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Los paneles solares funcionarán en la sombra

Los paneles solares seguirán funcionando produciendo electricidad incluso cuando estén parcialmente sombreados. Aunque la eficiencia disminuirà notablemente por que a veces una sola celula sombreada afecta toda una cadena de celulas solares

Sin embargo, si están completamente bloqueados por un objeto, entonces el panel solar dejará de producir electricidad.

¿ Los paneles solares funcionarán en la sombra ?

A veces, incluso si la pantalla no bloquea completamente el panel solar, puede detener la producción de electricidad.

Para comprender cómo funciona esto, debemos profundizar en el impacto de los sombreados en la producción de energía solar, los componentes de los paneles solares y cómo funcionan cuando hay sombras.

Sombreados e irradiancia solar

La radiación solar generalmente se expresa como la suma de dos componentes. El primero se llama Irradiancia Normal Directa (DNI) y representa la irradiancia (potencia que se puede obtener de la energía solar por metro cuadrado) en una superficie perpendicular al Sol.

En otras palabras, está relacionado con la radiación solar que impacta directamente en los paneles solares.

El segundo componente se conoce como irradiancia horizontal difusa (DHI). Este concepto está relacionado con toda la radiación solar que fue reflejada por nubes, lagos o montañas que impactan indirectamente los paneles solares.

La imagen a continuación puede expresar mejor cómo estos dos factores llegan al panel solar.

¿Los paneles solares funcionarán en la sombra?Fuente: A.Walker. “Energía solar: tecnologías y entrega de proyectos para edificios”

Hay dos tipos principales de sombreados. Un tipo se llama sombreado lejano y el otro tipo se llama sombreado cercano.

Los sombreados lejanos (también llamados sombreados del horizonte) se refieren a las pérdidas en la radiación solar debido a los sombreados causados ​​por objetos grandes como montañas, valles o edificios altos.

Los sombreados lejanos se cuantifican como pérdidas en DHI.

Los sombreados cercanos son objetos cercanos como árboles, paredes, chimeneas, antenas, casas u otros módulos que causan sombreados en el panel solar.

Estos se cuantifican como pérdidas en el DNI y son los más significativos.

¿Mis paneles solares producirán electricidad en días nublados?

La respuesta corta a esta pregunta es sí.

Las nubes reducen la cantidad de luz solar, pero reducen específicamente el componente directo de la radiación solar.

Basado en los conceptos que describimos antes, reducen radicalmente la cantidad de luz solar que llega a sus paneles solares.

Sin embargo, a pesar del día nublado, todavía podemos ver la luz del sol, ¿verdad?

Esto se debe a que el componente DHI todavía está presente en días nublados.

Por lo tanto, sus paneles solares seguirán produciendo electricidad utilizando el componente DHI de la radiación solar.

La única diferencia es que de hecho producirán menos electricidad que en los días soleados.

El efecto de los sombreados cercanos en los paneles solares

Una vez que un objeto causa sombras en un panel solar, el efecto reduce la potencia de salida de toda la cadena (conjunto de paneles solares configurados en serie) porque la obstrucción reduce la cantidad de fotones que puede absorber el módulo.

Al mismo tiempo, si un panel solar está parcialmente sombreado, la corriente se reduce.

Ahora, si tenemos una cadena de módulos y uno de ellos está parcialmente sombreado, entonces toda la cadena debe reducir su salida de corriente o potencia porque están configurados en serie. Esa es una ley de física que desafortunadamente no se puede evitar.

Ahora, ¿qué sucede exactamente cuando un módulo está sombreado?

Diodos de derivación y paneles solares

Para maximizar la producción de energía en presencia de cortinas, los fabricantes de paneles solares decidieron incluir diodos de derivación en la caja de conexiones (ubicada en la parte posterior del módulo).

Los diodos de derivación son dispositivos electrónicos que actuarán siempre que haya sombreados parciales en un módulo.

Con los diodos de derivación incluidos, el módulo parcialmente sombreado seguirá produciendo electricidad, solo en una cantidad menor.

Dado que los diodos de derivación pueden ser costosos, los fabricantes de paneles solares tienden a agrupar un conjunto de celdas en un solo diodo de derivación y colocar tres diodos de derivación en la caja de conexiones del panel.

