Pérdidas de desajuste en paneles solares: causas y soluciones

Los paneles solares desparejados son aquellos en los que las características de corriente-voltaje (I-V) de las células individuales son significativamente diferentes. Estas pérdidas de desajuste ocurren cuando la corriente de una cadena está limitada por la corriente de la célula con menor corriente en una interconexión en serie. Esto puede deberse a la sombra de las células o a defectos en las mismas. Las pérdidas de desajuste incluyen la disipación de energía en las células con bajo rendimiento, lo que puede generar puntos calientes y dañar el módulo de manera constante. Además, estas pérdidas pueden ocurrir en cadenas de módulos en arreglos solares.

Para mitigar los efectos de las pérdidas de desajuste, se utilizan diodos de derivación para limitar la disipación de energía en las células con bajo rendimiento. Sin embargo, es importante tomar medidas para evitar estas pérdidas, como un mejor diseño del sistema para asegurar que los módulos de las mismas cadenas reciban la misma cantidad de luz y evitar la sombra. A nivel de fabricación, también se utiliza la clasificación para asegurarse de que las células con características eléctricas similares se coloquen en el mismo módulo.

Objetivos de aprendizaje

• Comprender cómo ocurre el desajuste en los módulos solares.
• Ser capaz de realizar experimentos para observar algunas causas del desajuste.
• Comprender cómo se pueden mitigar las causas del desajuste.
• Ser capaz de realizar experimentos para observar cómo se pueden mitigar los efectos del desajuste.

Ejercicio de tutorial

SunSolve v5 cuenta con una pestaña de salida de corriente-voltaje de células al simular un módulo solar. Esta función permite a los usuarios observar el rendimiento de las células individuales y sus características de corriente-voltaje como si no estuvieran conectadas. Al simular módulos solares en situaciones donde puede ocurrir un desajuste, las pestañas de corriente-voltaje de células y módulos se pueden utilizar para investigar los efectos del desajuste. En este tutorial, utilizarás la plantilla de módulo monofacial de 72 células. Para obtener más información, consulta las páginas relevantes de PVmanufacturing.org.

RECORDATORIO: Asegúrate de guardar y organizar cualquier plantilla o simulación a medida que avances en este tutorial. Cualquier progreso no guardado se perderá si se cierra o se cambia/actualiza la página de SunSolve.

Parte Uno - Observando el desajuste

Actualmente, el desajuste se puede simular en SunSolve configurando un ángulo cenital alto, lo que provoca que el marco del módulo haga sombra a las células en el borde del mismo. En esta sección, configurarás un ángulo cenital alto para una simulación con la plantilla de módulo monofacial de 72 células y observarás los efectos del desajuste. La pestaña de corriente-voltaje de módulo proporciona salidas con y sin desajuste, puedes utilizar esta función para investigar los efectos del desajuste en el rendimiento de la corriente-voltaje.

Las respuestas que observarás se enumeran en la Tabla 1 a continuación, también investigarás las curvas corriente-voltaje del módulo.

Tabla 1 - Lista de respuestas a observar en la Parte Uno

• Potencia máxima (Pmp) [con y sin desajuste]
• Factor de llenado (FF) [con y sin desajuste]
• Corriente de cortocircuito (Jsc) de la mejor y peor célula [con ID de la célula]

Conducta del experimento:

1. Abre una nueva plantilla de módulo monofacial de 72 células.
2. Bajo la iluminación, configura el ángulo cenital en 84º.
3. Utilizando la función de barrido, realiza un barrido del ángulo azimutal de 0º a 180º con 7 intervalos iguales. SunSolve debería configurar automáticamente los intervalos de 30º.
4. Ejecuta la simulación y guarda tu simulación completada.
5. Registra las 6 respuestas enumeradas en la Tabla 1 anterior. Al utilizar la pestaña de corriente-voltaje de células, marca la casilla relativo al promedio para ver las diferencias porcentuales y mostrar id de la célula para obtener los ID de las células.
6. Promedia la diferencia de desajuste para el Pmp y Jsc.
7. Dibuja gráficos de dispersión de las respuestas Pmp y FF en función del ángulo azimutal, trazando las salidas con y sin desajuste en los mismos ejes.
8. Copia y traza los datos de las curvas corriente-voltaje del módulo para los ángulos azimutales de 0º, 90º y 180º.

