores de energía proporciona un uso eficiente de todo el espacio disponible en un tejado. Es posible una amplia variedad de longitudes de string, sin necesidad de crear strings del mismo tamaño o con módulos en idénticas condiciones de funcionamiento.

Los módulos sombreados no perjudican las prestaciones del conjunto y se pueden mezclar en una misma cadena módulos con diferentes potencias nominales, formatos y métodos de instalación, como se muestra en la Figura 2.

La Figura 3 muestra un ejemplo práctico de un proyecto posible gracias a la tecnología de optimización de energía. Se trata de una cubierta compleja, con agua en diferentes orientaciones e inclinaciones, con espacio limitado y presencia de chimeneas. El proyecto se instaló en Italia y cuenta con 1 inversor trifásico de 5 kW y 23 optimizadores de potencia.

Los optimizadores de energía eliminan varios de los desafíos encontrados en el diseño de sistemas fotovoltaicos con inversores tradicionales, entre los que podemos mencionar:

• cuidado con la tensión de circuito abierto de las cuerdas;
• agrupar módulos en cadenas del mismo tamaño;
• limitación del número de módulos de cadena;
• problemas de distribución en tejados sombreados con muchas aguas diferentes;
• Requisito de cajas de cables y necesidad de muchos circuitos en paralelo.

Las principales dificultades de distribución que se encuentran en los diseños tradicionales (sin optimizadores de potencia) están relacionadas con la limitación de tamaños de string y la imposibilidad de mezclar módulos con diferentes características y diferentes condiciones de operación en una misma string.

Normalmente, los diseños con inversores convencionales requieren el uso de múltiples inversores o inversores con múltiples entradas MPPT en techos complejos o techos sujetos a sombra. Aun así, estas soluciones no proporcionan resultados efectivos.

Otras ventajas

reducción de eBOS

Con optimizadores de energía, el eBOS cuesta (equilibrio eléctrico del sistema) se reducen. El tamaño y la disposición del conjunto fotovoltaico ya no están limitados por restricciones eléctricas como la tensión del circuito abierto, lo que permite la creación de cadenas más largas, con un mayor número de módulos.

BOS es el acrónimo de equilibrio del sistema, denominación utilizada en el mercado en referencia a los componentes de un sistema fotovoltaico, excepto a los propios módulos fotovoltaicos. El eBOS es el BOS eléctrico, que incluye el cableado eléctrico, los conectores, los dispositivos de protección y los propios inversores.

La arquitectura de los sistemas fotovoltaicos con optimizadores de energía prácticamente elimina los costes de eBOS en el lado de la corriente continua. Los sistemas con optimizadores tienen la ventaja de limitar las tensiones en los sistemas fotovoltaicos a niveles cercanos a las tensiones de potencia máxima de los módulos (y no a las tensiones de circuito abierto).

Esto permite aumentar aún más el número de módulos que se pueden conectar (indirectamente) en serie, aumentando el tamaño de las cadenas hasta en un 30%.

En otras palabras, los optimizadores de potencia permiten aprovechar una ventaja de los inversores string, que es el uso de muchos módulos en el mismo circuito. En general, esto ayuda a reducir la necesidad de circuitos paralelos, lo que reduce los costos de cables, conectores y dispositivos de protección.

Seguridad eléctrica con SafeDC

SafeDC es el nombre comercial de una tecnología patentada por SolarEdge que reduce el riesgo de descarga eléctrica en sistemas fotovoltaicos. Durante la instalación o cuando el inversor está apagado (incluidas situaciones de mantenimiento), los optimizadores de potencia cambian automáticamente al modo de seguridad, en el que la tensión de salida de los módulos fotovoltaicos se reduce al nivel seguro de 1 V.

Por ejemplo, si hay 19 optimizadores conectados en serie, la tensión máxima en los terminales de la cadena será de 19 V. El apagado automático de los módulos (y la limitación de la tensión de salida a 1 V) se produce automáticamente en una de estas situaciones:

• durante la instalación, cuando se desconecta la cadena del inversor o cuando el inversor está apagado;
• durante una parada de emergencia, cuando se apaga el inversor o cuando se pierde la conexión a la red de CA; cuando los sensores térmicos de los optimizadores detectan temperaturas superiores a 85˚C.

Detección de arco eléctrico

Los inversores SolarEdge cuentan con un sistema propio para reducir los efectos de las averías que provocan arcos eléctricos y pueden provocar brotes e incendios. EL arco eléctrico Es una de las principales causas de incendios en sistemas fotovoltaicos. Su detección e interrupción son una característica importante que añade seguridad a los sistemas fotovoltaicos.