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3 pasos para instalar un sistema fotovoltaico con el máximo rendimiento

27 Sep 2021 | Energía renovable

Por muy buena que sea la ingeniería, ningún sistema está completamente exento de fallos. Aquí entra en juego su instalación, donde debe establecerse una referencia de rendimiento para la aceptación del cliente y el mantenimiento posterior. La instalación es importante no solo para el rendimiento del sistema fotovoltaico, sino también para la vida útil del equipo, la seguridad, el rendimiento de la inversión y las garantías.

Instalación de sistemas fotovoltaicos solares

Paso 1: Diseño y producción de sistemas fotovoltaicos

Para obtener la producción esperada en la instalación, determine su recurso solar teniendo en cuenta la sombra. El recurso solar se mide en horas solares pico, que es el número de horas en que se reciben 1000 W por metro cuadrado al día. Por ejemplo, en muchas partes de California el recurso solar es alto: 6000 W por metro cuadrado o 6 horas solares pico. Utilice el Amprobe SOLAR-100 para determinar la irradiancia solar real (vatios/m²) y la sombra de la instalación para establecer una referencia.

Supongamos que tiene una matriz fotovoltaica de 10 kW. Puede calcular la producción anual aproximada multiplicando la matriz de 10 kW x 6 horas solares pico x 365 días al año x 0,85 (reducción del 15% debido a pérdidas de potencia en el cableado y el inversor). Esta matriz debería producir 18.615 kWh de energía al año, o 51 kWh al día.

Paso 2: Medida

Una vez instalado el sistema, asegúrese de que funciona según su diseño. Para ello, mida sus características eléctricas y la potencia de salida real de los paneles.

El rendimiento de una matriz fotovoltaica se basa en la curva de corriente-tensión (I-V). Un inversor no solo convierte CC a CA sino que también maximiza su salida de potencia capturando la corriente y la tensión (ya que la potencia es tensión x corriente) a la que la cadena genera la mayor potencia. La corriente de cortocircuito (ISC) es la corriente máxima de una celda y no se producirá potencia porque no hay diferencia de tensión: los cables positivo y negativo están en contacto. La tensión de circuito abierto (VOC) es la tensión máxima de una celda y no se producirá energía porque el circuito está abierto. El punto en el que el módulo genera la mayor potencia se denomina "punto de potencia máxima" (ppm).

Curva de corriente-tensión (I-V) de un módulo fotovoltaico

Curva de corriente-tensión (I-V) de un módulo fotovoltaico

Para saber si una matriz funciona como está diseñada, debe conocer los valores VOC e ISC, que se indican en la hoja de datos del módulo. Mida los valores VOC y ISC antes y después de la instalación.

La VOC se mide utilizando la pinza amperimétrica de verdadero valor eficaz Fluke 376 FC o la pinza amperimétrica de verdadero valor eficaz Fluke 325 para determinar la tensión entre los terminales positivo y negativo. Utilice el termómetro de infrarrojos Fluke 64 MAX para determinar la temperatura del módulo con el fin de tener en cuenta el efecto de la temperatura en la VOC (cuanto menor sea la temperatura, mayor será la tensión y viceversa). Compruebe también la polaridad del conductor mientras determina la VOC. Si se invierte, puede significar que en la caja combinadora otros circuitos pueden estar conectados accidentalmente en serie, lo que da lugar a tensiones superiores a la tensión de entrada máxima del inversor.

Para comprobar la ISC, desconecte todos los circuitos paralelos y cortocircuite el circuito de forma segura. Mida la corriente entre los terminales positivo y negativo con un multímetro. Establezca el dial en una corriente superior a la esperada. Registre los valores de ISC y VOC.

Utilice la interfaz del ordenador del sistema para consultar la salida de potencia real de la matriz.

Compruebe la resistencia de aislamiento de los conductores, las conexiones entre los módulos, así como entre los módulos y los racks, y la resistencia a tierra. Utilice el comprobador de resistencia de tierra Fluke 1625-2 GEO para medir la resistencia a tierra y asegurarse de que la resistencia sea inferior a 5 Ω.

Paso 3: Comparación y diagnóstico

Incluso si se instala correctamente, es posible que un sistema fotovoltaico no genere la producción eléctrica esperada. Es muy importante que el módulo tenga las características eléctricas especificadas, ya que un inversor tiene una corriente de entrada mínima y máxima, por debajo y por encima de la cual no generará ninguna potencia.

Situación 1: La tensión de circuito abierto o la corriente de cortocircuito es superior o inferior a las de la hoja de datos

En este caso, la cadena tiene uno o varios módulos cuyas características no se ajustan a la especificación. Si la tensión de circuito abierto está fuera de los límites, es posible que el inversor no transmita energía. Si la corriente de cortocircuito está fuera de los límites, puede haber una discordancia de módulos, lo que podría degradar gravemente el rendimiento de la matriz debido a que la corriente de una cadena está limitada por el módulo con la corriente más baja. Identifique los módulos y sustitúyalos.

Situación 2: La salida de potencia es baja

Si observa que la potencia de salida es inferior a la esperada, puede que exista un problema. Aunque cabe esperar cierta fluctuación en la salida, un resultado constantemente inferior al esperado podría ser un signo de una cadena defectuosa, una avería de puesta a tierra o sombra.

Una de las razones podrían los puntos calientes, la acumulación de corriente y calor en una celda cortocircuitada, lo que reduce el rendimiento y puede provocar un incendio. Las cámaras termográficas pueden identificar rápidamente los puntos calientes.

Las averías de puesta a tierra son otro posible motivo, pero resultan más difíciles de diagnosticar, y requieren la comprobación de la tensión y la corriente de cada conductor y del conductor de puesta a tierra del equipo (EGC), que lleva la corriente parásita a tierra. Si hay tensión y corriente en el EGC, esto indica que hay una avería de puesta a tierra. Las averías de puesta a tierra se producen debido a un aislamiento dañado del conductor, una instalación incorrecta, cables pinzados y presencia de agua, lo que puede crear una conexión eléctrica entre un conductor y el EGC. Busque el origen del problema, y sustituya los cables dañados o mejore las condiciones.

Otras razones para una baja salida de potencia podrían ser sombras, así como una inclinación y dirección cardinal (ángulo de azimut) deficientes para la ubicación en cuestión. Utilice un localizador de ruta solar para identificar nuevas fuentes de sombra y elimínelas si es posible. Aunque puede que no sea factible cambiar la inclinación y la dirección cardinal de la matriz para apuntar más directamente al sol, debe conocer los ángulos de inclinación y azimut a fin de establecer una referencia de cara al futuro.

En los sistemas fotovoltaicos a gran escala, la energía de un sistema solar pasa a través de transformadores después de invertirse con objeto de aumentar la tensión y, a continuación, a los conjuntos de interruptores y cables de media tensión, donde la resistencia de aislamiento reducida es un problema habitual. Para cables de media y alta tensión, utilice el medidor de aislamiento de 10 kV Fluke 1555 FC, que es capaz de comprobar hasta 10.000 V.

Para sistemas con baterías, compare la tensión y el estado de carga esperados de la batería con los reales utilizando el analizador de baterías Fluke serie 500.

Acerca del experto

Michael Ginsberg es un experto en energía solar, formador del Departamento de Estado de EE.UU., autor y candidato a doctor en Ingeniería por la Universidad de Columbia. También es director ejecutivo de Mastering Green, donde ha formado a casi mil técnicos de todo el mundo en la instalación, mantenimiento y el funcionamiento de sistemas de energía solar fotovoltaicos.

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