Inversores Híbridos

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Sistemas de almacenamiento:
Posibles configuraciones

Se pueden implementar sistemas de almacenamiento con baterías tanto en instalaciones fotovoltaicas ya existentes como en las de nueva construcción.

Previamente a pasar a estudiar las posibles configuraciones de sistemas de almacenamiento, vamos a definir una serie de conceptos.

Instalación de Autoconsumo Híbrida. Es aquella que dispone de diferentes fuentes energéticas para la producción eléctrica. Segun su origen, pueden ser; solar (fotovoltaica), eólica (aerogeneradores) y la hidráulica (turbinas).

Inversor Híbrido. Al incorporar baterías a un sistema fotovoltaico de autoconsumo es necesario incorporar un dispositivo que gestione su carga y descarga. Este elemento en instalaciones aisladas se denomina regulador de carga y en instalaciones conectadas a red inversor-cargador  . Por otro lado, tenemos el inversor fotovoltaico   que se conecta a los paneles y convierte la DC en AC. Cuando ambas funciones se integran en una sola unidad, se denomina inversor híbrido .

Acoplamiento en AC. Son instalaciones donde encontramos dos inversores independientes. Por un lado tenemos el inversor fotovoltaico   conectado a los paneles fotovoltaicos, y por otro, el inversor-cargador  de baterías conectado a la red de alterna AC, que es el encargado de convertir la corriente alterna (AC) en corriente continua (DC) necesaria para las baterías -recordemos que las baterías funcionan en corriente continua- y de gestionar su carga y descarga.

Acoplamiento en DC. En esta configuración solamente se dispone de un único inversor híbrido  que integra las funciones de conexión con los paneles para convertir la corriente DC en AC,  y la de carga-descarga de la batería. Además de posibilitar la carga de las baterías por medio de los paneles fotovoltaicos y la descarga hacia la instalación consumidora, permite cargar las baterías desde la red si fuese interesante (en períodos horarios de reducido coste). 

ACOPLADO EN AC

El sistema Acoplado en AC preserva la configuración existente fotovoltaica.

El inversor y la batería son elementos independientes y normalmente de diferentes fabricante. Esto permite una mayor versatilidad a la hora de dimensionar y configura el sistema.

El inversor de batería y el inversor fotovoltaico son dos equipos diferentes, por tanto, la potencia disponible en las cargas podrá llegar a ser la suma de ambas.

ACOPLADO EN AC All-in-One

El modo Acoplado en AC All-in-One es una configuración que también mantiene la instalación fotovoltaica existente. La diferencia respecto al anterior es que el inversor y la batería se disponen de forma compacta en una única entidad.

Igualmente,  la potencia disponible en las cargas podrá llegar a ser la suma de ambas.

Al ser un sistema compacto, el coste puede ser inferior al sistema Acoplado en AC, ya que tendremos menos elementos adicionales (cableado, protecciones…) y menos coste de instalación.

ACOPLADO EN DC

En el Acoplamiento en DC, la gestión de la batería se encuentra integrada con la instalación fotovoltaica.

El inversor y la batería son dispositivos independientes y en la mayoría de los casos de fabricantes diferentes,.

El inversor controla la producción de los paneles y la carga-descarga de la batería, por lo que su eficiencia es superior a los sistemas acoplados en AC.

Además, la instalación se simplifica así como los costes de instalación.

ACOPLADO EN DC All-in-One

En la configuración Acoplamiento en DC All-in-One, la batería se encuentra totalmente integrada con la instalación fotovoltaica.

Al ser un único elemento, el soporte y las garantías se concentran en un único fabricante, lo que puede favorecer la respuesta ente posibles incidencias.

El sistema más eficiente de los cuatro en cuanto a rendimiento, ya que las conversiones DC⇔AC se reducen y las pérdidas por cableado y acoplamiento entre inversor y baterías se minimizan.

Funciones adicionales Inversores Híbridos

Los inversores híbridos tienen la capacidad de gestionar la producción paneles fotovoltaicos, la carga y descarga de las baterías y, adicionalmente, pueden llegar a gestionar determinadas cargas de consumo, ya que conocen el estado de la instalación mediante los datos que le proporciona el medidor situado en cabecera de la instalación.

BACKUP CARGAS CRITICAS
Los inversores disponen de una conexión adicional que permite a cargas tales como climatizadoras, aparatos electrónicos, lámparas, ordenadores y otros dispositivos críticos se pueden alimentar cuando se produzca un fallo de la red.

El sistema conmuta automáticamente al modo backup en pocos milisegundos, alimentando la carga directamente desde la batería o de la propia instalación FV.

En función de fabricante, las soluciones tecnologicas empleadas para esta funcionalidad se diferencian en pequeños detalles de conexión y operativa.