¿Los paneles solares funcionarán en la sombra?Fuente: A.Luque y S.Hegedus. “Manual de Ciencia e Ingeniería Fotovoltaica”.

De esa manera, siempre que una esquina o sector del módulo esté sombreado, el diodo de derivación correspondiente bloqueará la producción de ese sector de células, pero aún permitirá la producción de electricidad de los otros dos diodos de derivación. Para comprender mejor este efecto, puede ver este video

Por otro lado, si un panel solar en una cadena de módulos está parcialmente sombreado, los diodos de derivación actuarán para permitir el flujo de corriente desde los otros módulos de acuerdo con la corriente máxima que puede producir el módulo sombreado.

Además, los diodos de derivación también ayudan a evitar la presencia de puntos calientes que pueden dañar severamente los paneles solares.

¿Los paneles solares funcionarán en la sombra?

Fuente: A.Luque y S.Hegedus. “Manual de Ciencia e Ingeniería Fotovoltaica”.

Los diodos de derivación mitigan el impacto de las sombras cercanas en los paneles solares y les permiten seguir produciendo electricidad en presencia de sombras.

Sin embargo, los casi sombreados siguen siendo completamente indeseables para el rendimiento de un sistema fotovoltaico.

Es por eso que su instalador solar debe diseñar el sistema adecuadamente para reducir el impacto de los sombreados, y debe cuantificar las pérdidas de sombreado para que sean inferiores al 10% anual en los programas de simulación.

Soluciones notables en la industria para mitigar el impacto de los sombreados

Para luchar contra escenarios en los que no se pueden evitar los sombreados, la industria ha presentado varias soluciones:

MLPE

Los primeros y quizás los más confiables para escenarios de sombreado son la electrónica de potencia de nivel de módulo (MLPE), como los microinversores de Enphase ,  los optimizadores de potencia de CC de SolarEdge o Tigo Energy, donde la optimización de potencia en cada módulo es independiente. En otras palabras, los sombreados en un panel no afectan a los otros.

Cadena o inversores centrales

Otro factor que debe tenerse en cuenta cuando hay sombreados en la matriz solar es el seguimiento del punto de máxima potencia (MPP).

Cuando los paneles solares están sombreados, la curva I / V de la cadena pierde su forma regular y aparecen dos puntos de potencia máxima en la curva: MPP global y MPP local.

¿Los paneles solares funcionarán en la sombra?Fuente: SMA OptiTrac Global Peak.

Como puede ver en el gráfico anterior, LMPP es más bajo que GMPP.

Los inversores regulares podrían elegir el LMPP como el punto de funcionamiento máximo de la curva porque su rango de búsqueda es limitado.

Sin embargo, las soluciones notables de compañías de inversores como SMA y Fronius maximizan la potencia de salida de la matriz en presencia de sombras seleccionando el punto de operación en GMPP, gracias a la función SMA OptiTrac Global Peak y el Dynamic Peak Manager de Fronius.

Innovación en paneles solares

Otra solución interesante que permite maximizar la producción de energía en presencia de sombras es el diseño de paneles solares de Panasonic.

Los módulos Panasonic HIT N330 / N325 son los únicos en la industria que incorporan 4 diodos de derivación. Esto permite reducir el número de células solares que podrían perder innecesariamente la producción en presencia de sombras, y también maximiza la energía que los otros módulos no sombreados pueden producir también.

¿Los paneles solares funcionarán en la sombra?Fuente: Folleto Panasonic HIT N330-N325

Referencias

https://www.pveducation.org/pvcdrom/modules/hot-spot-heating

https://www.youtube.com/watch?v=SnR5kmqVdZw

https://www.youtube.com/watch?v=bxIi4GiZakE

https://www.youtube.com/watch?v=2OmcKqfM5VI

A. Caminante. “Energía solar: tecnologías y entrega de proyectos para edificios”. John Wiley & Sons, 2013.

A.Luque y S.Hegedus. “Manual de Ciencia e Ingeniería Fotovoltaica”. John Wiley & Sons, Reino Unido, 2011.

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