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05/10/2021

Influencia de las sombras en las instalaciones fotovoltaicas

Que el Autoconsumo está de moda no es ningún secreto. El sector está muy concentrado, cada vez son más las empresas que se suman al negocio de la fotovoltaica y cada vez son más los interesados en beneficiarse de las ventajas de producir su propia energía.

En este contexto, es muy importante que las instalaciones se diseñen de la mejor forma posible, analizando todas las variables implicadas y, sobre todo, que exista comunicación con el futuro propietario, con transparencia y conociendo en todo momento de los pros / contras asociados a su inversión.

Recientemente ha contactado con nosotros un cliente muy interesado en que valorásemos un diseño propuesto para su instalación. La cubierta disponible contaba con ciertas limitaciones, entre ellas, una torre de telecomunicaciones de cerca de 20 m de altura, a la cual no se le había dado la importancia suficiente en las visitas y diseños iniciales que habían recibido. En este punto, nos lanzaban la siguiente pregunta: “¿Realmente es una limitación importante la sombra de esta torre?”

A la que respondimos con el siguiente análisis, para que pudiesen entender cómo funciona la tecnología y cómo afectan las sombras puntuales.

Análisis inicial de la instalación propuesta

Diseñamos la instalación en la cubierta, de forma aproximada y teniendo en cuenta sus limitaciones:

  • Torre de telecomunicaciones, de casi 20 m de altura, proporciona una sombra variable a lo largo del año, desde que sale el sol hasta el medio-día.
  • Rooftop y demás máquinas implicadas en la climatización del edificio limitan la superficie disponible.

     



 

Tras el diseño y simulación, intentamos aclarar la influencia que estas sombras sobre la instalación, de una forma sencilla, sin entrar en tecnicismos:

¿Cuál es el efecto del sombreado sobre esta instalación?

Partimos de la base de que un campo fotovoltaico se compone de asociaciones de paneles en serie y estas se pueden agrupar en paralelo, para entrar en el (los) inversor (es). Toda una cadena de módulos en serie funciona igual que el panel que trabaje en peores condiciones, por tanto, si un panel deja de funcionar, el resto de paneles conectados en serie harán lo mismo.

Esta misma premisa se puede emplear para hablar del comportamiento de un único panel, ya que cada panel está formado por filas internas de células solares conectadas en serie.

Por tanto, si una de estas células se ve afectada por un sombreado parcial, en lugar de generar, (por simplificarlo), diremos que esta célula se convierte en “una resistencia” y disipará en forma de calor, la electricidad generada por el resto de células. Para que esto no ocurra, cada serie de x células dentro de un módulo va protegida con 1 diodo bypass, que realiza la siguiente tarea:

En el caso en que se produzca un sombreado parcial del módulo, parte de las células dejarán de generar tensión y provocarán una caída de tensión que invertirá la polaridad en el diodo, este se abre y permite el paso de la corriente a través de él.

De esta forma anulamos 1 fila de células y el resto continúa funcionando en condiciones normales.

Hasta hace bien poco, lo común era encontrarse módulos con 72 células y 3 diodos de bypass, sin embargo, los últimos progresos dentro de la fabricación de paneles solares hicieron posible que módulos half cell o de célula partida comenzasen a comercializarse, siendo estos una solución excelente para cubiertas con superficie reducida, susceptibles de recibir sombras a lo largo del año.

Los módulos de célula partida, dividen el flujo de la corriente en dos partes unidas en serie. Esto reduce la resistencia interna de los módulos (menores pérdidas de corriente) y asegura protección adicional con respecto a sombreados parciales.

En el momento en que una célula queda sombreada por completo, se polariza el diodo de protección y 1/6 del panel solar deja de funcionar.

Si quedan sombreadas varias células de diferentes series dentro del mismo panel, este, dejará de funcionar. Esto ocurriría en ente caso, por la incidencia de la sombra de la torre:

Fuente: Diseño propio de Eurocontrol en software Sketchup
¿Podemos cuantificar dicho efecto?

Una vez entendemos y conocemos el posible efecto de las sombras, es importante cuantificarlo y ser capaces de definir (siempre de forma aproximada) las perdidas. Por ello, importando el diseño a PVSyst, es posible obtener una estimación de las pérdidas anuales, realizando una distribución coherente a la hora de conectar los módulos en serie para poder minimizar el porcentaje de las mismas.

Según la simulación realizada, se estima una pérdida del 5,5% del recurso solar por sombreado y 5,8% de pérdidas eléctricas por la conexión de los módulos, a esto, debemos añadirle los efectos que supone, con respecto a la degradación de los equipos principales.

Realmente es muy importante realizar un buen diseño y definir la conexión de cadenas, para intentar reducir el efecto de las sombras y conseguir una instalación que trabaje de forma eficiente.

Desde EUROCONTROL realizamos servicios de consultoría y asistencia técnica completos, acompañando a nuestro cliente durante todo el proceso, desde el análisis inicial hasta la puesta en marcha de la instalación.

Ponte en contacto con nosotros en: energiasrenovables@eurocontrol.es