En el caso de la figura, los inversores híbridos GEN24 de Fronius, disponen de una salida de emergencia, denominada PV-Point, que solamente se activa en caso de fallo de la red. Por otro lado, la función Full-Back-Up la ofrece controlando un contactor que aisla la instalación de la red antes de suministrar energía a las cargas.

AJUSTE POTENCIA CONTRATADA
Ajustando los tiempos de carga y descarga, la batería puede cargarse utilizando la red cuando las tarifas son más bajas y proveer de energía a las cargas en las horas pico de máxima demanda de potencia (adecuándose a reglamentación existente). De esta forma se podría bajar la potencia contratada y reducir con ello la factura eléctrica.

Gestión Excedentes Fotovoltaica

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Optimización de Excedentes en Instalaciónes FV de Autoconsumo.

En el artículo anterior ¿Dónde están mis kilovatios? hemos podido ver que una correcta gestión de los excedentes de una instalación fotovoltaica de autoconsumo es fundamental para conseguir unos altos niveles de independencia energética y una reducción de los períodos de retorno de la inversión.

En este artículo, vamos a tratar diferentes estrategias que se pueden implementar con el fin de mitigar ese efecto, y de esa forma, permitir el máximo rendimiento a nuestra instalación de autoconsumo.

Desde la forma más básica -y sin coste adicional- que consiste en tratar de desviar los consumos eléctricos a aquellas franjas horarias en las que tenemos radiación (produción), pasando por elementos muy sencillos de gestión de excedentes para calentamiento de Agua Sanitaria, la integración con Bombas de Calor y finalmente, como solución más completa, el acoplamiento de Baterías.

ESTRATEGIAS OPTIMIZACIÓN
Superponiendo en una gráfica, como la de la figura, las curvas de producción de un sistema fotovoltaico y de consumo eléctrico se puede observar que hay un profundo desacople. Esto ocurre sobre todo en el ámbito Residencial.

Sin embargo, en la industria ambas curvas se solapan obteniéndose unos muy buenos resultados de autoconsumo y autarquía. Es por ello, que las instalaciones fotovoltaicas de autoconsumo son tan interesantes en la Industria y el sector Terciario. 

Se tiene que en los períodos de mañana y noche el edificio va a demandar un suministro de la red, ya que la generación por parte de la instalación fotovoltaica se produce durante el mediodía. En este franja horaria se tendrá, por tanto, un excedente que se verterá a la red.

Aunque la normativa actual de autoconsumo derivada del RD 244 permite el vertido y una compensa económica en el término de energía en la factura eléctrica, como hemos visto en el artículo ¿Dónde están mis kilovatios?, el mecanismo de compensación no es muy ventajoso para el usuario consumidor.

Para paliar, o al menos reducir, este efecto tenemos que idear alguna estrategia.

Aunque afortunadamente, el Sol sale todos los días describiendo la misma trayectoria dependiendo de la estación del año, por razones obvias la curva de producción no la podemos desplazar, así que tendremos que actuar sobre los hábitos y/o sobre la instalación de consumo.

Como hemos mencionado, la optimización pasaría, por una lado, con la modificación de los hábitos de consumo. Esto lo podemos efectuar de forma manual, es decir, poniendo en marcha aparatos de consumo eléctrico (lavadora, secadora..) cuando veamos que tengamos excedente de generación, o bien, ayudándonos de dispositivos que realicen dicha función de forma automática y óptima por nosotros. A este método lo hemos denominado «ADECUAR DEMANDA A PRODUCCION».

La otra manera de conseguirlo pasaría con poder guardar o almacenar ese excedente y reutilizarlo cuando fuese necesario. En este caso, tendremos que hacer uso de baterías químicas como elemento de dicho almacenamiento. En este sentido, el sector del almacenamiento en baterías ha sufrido un fuerte desarrollo y crecimiento, debido en gran parte el VE, lo que hace que su relación coste/prestaciones sea cada vez más interesante. Denominamos «ALMACENAMIENTO EN BATERIA» a esta otra estrategia.

A continuación vemos las tres estrategias que vamos a tratar en este post. Evidentemente, hay muchas más posibilidades, pero en la actualidad entendemos que debido a su coste y desarrollo tecnológico son las más interesantes a considerar.

CONTROLADOR SURPLUS

Se trata de un dispositivo que es capaz de determinar en todo momento la energía excedentaria de la instalación y «desviar» dicha cantidad hacia una resistencia eléctrica ubicada en un depósito de Agua Caliente (termo eléctrico). Lo realmente interesante de este equipo, es que es capaz de modular la potencia que se aporta a la resistencia eléctrica en función del excedente.

Son equipos muy sencillos de instalar, económicos y realmente interesantes.

