Los sistemas fotovoltaicos solares se componen de una serie de paneles solares conectados en matrices dependiendo de la demanda de energía eléctrica de cada uno de esos paneles, que a su vez, están compuestos por muchas células fotovoltaicas solares que son las unidades esenciales involucradas en la captura de energía del sol y convertirlas en electricidad. Ahora, si una sombra cae solo en una parte del panel solar en su matriz, la salida del sistema completo puede verse potencialmente comprometida, esto puede referirse al sombreado de los paneles fotovoltaicos.

Imagen que muestra la diferencia en la salida del panel solar sombreado y no sombreado

Para un mejor entendimiento

Considere una cadena de paneles como una pieza de tubería, y la energía solar es como el agua que fluye a través de esa tubería. En las cuerdas solares convencionales, una sombra es algo que bloquea ese flujo. Si, por ejemplo, la sombra de un árbol o una chimenea cae uno a uno en todos los paneles dentro de la cuerda, la salida de la cuerda completa se reduce a casi cero mientras la sombra permanezca allí. Sin embargo, si hay una cadena separada y sin sombrear, esta cadena aún puede producir energía como de costumbre.

Representación gráfica del efecto del sombreado en el sistema solar.

¿Cuáles son los factores que provocan el sombreado?

Sombreado, típicamente causado por las nubes, obstrucciones ambientales como casas de campo o edificios cercanos, auto-sombreado entre paneles en filas paralelas, suciedad, polvo y otra basura como gotas de pájaros, etc. nubes en movimiento.

¿Cómo afecta el rendimiento del sistema de energía solar?

Los paneles solares están conectados en combinación serie-paralelo dependiendo del rango de voltaje de entrada del inversor. Si la sombra de un árbol o de una chimenea cae incluso en un panel de la cuerda, la salida de toda la cuerda será casi cero durante el período de sombra. Esto se debe a que los paneles se conectaron juntos de tal manera que la salida se reduce a un nivel de corriente que pasa a través del panel más débil. Si hay una cadena separada y sin sombrear, seguirá convirtiendo las potencias de salida como de costumbre. El impacto de la sombra en todo el sistema depende de cómo se conectan los paneles.

¿Cómo abordar el problema del sombreado?

• Posicionamiento de sistemas fotovoltaicos

Antes de instalar un sistema fotovoltaico solar, debe hacer un análisis cuidadoso del sitio considerando todas las horas del día para todas las estaciones del año para evitar la sombra. También se debe considerar un árbol o edificio en crecimiento cercano que pueda surgir en el futuro antes de finalizar la ubicación del sistema fotovoltaico.

• Diodo de derivación

Diodos de derivación para reducir el efecto de sombreado

Los efectos destructivos del calentamiento de puntos calientes pueden evitarse mediante el uso de un diodo de derivación. Un diodo de derivación está conectado en paralelo, pero con polaridad opuesta, a una celda solar como se muestra a continuación. En funcionamiento normal, cada celda solar tendrá polarización directa y, por lo tanto, el diodo de derivación tendrá polarización inversa y será efectivamente un circuito abierto. Sin embargo, si una celda solar tiene polarización inversa debido a un desajuste en la corriente de cortocircuito entre varias celdas conectadas en serie, entonces el diodo de derivación conduce, lo que permite que la corriente de las celdas solares buenas fluya en el circuito externo en lugar de polarizar hacia adelante cada una. buena celda. La polarización inversa máxima a través de la celda pobre se reduce a aproximadamente una caída de diodo, lo que limita la corriente y evita el calentamiento de puntos calientes. El funcionamiento de un diodo de derivación y el efecto en una curva IV se muestran en la siguiente animación.

Flujo de corriente para dos celdas en serie y efecto de un diodo de derivación. La animación progresa automáticamente de una condición a otra.

El efecto de un diodo de derivación en una curva IV se puede determinar encontrando primero la curva IV de una sola célula solar con un diodo de derivación y luego combinando esta curva con otras curvas IV de células solares. El diodo de derivación afecta a la célula solar solo en polarización inversa. Si la polarización inversa es mayor que el voltaje de rodilla de la celda solar, entonces el diodo se enciende y conduce la corriente. La curva IV combinada se muestra en la siguiente figura.

Curva IV de célula solar con diodo de bypass.

