João Lucas de Souza Silva

¿Alguna vez se ha encontrado con pérdidas en un sistema fotovoltaico debido al sombreado? ¿O casos en los que habría que colocar los módulos fotovoltaicos con diferentes inclinaciones u orientaciones? Son casos típicos en los que el diseñador de un sistema fotovoltaico tiene la difícil tarea de proponer alternativas para reducir las pérdidas durante el proceso de generación de energía. Es en estas ocasiones donde destacan las arquitecturas fotovoltaicas modulares con dispositivos MLPE (module-level power electronics). Este tipo de arquitectura incluye los microinversores, ya ampliamente utilizados en el mercado, y los optimizadores de potencia. En este artículo hablaremos de las ventajas de los optimizadores de potencia en los sistemas fotovoltaicos. En resumen, ofrecen las siguientes posibilidades en una instalación fotovoltaica: paneles solares con diferentes ángulos y orientaciones en la misma cadena; paneles de diferentes potencias en la misma cadena; cadenas con diferentes números de paneles en el mismo inversor; reducción del efecto de las sombras sobre los módulos fotovoltaicos; MPPT por módulo (seguimiento del punto de máxima potencia); mayor seguridad con voltaje de circuito abierto reducido cuando el sistema está apagado; Eliminación total del riesgo de arcos eléctricos e incendios. ¿Qué es un optimizador de energía? El optimizador de potencia para sistemas fotovoltaicos es un dispositivo cuya función principal es reducir las pérdidas en un sistema fotovoltaico, aumentando la eficiencia del sistema. La arquitectura genérica de un sistema fotovoltaico con optimizadores de potencia se muestra en la siguiente figura. La idea central del sistema con optimizador es que los paneles solares no están conectados directamente al inversor DC-AC. En cambio, los paneles están conectados a convertidores CC-CC que preprocesan la energía antes de entregarla al inversor. Los convertidores de corriente continua (DC-DC) pueden interconectarse en serie o en paralelo, suministrando energía a un inversor convencional o a un inversor específico para su uso con optimizadores de potencia. La elección del método de conexión o tipo de inversor varía según el fabricante y el modelo del optimizador de energía, ya que existen varias formas de realizar el proceso de optimización. La arquitectura que emplea optimizadores en serie ha sido más común en el mercado, como veremos a continuación. Figura 1: Arquitectura fotovoltaica genérica con optimizador de potencia En general, los optimizadores de potencia realizan la optimización localizando el punto de máxima potencia para cada módulo fotovoltaico. Así, a diferencia del inversor string o central, que busca el punto de máxima potencia considerando la salida del conjunto de módulos fotovoltaicos, el optimizador opera individualmente sobre cada módulo fotovoltaico, aumentando la precisión en la localización del punto de máxima potencia. Así, en situaciones donde un módulo fotovoltaico limita a otros por estar sombreado (alterando la curva IV global del sistema), la existencia del optimizador garantizará que esta limitación no se produzca en una medida considerable. Aunque la idea del optimizador es actuar de forma individual sobre cada módulo solar, existen en el mercado opciones de optimizadores que funcionan con hasta dos módulos. Ventajas de los optimizadores Los sistemas fotovoltaicos con optimizadores de potencia presentan las siguientes ventajas, entre las que se encuentran algunas que ya hemos mencionado al principio de este artículo: Mayor eficiencia (mayor generación de energía) proporcionada por la ubicación del punto de máxima potencia por módulo; Facilidad de mantenimiento debido a la posibilidad de aislar el módulo fotovoltaico defectuoso del sistema; Reducción de pérdidas de energía por desajuste (pérdidas causadas por diferencias de potencia entre módulos de una cadena); Posibilidad de utilizar módulos de diferentes marcas y características; Posibilidad de instalar módulos en diferentes ángulos, orientaciones y condiciones de sombra; Mayor seguridad en la instalación eléctrica, reduciendo la tensión de circuito abierto de las cadenas; Opción de monitorizar individualmente la energía producida por los módulos fotovoltaicos. Respecto a las ventajas mencionadas en el párrafo anterior, cabe destacar una característica importante de los sistemas fotovoltaicos