BOMBA DE CALOR

La bomba de calor es una máquina termodinámica que es capaz de transportar energía de un ambiente a otro de forma muy eficiente y con muy poco consumo energético. Es el fundamento de lo que normalmente denominamos climatización, aerotermia o geotermia. Todos estos equipos, tienen el mismo principio de funcionamiento.

Al funcionar con energía eléctrica, veremos que podemos forzar en poner a  trabajar a estos equipos con los excedentes de la instalación eléctrica, resultando así un calentamiento o enfriamiento totalmente gratuito.

BATERIAS

La otra estrategia de optimización, consiste en almacenar la energía sobrante para poder utilizarla en los momentos de demanda. Las baterías han protagonizado un enorme desarrollo y crecimiento, proporcionando en la actualidad una alternativa muy interesante.

Además, con la llegada del vehículo eléctrico (VE) -el verdadero causante de su fuerte desarrollo-, las baterías asociadas a las instalaciones fotovoltaicas proporcionan una gestión, optimización y ahorro enormemente importantes.

ADECUACION DEMANDA A PRODUCCION
CONTROLADOR SURPLUS
Los controladores Surplus son dispositivos que detectan el excedente de energía que se puede estar vertiendo a la red por parte de la instalación fotovoltaica y son capaces de redirigirlo automáticamente a una carga eléctrica (resistiva).

El sistema consta de dos elementos:

 Sensor o módulo de medición (Medidor). Se instala, como se puede observar en la imagen, entre el contador de compañía y el cuadro general para que sea capaz de determinar si nuestro edificio esta consumiendo o exportando energía y en qué cantidad.

 Módulo de control (Controlador), que recibe la información del módulo de medición, y en función de cómo es el flujo de energía es capaz de activar determinadas cargas eléctricas. Lo más habitual es utilizarlo para activar una resistencia eléctrica en un acumulador (depósito) de Agua Caliente Sanitaria.

La conexión entre Controlador y Medidor puede ser cableada o, en algunos modelos, como el de la imagen de modo inalámbrica. 

El funcionamiento es el siguiente:

El Controlador  se encuentra en todo momento recibiendo información por parte de Medidor  de la situación en la que se encuentra el flujo de energía eléctrica. En el momento en que detecta un excedente de energía (aprox. a partir de 70W), comienza a enviar esa energía a la Resistencia Eléctrica que tiene conectada.

Lo verdaderamente interesante de este sistema es automáticamente va ajustando (modulando) la energía que envía a la salida (resistencia) en función de el excedente. Es decir, no es que active una salida tipo relé al cumplirse un determinado nivel de excedente como lo pueden llegar a realizar directamente algunos inversores fotovoltaicos.

El muestreo que efectúa el controlador cada pocos segundos, lo que posibilita un ajuste preciso.

La potencia de la carga que puede gestionar el controlador puede ser de 3,5kW. Además, algunos modelos permiten gestionar dos salidas independientes. La primera normalmente se conecta a una resistencia eléctrica de inmersión como hemos visto, y la otra puede ser conectada a otra carga resistiva como puede ser un Radiador Eléctrico .

Son equipos sencillos de montar y configurar y con un coste muy reducido.

También son aconsejables para instalarlos junto con sistemas de Aerotermia, ya que estos equipos casi siempre van acompañados de un acumulador de ACS. En dichos depósitos se puede colocar una resistencia gestionada por este controlador que, aprovechando los excedentes, hará que el compresor de la Aerotermia entre en funcionamiento un menor número de veces lo que alargará su visa útil.

 

BOMBA DE CALOR
Las bombas de calor, y en concreto la versión Aire-Agua, es decir, la Aerotermia está teniendo un enorme crecimiento debido a su excelente rendimiento. Además, la normativa encaminada a reducir las Emisiones de CO2, Consumo Energético e incremento de utilización de Energías Renovables hace que este tipo de tecnología sea probablemente el idóneo para conseguir dichos objetivos.

La aerotermia hace posible que el 70% de la energía necesaria para calentar o enfriar los edificios se extraiga del aire  y, por tanto, sea gratuita. El otro 30% restante es consumo eléctrico, causado por el equipo (compresor, ventilador…). Es precisamente ese consumo eléctrico el que podemos gestionar y hacer que se consuma prioritariamente cuando haya excedente energético en el caso de contar con una instalación fotovoltaica de autoconsumo.

A modo orientativo, almacenar 300l de agua a 55ºC supone del orden de unos 14kWh. El consumo de una resistencia eléctrica serían esos 14kWh, sin embargo utilizando bomba de calor solamente se consumirían alrededor de 3,5kWh.

Combinar un sistema fotovoltaico con una bomba de calor Smart puede hacer adaptar los consumos con los patrones de generación del sistema fotovoltaico.

