17 marzo 2012

Operación parcialmente sombreada de sistemas fotovoltaicos conectados a red (2ª PARTE)



Ver 1ª PARTE

Se requiere un sombreado muy específico y distribuido sombreado para alcanzar tan alta multiplicación en efecto de sombreado. El beneficio de los diodos de bypass en módulos sombreados llega a ser clara cuando la célula llega a estar adicionalmente sombreada. Cualquier sombreado adicional en la célula, o cualquier otra célula en el mismo grupo no produce reducción en la potencia del módulo o sistema. Una medida útil del impacto relativo del sombreado en un sistema es el Shade Impact Factor (SIF) que es una relación entre la extensión espacial de la sombra en un módulo o sistema, y su reducción de potencia resultante. El factor de impacto de la sombra puede ser representado por:


Donde Psys y Asys son la potencia y área del sistema nominal, Ashade es el área sombreada y Pshade es la potencia producida bajo condiciones sombreadas. Para el peor caso posible considerando que la sombra cubre la mitad de la célula, SIF = 36 debido a que este tamaño de sombra causa una reducción de potencia un 36X más grande que el tamaño relativo que la sombra sugiere. En sistemas donde los diodos bypass de la célula individual están presentes o una sombra se proyecta uniformemente en todas las células, SIF 1.

Todas las células parcialmente sombreadas producen similar potencia a baja irradiancia. Sin embargo, ya que la irradiancia y por lo tanto la corriente del string serie se incrementa, la potencia en las células más sombreadas rápidamente cae. La potencia de un grupo de células eventualmente alcanza cero a alta irradiancia ya que el diodo de protección comienza a conducir corriente. Para un grupo de células conteniendo el 39 % de células sombreadas, la potencia cae a cero a irradiancia > 500 W/m2. Esto mismo es verdad con el 30 % del grupo de células sombreado a > 800 W/m2. Para el 24 % del grupo de células sombreadas, la potencia nunca cae mucho incluso en alta irradiancia. La potencia relativa queda alta para esta condición parcialmente sombreada debido a que la potencia de cargas inversas que se disipa dentro de una célula sombreada al 24 % no es lo bastante grande para originar que el diodo de bypass se encienda. El voltaje del módulo cae, lo cual significa que la célula es cargada inversamente y disipando la potencia en alguna extensión, justo lo bastante como para reducir la potencia de salida a cero.

Ensayo 2 – Obstáculos sombreados cercanos

Un segundo tipo de sombra se aplicó  a la misma configuración.  Dos objetos sombreados opacos diferentes fueron colocados cerca de dos módulos para arrojar una sombra a diferentes horas del día. Una placa plana midiendo 60 cm  x 60 cm fue posicionada a 50 cm al este del último módulo en la disposición. El segundo obstáculo es una tubería de PVC de 4” diámetro fijada en la esquina derecha del fondo de otro módulo en la disposición. El objeto cilíndrico se extiende encima del borde del fondo del módulo por 35 cm. 

Esta configuración se muestra en la figura con la que iniciamos este artículo.

Está claro que una pequeña sombra en dos o tres celdas parcialmente sombreadas lleva a un gran SIF y a una desproporcionada pérdida de potencia. Cuando la sombra de cualquier poste o placa plana cubre una porción mayor del módulo, el factor de impacto de la sombra decrece. Para un módulo cubierto en un 15 – 50 % de su área, el SIF se aproxima a 2. Una sombra que cubre enteramente el módulo tendría el valor SIF = 1.

Simulación de sombras

La estimación del rendimiento PV es más exacto con la incorporación de datos de de sombreado.

Los resultados que se obtuvieron mostraron que el sombreado parcial tenían un impacto desproporcionado en la producción de potencia. Para un simple string sombreado en un sistema fotovoltaico conectado a red, una sombra puede resultar una reducción de potencia  de 30 veces su tamaño físico. Para predecir la pérdida de potencia debida a las condiciones de sombreado, es necesario identificar la ubicación del diodo de bypass en él.

Bibliografía:
  • Partially Shaded Operation of a Grid-Tied PV System. Conference Paper. NREL/CP-520-46001. June 2009. National Renewable Energy Laboratory.

Palabras clave: Shade Impact Factor
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