Hay un interés creciente entre los instaladores, reguladores
y propietarios de sistemas fotovoltaicos en obtener información exacta de los
sistemas fotovoltaicos operando bajo condiciones mismatching. Es mejor eludir
las sombras donde sea posible; pero las instalaciones parcialmente sombreadas
pueden todavía producir energía útil para una porción del día, y el sombreado
generalmente da como resultado una reducción de potencia significativa. Esto es
particularmente verdad para sistemas fotovoltaicos integrados en los edificios
lo cual a menudo requiere la integración de módulos con estructuras existentes
en ambientes urbanos a veces poblados. En el interés de expandir el número de
instalaciones fotovoltaicas en todo el mundo y proporcionar el máximo beneficio
de estos sistemas, es útil considerar en más detalle la pérdida de potencia en
sistemas fotovoltaicos parcialmente sombreados.
Típicamente, los módulos de silicio cristalino contienen
diodos de bypass para prevenir daños por cargas inversas en células
parcialmente sombreadas. Estos diodos se colocan entre las células 12-18 en lo
que se denomina un “grupo” de células. El diodo de bypass a través de este
grupo de células comenzará a conducir a través de este grupo de células antes
de que la potencia disipada en la célula sombreada sea lo bastante grande como
para desarrollar temperaturas peligrosas. Si bien el propósito principal de un
diodo de bypass no necesariamente mejora el rendimiento del módulo bajo
condiciones sombreadas, es un subproducto útil. El diodo de bypass permite a
las corrientes de las partes no sombreadas del módulo pasen por la parte
sombreada, y limita el efecto del sombreado a solo el grupo de células vecinas
protegidas por el mismo diodo de bypass. Cuando un diodo de bypass comienza a
conducir, el voltaje del módulo caerá por la cantidad correspondiente a la suma
de los voltajes de células protegidas por el diodo de bypass más el voltaje adelante del voltaje, pero la
corriente de los grupos no sombreados alrededor continúan alrededor del grupo
de células sombreadas.
El efecto de sombra en la salida de potencia de
instalaciones fotovoltaicas no es lineal de forma que una pequeña cantidad de
sombra en una porción de la disposición puede causar una gran reducción en la
potencia de salida. Por ejemplo, el sombreado completo de una célula en una
disposición causará que el diodo de bypass proteja que la célula empiece a
conducir, reduciendo la potencia del módulo tanto como 1/3 – ½ (dependiendo del
numero de grupos de células en el módulo.
Configuración y
resultados
Un string serie de 10 módulos de Si Pv cristalino se monta en
con una potencia de 165w por módulo conectados en serie a un inversor de red
SMA 1800U que proporciona un rastreo de potencia pico para el string de 10
módulos. Cada módulo PV consiste en 3 grupos de 18 células, y cada grupo de
células se protege por un diodo bypass. Los módulos particulares usados en le
experimento comprendieron dos series de 5 módulos emparejados, cada uno con un
revestimiento superior antireflexivo diferente. Hay algunas diferencias en
producción de potencia de los módulos debido a diferentes revestimientos
superiores, pero el efecto se encontró despreciable excepto muy temprano o
tarde en el día cuando los datos no se consideraban en modo alguno. Hay algunas
diferencias en la producción de potencia de los módulos debido a diferentes
revestimientos superiores, pero el efecto se encontró despreciable excepto muy
al principio o al final del día cuando los datos no se consideraron en modo
alguno.
El rendimiento del sistema y los voltajes del módulo
individual se registraron por transductores de voltaje y corriente conectados a
un Campbell Scientific datalogger. La irradiancia adicional plane-of-array (POA) irradiance is measured by
Kipp & Zonen and Li-Cor pyranometers. La cinta de calor envuelta
alrededor del piranómetro Li-cor limita nieve y hielo acumulado. Una cámara
digital automáticamente registra la extensión de la sombra en los módulos a lo
largo del día, y los termopares miden las temperaturas del módulo.
Ensayo 1 –
Sombreado directo de módulos
La disposición de una configuración de string simple es
rastreada por potencia pico a lo largo del día por un inversor de red. El
voltaje del módulo individual es registrado con la corriente del string serie.
La sombra parcial se introduce en varios módulos aplicando una cinta opaca
directamente al módulo. El impacto del sombreado parcial viene determinado por
la comparación del voltaje de los módulos sombreados con un módulo de control
no sombreado. El impacto del sombreado parcial viene determinado por la comparación
del voltaje del módulo sombreado con un módulo de control. Debido a que la
corriente es continua en este string simple, una caída en la potencia del
módulo es proporcional a una caída en el voltaje del módulo. Sólo un grupo
simple de células en cada módulo es sombreado en este experimento, por lo tanto
el voltaje del módulo caerá hasta 1/3 cuando uno de tres diodos de bypass
comienza a construir.
La mitad de los módulos son elegidos como candidatos para el
sombreado. Una célula por módulo es sombreada con una cinta opaca en la
cantidad de 10 %, 16 %, 20 %, 24 %, 31 %, 35 5, o 39 % del área de célula.
Veinticinco células diferentes fueron sombreadas en total en cada uno de estos
niveles de sombreado para proporcionar una distribución del efecto de
sombreado. La producción de potencia relativa del grupo de células es
determinada por el voltaje de salida del módulo sombreado relativo a un módulo
de control no sombreado. Los datos son solamente considerados de días de sol
dentro de intervalos de colección de datos de 3 semanas, mientras la irrradiancia
es mayor que 400 W/m2.
Los resultados obtenidos mostraron que la producción de
energía relativa del grupo sombreado de células decrece significativamente
cuando un 25 – 40 % de una célula simple es sombreada. Cualquier cobertura de
sombreado mayor que un 40 % de la célula
resulta en la reducción total de la producción de energía del string de las 18
células. Una pérdida de potencia enorme ilustra un escenario en el peor caso en
la reducción desproporcionada de potencia de una pequeña sombra. Esta enorme
pérdida ilustra el peor escenario en la reducción desproporcionada de una
producción de energía del string de 18 células. La mitad del sombreado en una
sola célula niega toda la potencia producida por 18 células en el grupo del
diodo de bypass. Por lo tanto, la reducción en la potencia de la mitad del
sombreado de una célula es equivalente a quitar un área activa de célula 36
veces el tamaño actual de la sombra.
Ver 2ª PARTE
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