Hay fabricantes como Viessmann, Vaillant, Daikin que han desarrollado su propio sistema de gestión más o menos avanzado que  emparejan de los sistemas fotovoltaico y bomba de calor.

La optimización se consigue a través de la bomba de calor. El excedente solar puede almacenarse en forma de energía térmica disponible cuando se requiere. Esto se consigue haciendo subir la consigna de Agua Sanitaria, es decir, hacer trabajar la aerotermia para subir la temperatura de acumulación algo más de lo habitual cuando la energía es gratuita.

De la misma forma podemos hacer que la temperatura de un posible depósito de inercia suba (modo calor) o baje (modo frío) por encima de las consignas.

El uso de la energía solar mientras está disponible en excedente, hace aumentar el nivel de autoconsumo y de autarquía. Gracias al aumento apuntado en el proporción del consumo propio, la viabilidad económica del sistema fotovoltaico es mayor.

Estos equipos pueden ser provechosos siempre y cuando el posible sobrecoste no sea muy elevado. Aunque es de suponer que poco a poco los fabricantes irán añadiendo estas funcionalidades casi de serie.

De la misma forma que el controlador surplus, para la gestión del excendente es necesario colocar un medidor de energía. Aunque hay modelos que esta información la pueden llegar a tomar directamente del inversor. Esta tecnología de integración se encuentra en continuo desarrollo con mayor número de  opciones y funcionalidades.

ALMACENAMIENTO EN BATERIA
BATERIAS
El almacenamiento electro-químico en instalaciones FV responde a la necesidad de usar energía limpia, barata y renovable cuando no existe radiación.BatteryTeniendo en cuenta que la electricidad es el tipo de energía más flexible y eficiente en el ámbito domestico e industrial, el almacenarla para usarla directamente como fuente de electricidad hace a las baterías enormemente interesantes.
Como hemos visto, el desacople de las curvas de consumo y generación eléctrica, hace aconsejable la implementación de sistemas de almacenamiento de esa energía. Los sistemas anteriores; controlador de excedentes y bomba de calor, permiten almacenar el excedente por métodos térmicos, es decir, calentando agua a una consigna superior a la habitual para aprovecharla posteriormente.

En esta sección vamos a ver otra alternativa de almacenamiento denominada almacenamiento electro-químico, lo que conocemos por baterías.

No vamos a explicar su principio de funcionamiento ni las diferentes tecnologías existentes en la actualidad. Orientamos esta sección en detallar las ventajas que ofrece este tipo de almacenamiento.

VENTAJAS DEL ALMACENAMIENTO EN BATERIAS

AUTOCONSUMO ⇑

Incrementa el nivel de autoconsumo producido por la planta fotovoltaica. Se pueden lograr valores entre un 80-90% comparados con los 20-30% de una instalación sin baterías. Este factor hace referencia al nivel de aprovechamiento directo de la energía eléctrica generada. De esta forma, los excedentes se minimizan.

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FACTURA ⇓

Se produce una importante reducción de la factura eléctrica. Además, nos protegemos ante la volatilidad del sistema eléctrico. Si además lo podemos aprovechar para la recarga de VE, el ahorro pasará a ser de mayor envergadura ya que nos permite hacer una gestión mucho más eficiente de la instalación

AUTARQUIA ⇑

La Autarquía define en nivel de independencia en términos de consumo eléctrico. Representa, a nivel porcentual, la relación  entre la energía obtenida de la instalación FV con respecto al consumo eléctrico total del edificio. Es el factor verdaderamente importante, y que se debería de analizar en los estudios previos a nivel de previsiones.

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GARANTIA ⇑

La alta tecnología empleada en los equipos de almacenamiento actuales, como las baterías de Litio de Alto Voltage, que además de eliminar el inconveniente del efecto memoria ha conseguido una gran densidad de almacenamiento (kWh/volumen) permitiendo ofrecer garantias de más de 10.000 ciclos de carga y hasta 25años en algunos modelos.

¿ Dónde están mis Kilovatios ?

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Compensación de Excedentes en Instalaciónes FV de Autoconsumo.

Tomando como base una instalación fotovoltaica de autoconsumo CON excedente, vamos a realizar un estudio del mecanismo de compensación.

En esta configuración,  existe un único consumidor asociado a la instalación en autoconsumo que, mientras tenga demanda, utilizará toda la energía producida por la instalación  fotovoltaica en cada momento.

En aquellos momentos en que no precise utilizar toda la energía producida por la instalación de autoconsumo, los excedentes se volcarán a la red de distribución/transporte y se compensarán al final del mes.

¿ CÓMO FUNCIONA LA COMPENSACIÓN ?

