¿Alguna vez se ha encontrado con pérdidas en un sistema fotovoltaico debido al sombreado? ¿O casos en los que los módulos fotovoltaicos tendrían que ubicarse en 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 cuando surgen las arquitecturas fotovoltaicas modulares con dispositivos MLPE (electrónica de potencia a nivel de módulo). Este tipo de arquitectura incluye microinversores, ya muy extendidos en el mercado, y optimizadores de energía.
En este artículo hablaremos de las ventajas de los optimizadores de energía en sistemas fotovoltaicos. En resumen, ofrecen las siguientes posibilidades en una instalación fotovoltaica:
- paneles solares con diferentes ángulos y orientaciones en la misma cuerda;
- paneles de distintas potencias en una misma cadena;
- cadenas con diferente número de paneles en un mismo inversor;
- reducción del efecto de sombras sobre los módulos fotovoltaicos;
- MPPT por módulo (mSeguimiento del punto de máxima potencia.g – seguimiento individualizado de la potencia máxima);
- mayor seguridad al reducir la tensión del circuito abierto 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 [2], aumentando la eficiencia del sistema [3]. 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 estén 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 cambia según el fabricante y modelo del optimizador de potencia, ya que existen diferentes 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.
En general, los optimizadores de potencia realizan la optimización localizando el punto de máxima potencia [4] para cada módulo fotovoltaico.
De esta manera, a diferencia del inversor cadena o central, que busca el punto de máxima potencia considerando la salida del conjunto de módulos fotovoltaicos, el optimizador actúa individualmente sobre cada módulo fotovoltaico, aumentando la precisión en la localización del punto de máxima potencia.
Así, en situaciones en las que un módulo fotovoltaico limita a otros al estar sombreado (cambiando la curva IV sistema global), la existencia del optimizador evitará que esta limitación ocurra en gran medida.
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 energía tienen ventajas, entre ellas algunas que ya mencionamos 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 gracias a la posibilidad de aislar el módulo fotovoltaico defectuoso del sistema;
- Reducción de las pérdidas de energía por desajuste (pérdidas por diferencias de potencia entre los 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 en circuito abierto de las cadenas;
- Opción de monitorear 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 común 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 [5]](https://canalsolar.com.br/wp-content/uploads/2019/04/Screenshot_2-2.jpg)
Optimizador x microinversor
Ahora que sabes qué es un optimizador de energía, quizás te preguntes “¿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 microinversores la conversión se realiza en cada uno de ellos. En este último caso, hay un aumento de las pérdidas por conversión.
Cabe señalar que, aun así, las eficiencias de los sistemas fotovoltaicos con optimizadores de potencia y microinversores son muy cercanas [6].
La frontera entre microinversores y optimizadores es muy delgada, pero los optimizadores pueden resultar más ventajosos. La viabilidad económica del uso de optimizadores, frente al 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 tienen muchas ventajas, como comentábamos 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, ya que incluso en condiciones homogéneas de irradiación solar siempre hay módulos con características diferentes en el instrumentos de cuerda.
La presencia de sistemas MPPT individualizados para cada módulo fotovoltaico es un factor que aumenta la eficiencia de los sistemas fotovoltaicos en cualquier caso. Esto es más cierto cuando hay módulos instalados en diferentes ángulos e inclinaciones, condiciones en las que los sistemas tradicionales con inversores instrumentos de cuerda no se desempeña 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.
Cabe destacar que la mejor solución para reducir las pérdidas es un sistema fotovoltaico bien diseñado, incluso ante escenarios problemáticos. Por tanto, antes de optar por sistemas con MLPE (optimizadores y microinversores), el diseñador debe comprobar el posicionamiento de los módulos fotovoltaicos de la mejor forma posible.
Por eso es muy importante utilizar software de simulación de sistemas fotovoltaicos como sistema fotovoltaico, Helioscopio ou Diseño de SolarEdge.
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.
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Referencias
- [ 1 ] P. Trapp. ¿Qué es un optimizador de energía?
- [2] R. Orduz, J. Solorzano del Moral, MA Egido y E. Roman, “Estudio analítico y resultados de evaluación de optimizadores de energía para acondicionamiento de energía distribuida en paneles fotovoltaicos”. Programa. Fotovoltaicade 2011
- [3] João Lucas de Souza Silva, HS Moreira, DB Mesquita, Marcelo Gradella Villalva, “Análisis de optimizadores de energía en plantas de energía fotovoltaica”, 13.ª Conferencia Internacional IEEE/IAS sobre Aplicaciones Industrialesde 2018
- [ 4 ] Marcelo Gradella Villalva. Comprender las curvas IV y PV de los módulos fotovoltaicos
- [5] T. Solaredge, “Nota técnica sobre voltaje de cadena fija de SolarEdge, concepto de operación”, págs. 7–9, 2012
- [ 6 ] Sabio energético. Comparación de microinversores y microinversores optimizadores de energía
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Comentários (2)
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Daniel el voltaje de salida del optimizador no será 80 V, sino el voltaje Vmp del Módulo, si el optimizador tiene MPPT, en el caso de este articulo 35 V cada optimizador. El optimizador solo ajusta la corriente que está en serie con la corriente de los otros módulos, si hay sombreado, por ejemplo. Cuando opera, baja un poco el voltaje para aumentar la corriente y mantener la misma potencia.
Tengo una duda respecto al voltaje de salida de los optimizadores. En una cadena con una cierta cantidad de módulos con optimizadores (2:1), con cada optimizador en serie, ¿se sumará el voltaje dentro de la cadena? Parafraseando: para cada optimizador en la cadena, ¿el Vcc de salida del optimizador se sumará al factor de cálculo de Vcc máximo? Pregunto esto porque el software Designer de SolarEdge ofrece una configuración del sistema en la que al agregar el voltaje de salida de cada optimizador dado en la cadena, este Vccmax va más allá del límite de 1000 VCC del inversor. Por ejemplo: una cadena determinada con 36 módulos y 18 optimizadores (2:1), en mi lógica, los voltajes de salida de cada optimizador (80 V CC) se sumarían, lo que daría como resultado 1440 V CC máximo de esta cadena, que está por encima del límite. ¿Podrías ayudarme con este tamaño? Agradecido.