con optimizadores: la eliminación del riesgo de arco eléctrico, que es un problema muy frecuente en los sistemas fotovoltaicos convencionales. Los optimizadores cuentan con un sistema de apagado automático cuando se detecta un arco eléctrico, haciendo que los sistemas fotovoltaicos sean completamente inmunes a los incendios. Arquitectura con optimizadores SolarEdge La siguiente figura muestra cómo funcionan los optimizadores de energía considerando la arquitectura SolarEdge. La figura A muestra el sistema funcionando sin sombreado y la figura B con sombreado. En el sistema sin sombreado, la tensión de salida de los optimizadores se divide en partes iguales, acercando el valor al enlace CC del inversor. Cuando un módulo fotovoltaico está sombreado, el voltaje de salida del optimizador para el módulo sombreado se reduce y los otros voltajes aumentan para mantener la misma corriente en la salida de cada optimizador y el voltaje en el enlace de CC. Figura 2: Funcionamiento de optimizadores de energía. Adaptado de Optimizador vs. Microinversor Ahora que sabe qué es un optimizador de energía, quizás se pregunte: "¿Cuál es la diferencia entre un optimizador de energía y un microinversor?" Bueno, la principal diferencia está en las pérdidas durante el proceso de conversión DC-AC (de corriente continua a alterna). En sistemas con optimizadores, la conversión DC-AC se realiza en el inversor, mientras que en los microinversores la conversión se realiza en cada uno de ellos. En el último caso, se produce un aumento de las pérdidas de conversión. Vale la pena señalar que, aun así, las eficiencias de los sistemas fotovoltaicos con optimizadores de potencia y microinversores son realmente cercanas. La línea entre los microinversores y los optimizadores es muy delgada, pero los optimizadores pueden ser más ventajosos. La viabilidad económica del uso de optimizadores, en comparación con el uso de microinversores, aumenta a medida que aumenta la potencia del sistema fotovoltaico. En definitiva, en sistemas muy grandes el optimizador acaba saliendo más barato que el microinversor. Consideraciones: Los optimizadores son muy interesantes y ofrecen muchas ventajas, como mencionamos anteriormente. Si el sistema solar está sujeto a sombras, los optimizadores son sin duda una excelente opción. Sin embargo, en cualquier tipo de sistema (incluso sin sombras), los optimizadores aumentan la generación de energía, porque incluso en condiciones de irradiación solar homogéneas siempre hay módulos con diferentes características en las cadenas. La presencia de sistemas MPPT individuales para cada módulo fotovoltaico es un factor que aumenta la eficiencia de los sistemas fotovoltaicos en cualquier caso. Esto es especialmente cierto cuando los módulos se instalan en diferentes ángulos e inclinaciones, condiciones en las que los sistemas de inversores de cadena tradicionales no funcionan bien. Si la seguridad de las instalaciones fotovoltaicas es un aspecto importante para el diseñador o propietario del sistema fotovoltaico, el uso de optimizadores resulta muy atractivo. Vale la pena destacar que la mejor solución para reducir pérdidas es un sistema fotovoltaico bien diseñado, incluso en escenarios problemáticos. Por lo tanto, antes de optar por sistemas con MLPE (optimizadores y microinversores), el diseñador debe comprobar el posicionamiento de los módulos fotovoltaicos de la mejor manera posible. Por eso es muy importante utilizar software de simulación de sistemas fotovoltaicos como PVsyst, Helioscope o SolarEdge Designer. Todas las arquitecturas de sistemas fotovoltaicos tienen ventajas y desventajas. El objetivo de este artículo fue presentar las ventajas de los optimizadores, no solo en relación a la optimización de la generación de energía en sistemas con sombras y módulos en diferentes condiciones de operación, sino también en términos de seguridad. Si analizamos principalmente el aspecto de seguridad de las instalaciones eléctricas fotovoltaicas, los optimizadores se convierten en una buena opción para cualquier tipo de sistema fotovoltaico, ya que eliminan los riesgos de arcos eléctricos e incendios. Prepárese para los cambios en el sector energético. Accede ahora a la revista de energía solar.Canal

João Lucas de Souza Silva

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Comprender los optimizadores para sistemas fotovoltaicos