En aquellos períodos , en los cuales el consumo eléctrico sea igual al de la producción fotovoltaica, el consumidor no necesita tomar (comprar) energía de la red, de forma que se utilizará toda la energía generada por la instalación de autoconsumo. Este estado es muy poco probable que se dé, ya que por regla general simpre habrá un diferencial entre producción y consumo.

En las horas en las cuales el consumo sea inferior a la energía generada, la energía sobrante se volcará a la red como excedente.

Por otro lado,  habrá horas en que el consumo sea superior a la generación y, por tanto, se deba consumir energía de la red (comprar).

A final del periodo de facturación (mensualmente), la distribuidora lee el contador de suministro bidireccional que registra tanto la energía consumida como la energía excedentaria vertida a la red.

La distribuidora proporciona a la comercializadora toda la información de la lectura necesaria para realizar la compensación y la factura.

A la hora de realizar la facturación, la comercializadora valorará la energía comprada a la red (a precio PVPC o a precio de mercado libre según el contrato de suministro que tenga el consumidor), y le restará el valor de la energía vertida a la red como excedente (a precio de mercado menos los desvíos o al precio acordado con la  comercializadora también según sea el contrato de suministro del consumidor).

Es importante resaltar que, aunque la factura sea mensual, el cálculo de energías, que se vierten a la red o bien se consumen de ella, se realiza en períodos de una hora a lo largo de todo el mes.

EXCEDENTE

Cuando el consumo eléctrico es inferior a la producción de la instalación fotovoltaica, la energía excedentaria es vertida a la red de distribución. Es una situación muy habitual en instalaciones residenciales en días laborables.

CONSUMO DE LA RED

Si el consumo eléctrico es superior a la producción fotovoltaica, bien sea porque la potencia consumida en ese momento sea superior a la máxima capacidad de producción o por la climatología (nubes), se hace necesario consumir energía de la red.

SIN PRODUCCION

En aquellos períodos donde no hay producción eléctrica por parte de la instalación fotovoltaica, el consumo se abastece totalmente de la red de distribución. Siempre y cuando no se tenga una instalación adicional de acumulación (baterías).

CURVAS DE CONSUMO Y PRODUCCION SOLAR

En el ámbito residencial, los consumos de energía dependen mucho de los hábitos y usos de los usuarios.

La curva de consumo diaria típica presenta una forma como el de la siguiente figura, con un consumo matinal, seguido de otro pico durante el mediodía y, por ultimo, una mayor demanda por la tarde-noche.

Sin embargo, la producción eléctrica de la instalación fotovoltaica se obtiene básicamente entre las 10h y las 17h, dependiendo de la estación del año. En verano, al tener más horas de sol, se tendrá una curva más ancha, y en invierno, lógicamente, será más estrecha.

CALCULO COMPENSACION 

Para el cálculo de la parte correspondiente a energía en la factura eléctrica, se realiza restando del montante de energía consumida multiplicada por el valor unitario asignado de la parte vertida debida al excedente multiplicado por su valor.

Efacturada (€) =  Econsumida(kWh) x Preciocompra(€/kWh) – Evertida(kWh) x Precioexcedente(€/kWh)

Hay que tener en cuenta que el precio de compra es muy superior al que se valora el excedente. Aproximadamente, el precio de compra ronda los 15c€/kWh y el de excedente a 5c€/kWh.

El cálculo se realiza por cada una de las horas del día y se computa mensualmente, no siendo posible un resultado final negativo. Es decir, que si durante un mes el término correspondiente a la energía vertida es superior a la consumida, el concepto de energía en factura será nulo.

En aquellos días en los que la producción fotovoltaica es sustancialmente superior al consumo -como se aprecia en la figura anterior- el cálculo es bastante sencillo ya que en prácticamente todos los períodos (horas) se tendrán Excedentes o Consumos.

Sin embargo, en los días donde tanto la producción como el consumo eléctrico presentan máximos alternos en períodos inferiores a una hora, el cálculo que se realiza para determinar la factura arroja resultados que pueden nos pueden llegar a sorprender. De ahí el título del post ¿dónde están mis kilovatios?smile

Tomamos los datos de un día de una instalación real, cuya curva de carga se puede ver en la imagen.

De la curva de carga diaria hemos recogido los datos de consumo y producción en períodos de 5 minutos de una hora determinada (desde las 11:00h hasta las 12.00h).

Con los datos de consumo de cada uno de esos períodos, calculamos la energía exportada y consumida de la red. En el total del período (1hora) se tiene que:

Energia vertida a la red: 316W.

Energía consumida de la red: 449W.