Prevención del calentamiento de puntos calientes con un diodo de derivación. Para mayor claridad, el ejemplo utiliza un total de 10 celdas con 9 sin sombrear y 1 sombreada. Un módulo típico contiene 36 celdas y los efectos del desajuste de corriente son aún peores sin el diodo de derivación, pero son menos importantes con el diodo de derivación. La animación se mueve automáticamente. No es necesario hacer clic para continuar.

En la práctica, sin embargo, un diodo de derivación por célula solar es generalmente demasiado caro y, en cambio, los diodos de derivación se colocan generalmente en grupos de células solares. El voltaje a través de la celda solar sombreada o de baja corriente es igual al voltaje de polarización directa de las otras celdas de la serie que comparten el mismo diodo de derivación más el voltaje del diodo de derivación. Esto se muestra en la siguiente figura. El voltaje a través de las celdas solares sin sombra depende del grado de sombreado en la celda de baja corriente. Por ejemplo, si la celda está completamente sombreada, entonces las celdas solares no sombreadas estarán polarizadas hacia adelante por su corriente de cortocircuito y el voltaje será de aproximadamente 0.6V. Si la celda pobre solo está parcialmente sombreada, parte de la corriente de las celdas buenas puede fluir a través del circuito, y el resto se usa para desviar hacia adelante cada unión de la celda solar, lo que provoca un voltaje de polarización directo más bajo en cada celda. La disipación de potencia máxima en la celda sombreada es aproximadamente igual a la capacidad de generación de todas las celdas del grupo. El tamaño máximo de grupo por diodo, sin causar daños, es de aproximadamente 15 celdas / diodo de derivación, para celdas de silicio. Para un módulo normal de 36 celdas, por lo tanto, se utilizan 2 diodos de derivación para garantizar que el módulo no sea vulnerable a" hot-spot" daño.

Bypass de diodos a través de grupos de células solares. El voltaje a través de las celdas solares sin sombra depende del grado de sombreado de la celda deficiente. En la figura anterior, se muestra 0.5V arbitrariamente.

• Inversor de cadena con capacidad de seguimiento MPP

La tecnología de seguimiento del punto de máxima potencia (MPP Tracking o MPPT) es ahora un estándar entre los fabricantes de inversores de cadena. Los inversores de cadena con MPP Tracker pueden extraer la mayor cantidad de energía posible de una cadena de paneles solares (incluso cuando están a la sombra) ajustando el voltaje de entrada. En pocas palabras, un MPP Tracker ayuda a minimizar las pérdidas de salida asociadas con el sombreado parcial y otros desajustes de salida. Los inversores sin tecnología MPPT pierden la salida de la cadena más débil cuando pasa por debajo del umbral de salida deseado.

• Microinversores y optimizadores de potencia

Tanto los microinversores como los optimizadores de potencia se utilizan para superar el problema del sombreado parcial. Permite que cada panel solar funcione individualmente para que la producción de energía del sistema no se vea afectada de manera desproporcionada por solo uno o dos paneles sombreados.

Diferentes tipos de cortinas solares.

Existen diferentes tipos de cortinas solares, dependiendo de los objetos que crean la sombra.

Sombreado temporal

El sombreado temporal incluye el sombreado que es el resultado de nubes, excrementos de pájaros, polvo u hojas caídas.

Sombreado resultante del edificio

Las sombras resultantes del edificio son fundamentales, ya que implica sombras directas. Ejemplos de este tipo de sombreado son chimeneas, conductores de iluminación, antenas parabólicas, antenas, salientes de techos y fachadas, estructuras de edificios desplazadas, superestructuras de techos, solo por nombrar algunos.

Sombreado de la ubicación

La sombra de la ubicación proviene de los alrededores del edificio. Puede haber árboles o arbustos, cables que corren sobre los edificios, edificios vecinos o edificios distantes que también podrían causar el oscurecimiento del horizonte.

Auto sombreado

Con los sistemas de montaje en bastidor, el sombreado automático de los módulos puede deberse a la fila de módulos. En estos casos, es necesario optimizar la inclinación y la separación entre las filas de módulos.

Sombreado directo

El sombreado directo puede causar grandes pérdidas de energía ya que la proximidad al objeto que proyecta la sombra impide que el panel solar fotovoltaico capte la luz.