Tipos de pérdidas en sistemas fotovoltaicos a gran escala

Existen varios tipos diferentes de pérdidas en el sistema solar con diversas causas, como el medio ambiente, el clima y la carga. La mayoría son cuestiones que deben abordarse en la etapa de diseño, mientras que el mantenimiento puede contribuir de alguna manera a limitar esas pérdidas.

Pérdidas de sombreado

Proteger la superficie de los paneles solares de la luz solar directa puede provocar alrededor del 7% de pérdida del sistema. Como las células solares están unidas en grupos, el sombreado de una célula bloquea parte del flujo de energía y afecta la producción del panel completo. Las interrupciones en el flujo también pueden causar puntos calientes, que pueden dañar el panel.

El alcance de la pérdida de sombra está influenciado principalmente por el diseño de la planta; elementos clave como la distancia de inclinación y la ubicación de los paneles para evitar edificios, árboles y otras obstrucciones de luz juegan un papel importante. Pero el mantenimiento regular también puede reducir las pérdidas de sombra al garantizar que los paneles no queden eclipsados ​​por nuevos árboles y plantas u otras estructuras.

Los paneles fotovoltaicos modernos tienen diodos de derivación, lo que permite que la corriente fluya alrededor de las células que pueden quedar bloqueadas por la sombra. Sin embargo, la salida de la celda aún se pierde y los diodos de derivación son propensos a fallar.

Polvo y suciedad

La suciedad causada por el polvo y la suciedad puede promediar alrededor del 2 % de las pérdidas del sistema en lugares donde llueve durante todo el año. Pero en sitios cercanos a centros industriales y en regiones polvorientas con precipitaciones limitadas, las pérdidas podrían alcanzar entre el 6% y el 7%.

El ángulo en el que se inclinan los paneles afecta la acumulación de polvo o nieve, mientras que otras obstrucciones, como los excrementos de pájaros, pueden acumularse con el tiempo y resultar difíciles de eliminar.

El ángulo de inclinación se determina durante la etapa de diseño y se puede ajustar para reducir la acumulación de polvo y suciedad teniendo en cuenta otros factores, como el ángulo óptimo para la absorción de la luz solar y la sombra de las filas adyacentes.  

El mantenimiento es importante para reducir las pérdidas de suciedad, ya que limpiar los paneles cada seis meses puede aumentar la producción entre un 3% y un 5% en promedio, y hasta un 25% en lugares polvorientos. Si bien la lluvia puede eliminar parte del polvo y la suciedad de los paneles, es poco probable que elimine toda la suciedad de la superficie y no sustituye la limpieza regular.

Reflexión

Hay una pérdida de producción de alrededor del 2,5% cuando la luz solar se refleja en las superficies de los paneles en lugar de ser absorbida para generar una corriente. Los diseñadores de paneles solares continúan investigando formas de aumentar la eficiencia reduciendo la reflectividad de la superficie para aumentar la absorción de luz.

En la etapa de proyecto, la elección del panel es una consideración importante para reducir las pérdidas por reflexión. El uso de aditivos de pintura granulares para hacer rugosas las superficies de los paneles o la adición de otro mecanismo para atrapar la luz también puede limitar las pérdidas.

Espectral

Solar cells do not convert all of the light wavelengths the sun transmits. But they are optimized to broadly convert most of the visible light and half the infrared light that hits them, maximizing electrical output. Manufacturers are working on ways to increase light absorption from different wavelengths, but this is difficult to address at the project design stage.

Light-induced degradation (LID) affects a large volume of crystalline silicon cells in the first few days after they are installed due to exposure to sunlight. This can cause losses of 0.5-1.5% but only affects certain module types, making the choice of module an important factor in limiting losses.

Irradiation

La reducción de la irradiación se refiere a los resultados de calificación de las condiciones de prueba estándar (STC). En la vida real, los módulos no funcionarán en las condiciones STC, por lo tanto hay una degradación en la eficiencia cercana al 1,5%.

Térmico

Una de las mayores pérdidas del sistema es causada por las altas temperaturas: por cada 1°C por encima de 25°C, la producción de una célula solar cae un 0,5%. Los investigadores continúan buscando formas de reducir las pérdidas térmicas, como aumentar la circulación del aire.

Los paneles solares híbridos fotovoltaicos-térmicos propuestos están diseñados para enfriar la superficie de la celda con agua y recuperar el calor que generan para su uso en edificios u otras aplicaciones.

Discrepancia de matriz

El desajuste ocurre cuando dos o más paneles producen diferentes niveles de energía, ya sea debido a sombra parcial, diferentes longitudes de cuerdas o ligeras diferencias en las características eléctricas de las celdas. Puede haber discrepancias en cadenas enteras debido a una mala orientación o paneles orientados en diferentes direcciones.

Además, el proceso de fabricación naturalmente presenta ligeras variaciones, ya que no hay dos módulos completamente idénticos. Las células se fabrican con una tolerancia de entre +/-1,5% y +/-5%, por lo que en condiciones reales no producirán cantidades idénticas de energía. Herramientas de modelado como pvDesign de RatedPower, permiten a los usuarios elegir el valor de la calidad de este módulo, así como el desajuste causado por la variación de potencia de estos módulos que originará alguna pérdida eléctrica.

Pérdidas en cables de CC

Las pérdidas causadas por la corriente que fluye a través de los cables de CC no se pueden eliminar, pero sí se pueden minimizar. La resistencia eléctrica hace que el voltaje caiga en los cables cuando fluye la corriente y se pierde energía debido al calentamiento. Cuanto mayor es la corriente, mayor es el efecto de calentamiento y más se convierte en un factor entre las conexiones.

El diseño correcto y el mantenimiento regular de los cables son las principales formas de reducir las pérdidas de energía de los cables de CC. Los diseñadores de sistemas fotovoltaicos utilizan tamaños de cables que limitan las pérdidas a menos del 1% de la producción máxima.

Pérdidas del inversor

Para proyectos solares a escala de servicios públicos tenemos inversores centrales y de cadena. Suelen tener un índice de eficiencia que ronda el 95-98%, pero puede cambiar dependiendo de otros aspectos. Dos de los factores más importantes que afectan la eficiencia del inversor son la temperatura y la carga. Es importante garantizar que los inversores estén bien ventilados y protegidos de la luz solar directa, y los diseñadores de plantas también deben asegurarse de que los inversores estén correctamente adaptados a los paneles y que no sean demasiado pequeños ni demasiado grandes, especialmente si el sistema se ampliará en el futuro. . En promedio, los inversores deberían reemplazarse cada 10 años.

Pérdidas del cable de CA

Al igual que con las pérdidas de CC, las pérdidas del sistema debidas a los cables de CA son inevitables y los diseñadores de proyectos suelen representar pérdidas del 1%. La única forma de limitar las pérdidas en los cables de CA es seleccionando los componentes correctos e instalando tramos de cables del tamaño adecuado y con las longitudes más cortas posibles.

Los ingenieros de planta suponen otro 2-3% en pérdidas por el tiempo de inactividad de los equipos como resultado de fallas o cortes de red. La degradación de los paneles provoca alrededor del 0,8% de pérdidas de energía cada año.