PRODUCC.
CONSUMO
EXCED.
RED
11:00
677
350
327
11:05
1077
454
623
11:10
1196
312
884
11:15
864
1965
1101
11:20
1063
1844
781
11:25
1032
486
546
11:30
950
395
555
11:35
743
1769
1026
11:40
714
1863
1149
11:45
573
1899
1326
11:50
784
311
473
11:55
921
537
384
kWh
(11↔12h)
316
449

 

 

 Esta diferencia es debida a dos factores:

1) El cómputo se realiza hora a hora.

2) El precio de la energía vertida debido al excedente es diferente al de compra.

Afortunadamente, esta circunstancia se produce durante pocas horas de funcionamiento de la instalación al cabo del año.

Para poder evitarlo, podemos adoptar diferentes estrategias a fin de minimizar los excedentes como pueden ser; instalar dispositivos de gestión de excedentes, baterías… pero esto lo veremos en otros posts.

Calidad de los paneles Fotovoltaicos – Parte 3

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Garantía.

Una manera de poder estimar la calidad de los paneles fotovoltaicos es estudiar la garantía que ofrece el propio fabricante.

Veremos que hay dos tipos de garantías:

Garantía de producto.

Garantía de producción.

Conviene mencionar que los períodos de garantía que ofrecen los fabricantes sobre productos relacionados con el sector fotovoltaico son muy superiores a los de cualquier otro producto el mercado, llegando a hasta los 25 años.

GARANTIA DE PRODUCTO

La garantía de producto es aquella en la cual el fabricante garantizada la integridad del producto. Es decir, cubre cualquier deficiencia de fabricación estructural, eléctrica, desgaste prematuro de materiales…

En la actualizadad, la garantía de producto de los diferentes fabricantes van desde los 10 hasta los 25 años.

Resulta obvio que es muy importante analizar la entidad, prestigio, experiencia y trayectoria de la empresa o fabricante que ofrece dichas coberturas tan importantes.

La empresa instaladora, por norma general, responderá con una cobertura básica -según normativa vigente- de 2 años. A partir de ese período, cualquier incidencia en la instalación, en este caso con los módulos, habrá de gestionarla el propio cliente con el fabricante. Aunque en la mayoría de los casos, la empresa instaladora se encargará de dichos trámites y realizará las operaciones de reemplazo si fuese necesario.

Por la experiencia, hemos de indicar que el módulo fotovoltaico es un producto totalmente fiable y el porcentaje de incidencias es casi inexistente.

GARANTIA DE PRODUCCION

Todo panel sufre una degradación a lo largo de su vida útil que se traduce en pérdidas de rendimiento.

En este sentido, el fabricante suele garantizar que los módulos proporcionarán un rendimiento mínimo, especificado en la ficha de descripción del producto durante un periodo determinado, que varía en función del panel y tecnología empleada en su fabricación.

La garantía de producción es la puede darte una idea de la calidad del panel.

En esta garantía se especifica la pérdida de rendimiento de los módulos a lo largo de los años.

Normalmente se indica con un valor de rendimiento transcurridos muchos años. En la imagen puede verse un ejemplo. Este fabricante garantiza un rendimiento de un 92% al cabo de 25 años.

Se tiene también en cuenta las perdidas iniciales debidas al fenómeno de degradación inducida por luz denominado LID (Ligth Induced Degradation). Se trata de un proceso de pérdida de rendimiento que sufren las células en su primera exposición a la luz. Su porcentaje suele rondar ente el 1-3%.  Hay fabricantes que han conseguido eliminar esta factor de pérdidas, como es el caso de REC con el modelo Alpha con tecnología HJT.

Calidad de los paneles Fotovoltaicos – Parte 2

Conceptos y últimas tecnologías.

EFICIENCIA MODULOS FOTOVOLTAICOS

La eficiencia es uno de los factores más importantes a considerar que depende del tipo de célula y su disposición en el panel. Así, podemos hablar de eficiencia de la célula o de los módulos.

Eficiencia célula > Eficiencia módulo.

La eficiencia ha ido mejorando desde un 15% de hace unos pocos años hasta al 23% actual. Actualmente, el mayor rendimiento en el mercado los ofrece SunPower con el modelo Maxeon-3 con una eficiencia del 22,6%

CELULA MONO & POLICRISTALINA.

El rendimiento del mono es superior, con un coeficiente de temperatura mejor que el poly. Así mismo, ofrece mejor respuesta a la radiación difusa, con lo que es más aconsejable en climas con mayor densidad de días nubosos.

Por otro lado, el poly es mas susceptible a la formación de micro-cracks.

Mono-Poly

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Ultimas Tecnologías

PERC (Passivated Emitter and Rear Cell)

Desde hace dos años, la tecnología PERC se ha implantado tanto en las células mono como polycristalinas.

PERC (Passivated Emitter and Rear Cell), es una avanzada arquitectura de célula.

