Rendimiento de módulos bifaciales utilizando optimizadores en un sistema fotovoltaico.

Los módulos bifaciales ya han dejado claro que llegaron para quedarse. Los datos de VDMA [1], que realiza estudios sobre la evolución de la industria fotovoltaica mundial, ya apuntan a un crecimiento en la fabricación de células bifaciales con respecto a las convencionales (Figura 1).

Además, Los expertos dicen que las fábricas solo deberían producir células bifaciales en el futuro.. Para aquellos que no están del todo familiarizados con la tecnología de módulos bifaciales, se recomienda leer el artículo. Comprender los módulos solares bifaciales.

Los módulos bifaciales aprovechan la incidencia de la luz solar en ambos lados del módulo. Desde el frente del módulo, la principal fuente de energía es la irradiación global (suma de directa y difusa), en la que los rayos solares inciden directamente sobre el módulo sin sufrir desviación ni reflexión alguna.

Desde la parte posterior del módulo, la fuente de energía es la radiación reflejada (albedo), en la que los rayos solares se reflejan principalmente desde el suelo e inciden sobre el módulo de forma no muy uniforme. El rendimiento de la parte trasera del módulo bifacial depende de una serie de factores externos como:

• Distancia del módulo con respecto a la superficie (suelo, techo o losa, por ejemplo);
• Inclinación de módulos;
• Grado de reflectividad de la superficie.

Por lo tanto, es común encontrar hojas de datos (fichas técnicas) de módulos bifaciales (Figura 2), una variación de los puntos principales de las curvas IV y PV según la ganancia de energía en la parte posterior del módulo.

Generalmente, esta ganancia varía del 5% al ​​30%. Por tanto, aunque el módulo bifacial siempre produce más energía que uno convencional, la ganancia energética varía debido a varios factores externos.

Con tantos factores que afectan la ganancia bifacial, es importante tener en cuenta que durante el funcionamiento de un sistema con módulos bifaciales, es probable que la ganancia bifacial difiera entre los módulos a lo largo del día.

Los módulos más cercanos a los extremos de las líneas (como se muestra en la Figura 3) deberían recibir una mayor irradiancia reflejada desde la superficie. Así, en una cadena tendremos módulos con diferentes valores de irradiancia. Las curvas IV y PV de esta cadena deben seguir un patrón de sombreado parcial.

Es interesante observar que incluso sin ninguna sombra en el sistema, es posible que se encuentre en condiciones de sombra parcial. Por tanto, con el mayor uso de módulos bifaciales en los sistemas, se espera un aumento en el uso de soluciones para strings con diferentes niveles de irradiación solar, entre las que podemos destacar los optimizadores de potencia.

Los optimizadores son equipos conectados directamente a los módulos fotovoltaicos, fijados a su bastidor sobre carril, que disponen de un seguidor MPPT para cada módulo. Para comprender mejor cómo funciona la tecnología optimizadora, se recomienda leer el artículo. Comprender los optimizadores para sistemas fotovoltaicos.

Los optimizadores, además de importantes beneficios como seguridad y monitorización individual, son capaces de hacer que todos los módulos funcionen a su máxima potencia de forma individual. Entonces, en una cadena con módulos bifaciales sin usar optimizadores, todos los módulos estarán limitados por el que reciba la menor irradiancia en la parte posterior.

Sin embargo, si esta misma cadena cuenta con módulos bifaciales con optimizadores, cada módulo generará la máxima energía a lo largo del día y ningún módulo estará limitado por el otro. Un estudio de simulación probó algunos sistemas fotovoltaicos en escenarios con diferentes valores de factores externos [4].

El objetivo del estudio fue analizar la diferencia de generación desde la parte posterior de los módulos bifaciales instalados. Un ejemplo son 7 mesas de seguimiento (1 eje) con 20 módulos.

Las mesas simuladas que se muestran en la Figura 4 presentan módulos en posición vertical, de 20 metros de largo, 2 metros de alto, 6 metros de inclinación, 1,7 metros de alto en relación con el suelo y 0,2 albedo del suelo.

El nivel de albedo del suelo de 0,2 es un nivel cercano al de un suelo cubierto de hierba o vegetación baja. El estudio analizó cuánta energía recibe anualmente cada ubicación en la mesa del rastreador, como se puede ver en la Figura 5.

En la Figura 5 se puede observar que la región amarilla recibió la mayor cantidad de energía en el año: 2025 kWh/m². Mientras que la región violeta recibió 1875 kWh/m². Una diferencia del 8% de la generación más pequeña a la más grande. Es interesante notar que la generación más grande se encuentra al final de la tabla.

Conclusión

Es importante entender que la aplicación de módulos bifaciales aumenta la generación del sistema fotovoltaico, proporcionando más energía generada por metro cuadrado. Sin embargo, con la aplicación de esta nueva tecnología surge un problema de diferencia de generación entre los módulos de una cadena. Por lo tanto, con el crecimiento en el uso de la tecnología de módulos bifaciales, seremos testigos del crecimiento conjunto de la tecnología de optimización de energía para resolver el problema.

Referencias

• [1] Hoja de ruta tecnológica internacional para la energía fotovoltaica (ITRPV) – Resultados 2019. VDMA. 11ª edición, abril de 2020.
• [2] Solar resucitado. Jager Plus RSM-6-395BMDG-420BMDG, 2020.
• [ 3 ] https://soltec.com/pt-br/single-axis-solar-tracker. Consultado el 30/09/2020.
• [4] Deline, C, Ayala Pelaez, S, MacAlpine, S, Olalla, C. Estimación y parametrización de la pérdida de potencia por desajuste en sistemas fotovoltaicos bifaciales. Prog Fotovolta Res Apl. 2020; 28: 691–703. https://doi.org/10.1002/pip.3259