Preguntas

Compara las curvas corriente-voltaje del módulo que guardaste. Describe el cambio de forma en las primeras 2 curvas y por qué esta forma no ocurre en la curva de 90º de azimut. ¿Qué causaría el cambio de forma en la curva IV?

Parte Dos - Desajuste y diodos de derivación

En la Parte Uno, deberías haber observado cómo la sombra en diferentes células de un módulo provoca desajuste y cómo los diferentes ángulos de sombreado cambian los efectos del desajuste. Lo más importante es que deberías haber notado cuándo se activan los diodos de derivación. En este ejercicio, observarás qué ocurre cuando se eliminan estos diodos de derivación del módulo. Utilizarás las respuestas enumeradas en la Tabla 1 en este ejercicio.

Afortunadamente, el solucionador eléctrico se puede volver a ejecutar sin utilizar más rayos, lo que ahorra el uso de rayos para este ejercicio. El solucionador eléctrico se vuelve a ejecutar automáticamente una vez que se han realizado cambios en la sección eléctrica de las entradas. Por lo tanto, debes tener cuidado al guardar y organizar tus simulaciones antes de realizar cambios en el circuito.

Conducta del experimento:

1. Abre una nueva plantilla de módulo monofacial de 72 células.
2. Bajo la iluminación, configura el ángulo cenital en 84º.
3. Realiza un barrido del azimut solo para 0º y 90º.
4. Bajo el circuito, haz clic en los diodos de derivación para eliminarlos del módulo.
5. Ejecuta la simulación y registra las respuestas enumeradas en la Tabla
6. Copia y traza los datos del módulo corriente-voltaje.
7. Utiliza la pestaña información de entradas para cambiar el nombre y la descripción de tu simulación y guárdala en consecuencia.
8. Repite los pasos 4-7 con la misma simulación (después de guardarla), pero con 1 diodo en el lado derecho. Haz clic en volver a ejecutar el solucionador eléctrico en la pestaña módulo jv después de configurar correctamente los diodos de derivación.
9. Repite los pasos 4-7 con la misma simulación (después de guardarla), pero con 1 diodo en el medio.
10. Repite los pasos 4-7 con la misma simulación (después de guardarla), pero con 1 diodo en el lado izquierdo.

Preguntas

Compara tu módulo con los 3 diodos de derivación en la Parte Uno con tu módulo sin diodos de derivación. ¿Qué módulo funciona mejor y por qué? Si los dos módulos anteriores pudieran experimentar calentamiento de puntos calientes, ¿qué esperarías que ocurriera en las células con bajo rendimiento? Por lo tanto, ¿qué módulo funcionaría mejor y por qué? Cuando el azimut se establece en 0º, ¿qué diodo de derivación se activa? Cuando el azimut se establece en 90º, ¿qué diodo de derivación se activa?

Parte Tres - Mayor comprensión del desajuste

Las siguientes preguntas se utilizan para asegurarse de que comprendas los conceptos involucrados. Puedes preparar tus respuestas mientras completas las tareas anteriores.

1. Describe cómo una célula sombreada puede provocar la disipación de energía en la célula. ¿Qué daños pueden causarse en un módulo debido al calentamiento de puntos calientes?
2. ¿El desajuste es más perjudicial para las células en paralelo o en serie? ¿Cómo reducen los diodos de derivación las pérdidas de potencia en las células desajustadas?
3. Cuando se activan los diodos de derivación, ¿se reduce el voltaje o la corriente del módulo? ¿Por qué?
4. Dibuja ejemplos de curvas corriente-voltaje para visualizar el proceso de pérdidas de desajuste y mitigación con diodos de derivación. Utiliza 10 células con I sc = 1A y V oc = 0.5V para ilustrar el proceso.
5. Basándote en los ejercicios y preguntas anteriores, explica qué es la clasificación y por qué es un aspecto importante de la fabricación de módulos solares. ¿Qué herramientas de caracterización se utilizan para la clasificación?
6. En un arreglo, ¿los diodos de derivación también son importantes para las cadenas de módulos? Explícalo.

Con la realización de este tutorial, has adquirido conocimientos sobre el desajuste en los paneles solares y cómo mitigar sus efectos. Recuerda siempre consultar a un especialista en energía solar para obtener asesoramiento específico antes de realizar cualquier cambio o adición a tu sistema solar.