PERC (Passivated Emitter Rear Cell) consiste en colocar una capa reflectante (Capa Dieléctrica PERC) para aprovechar al máximo la radiación.

Dicha capa permite reflejar de nuevo hacia la célula parte de la energía de los fotones que atraviesan la célula, aumentando así la eficiencia total del panel.

En las celdas fotovoltaicas habituales, la radiación que no se utiliza para la producción de energía por las capas superiores se desecha por completo cuando alcanza la capa de aluminio.

En las PERC, la radiación extra rebota en la capa especial y consigue que se pueda reutilizar  para generar más electricidad y incrementar la eficiencia de los paneles.

El primer fabricante en incorporar esta tecnología fue Q cells.

Últimamente, las más utilizadas son las PERC Monocristalinas tipo P. Desafortunadamente, los módulos tipo P con tecnología PERC sufren lo que se denomina el efecto LeTID (Light and elevated Temperature Induced Degradation), fenómeno similar al LID (Light Inducided Degradation) que se traduce en una pérdida del 2-3% de potencia en la primera exposición rayos UV y un 0.5% por año posteriormente.

En el caso del factor LeTID, las pérdidas son del orden de un 6% en los primeros dos años. Para solventar este efecto, LG, Sunpower y REC han desarrollado células tipo N, las cuales no se ven afectadas por dicho efecto.

También, los fabricantes han desarrollado procesos para las células tipo P, que minimizan este efecto. En este sentido Q cells ha anunciado la tecnología anti-LeTID en sus paneles.

Recientemente los fabricantes REC, Jinko Solar, Trina Solar, Longi, GCL, Winaico Y Candian Solar han recibido certificación TÜV contra LeTID.

MULTI BUSBAR
Los Busbars son los conductores por donde se recogen y circulan los electrones a través del panel.

Actualmente, lo normal son 5 o 6 busbars por célula. Hay fabricantes trabajando con 12 Busbars finos.

El compromiso esta en la relación de sombra que generan dichos conductores sobre la célula y la baja resistencia que se consigue aumentando los busbars.

Una consecuencia de disponer de más Busbars es que reduce el riesgo de que se produzcan micro-cracks (microroturas de las células). En este sentido, hay que recordar que no se aconseja caminar por encima de los módulos, a pesar de que se certifican a cargas de  500kg/m2.

Los módulos LG Neon 2 son los primeros con 12 busbars finos, que lo denomina Cello technology.

LG-Neon2

Por otro lado, los módulos de SunPower utilizan una tecnología diferente de conexiones traseras, lo que hace su rendimiento sea superior y una degradación anual inferior al resto.

SPLIT PANELS – 120 / 144c

Se trata de módulos constituidos de 2 semi-paneles, cada uno de ellos con células partidas (half-cell), que trabajando en paralelo proporcionan cada uno de ellos el 50% de la  capacidad. Cada semi-panel tiene 60 o 72 células, de ahí la denominación 120 / 144c.

Este tipo de paneles ofrecen varias ventajas:

⊕ Mayor rendimiento debido a la reducción de perdidas resistivas en los busbars.

⊕ Menores pérdidas por efecto de temperatura ya que trabajan a menor corriente las células.

⊕ Reducción de pérdidas por sombreados al poder verse solamente afectada una mitad.

Esta última es sin duda la mayor ventaja, ya que con esta disposición de células se consigue minimizar el efecto que pudiesen provocar las posibles sombras parciales en el módulo.

BIFACIAL

No es una tecnología nueva, pero se está popularizando por el efecto de reducción de precio de las células.

Tienen células por ambos lados, por lo que absorben radicación por ambas caras, y pueden llegar a producir hasta un 30% mas que una estándar.

Formado por un vidrio, células frontales, backsheet, células traseras y vidrio trasero.

SHINGLED CELLS

Es una nueva tecnología de fabricación que consiste en ir solapando pequeñas células, las cuales pueden montarse en horizontal o vertical.

Las células se crean cortando células de 6” en 5 o 6 tiras.

Esta tecnología permite cubrir toda el área del módulo, resultando una mayor eficiencia de módulo.

La disposición de las células ofrece ventajas en situaciones de sombreado.

Seraphim es uno de los primeros fabricantes en utilizar esta tecnología. Recientemente, SunPower con la serie P, también ofrece esta tecnología.

CELULAS IBC

IBC (Interdigitated Back Contact). Estas células presentan una matriz de 30 o más conductores en la parte trasera. Es decir, no tienen conexiones por la parte anterior, con lo se mejora el rendimiento por haber busbars que generan sombras sobre la propia célula.

Permiten una mayor robustez del módulo lo que minimiza los posibles episodios de micro-cracking.

SunPower, en el modelo Maxeon, utiliza esta tecnología, que junto a las células tipo N, permite ofrecer eficiencias del 22,6%.

CELULAS HJT – HETEROJUNCTION

Panasonic es el fabricante líder en esta tecnología. Así mismo, REC ha presentado recientemente el modelo Alpha con 16 micro busbars y una eficiencia del 21,7%.

Es una célula compuesta de una base de silicio cristalino con capas silicio amorfo formando lo que se conoce como una “heterojunction”. Este tipo de célula ofrece eficiencias del 26,5%.

Una de las ventajas, es su bajo coeficientes de pérdidas en función de la temperatura.

Calidad de los paneles Fotovoltaicos – Parte 1

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Cómo estimar calidad de los paneles fotovoltaicos mediante Indices o Tests.

Si estas buscando información sobre cómo llegar a determinar la calidad de los paneles fotovoltaicos, entonces este artículo te puede ayudar. No se detiene a detallar el funcionamiento básico de una célula fotovoltaica (panel fotovoltaico), sino en exponer los diferentes índices o informes que señalan la calidad de los módulos.

En otro post,  exponemos las últimas tecnologías a día de hoy en el mercado.

 

Indices – Rankings

Son estudios desarrollados por diversas compañías. Parte de dichos estudios tienen su origen en asesorías financieras y aseguradoras que analizan la bancabilidad (capacidad de financiación) de diferentes productos. En el caso partiular de la fotovoltaica, proviene de la necesidad de financiación de las grandes instalaciones de generación eléctrica (huertos solares) para venta a red.

Por otro lado, hay publicaciones con laboratorios propios  y empresas de certificación que analizan los paneles.

TIER1

Se trata de una lista, realizada por la compañia Bloomberg New Energy Finance Corporation (BNEF), que clasifica fabricantes de módulos fotovoltaicos en función de su bancabilidad, que como hemos señalado, es su capacidad de financiación.

DNV-GL

Durante los últimos 5 años, la compañía noruega DNV-GL ,en colaboración con PVEL,  ha realizado pruebas anuales en paneles solares y publica un informe sobre su rendimiento. El último, PV Module Reliability Scorecard 2019,  ya está disponible.

PHOTON

Es una publicación, que data de 1996, con revistas en 6 idiomas, Además de realizar conferencias y charlas,  dispone de un laboratorio para realizar pruebas y test de rendimiento a placas fotovoltaicas. Ha desarrollado tres tipos de test (bronce, plata y oro) que proporcionan un índice de calidad, vida útil y rendimiento.

PV+TEST

La empresa de certificación TÜV-Rheinland, junto con la colaboración de SolarPraxis, realiza diferentes pruebas a los paneles, verificando además, la fabricación con auditorías periódicas a las factorías para asegurar que se mantiene la calidad del analizado en laboratorio.

TIER 1
La lista TIER1 esta elaborada por Bloomberg New Energy Finance Corporation (BNEF). BNEF propone esta clasificación para informar sobre la bancabilidad de los fabricantes de paneles solares.

Los paneles solares de nivel 1 (TIER1) se describen como aquellos que:

6 x 6 x 2

Hayan proporcionado productos a seis proyectos diferentes que han sido financiados sin recurso por seis bancos diferentes  en los últimos dos años. 

FABRICANTE

Los fabricantes deben ser propietarios de sus instalaciones de producción y vender bajo su propia marca para ser considerados Tier1.

1.5MW

Los proyectos financiados han de ser a gran escala, con un tamaño mínimo de 1,5 megavatios (MW) .

Se ha de considerar que no es una clasificación estrictamente de calidad de los paneles. De hecho, hay fabricantes de primer nivel como; Panasonic, Solaria, Winaico, SolarWatt y Kyocera que no aparecen en la lista.

Las listas TIER1 se publican actualizadas trimestralmente.

En ellas se recogen los datos de FABRICANTES – CAPACIDAD DE PRODUCCIÓN (MW/año)

DNV-GL

Se trata de un test 100% independiente realizado por la empresa certificadora TÜV.

El test, que considera que no ha de producirse una merma del 2% de potencia de los módulos,  realiza cuatro pruebas: Test de ciclos térmicos, Test funcionamiento climas húmedos, Test de cargas térmicas y Test de Degradación por potencial inducido (PID). 

La siguiente tabla refleja los resultados de dichos test realizados a los principales fabricantes en 2018/2019.

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Resulta sorprendente que fabricantes de máxima calidad como Panasonic y LG no superaron el test de climas húmedos.

El historial de resultados generales (fabricantes que hayan pasado todos o alguno de los test) de los últimos 5 años se refleja a continuación.

Descarga estudio completo:
2019-PV-Module-Reliability-Scorecard