El efecto Mismatching o de acoplamiento en fotovoltaica

INTRODUCCIÓN

Mismatch significa “emparejar mal” y ese es el problema. El efecto mismatching o de mal acoplamiento se da en muchas situaciones en el mundo eléctrico, todas cuando se unen varios generadores o, transformadores en paralelo o en serie.

.

En un futuro artículo se explicará cómo hacer una conexión en paralelo de transformadores trifásicos, pero el presenta artículo se centrará en el sector fotovoltaico.

.

Ha de tener en cuenta que cada célula, cada módulo y cada serie son unidades de generación eléctrica y, que entre si se conectan en paralelo o en serie.

.

Cabe destacar, antes de que lea más, que en corriente continua sólo hay dos parámetros destacables: Tensión y Corriente. Directamente de éstos, depende la potencia y la energía.

.

LA TEORÍA

Según las Leyes fundamentales de la electricidad:

.

• La unión en serie de generadores eléctricos de corriente continua da como resultado un generador equivalente con:

o Tensión igual a la suma de las tensiones de los generadores que lo componen.

o Corriente igual a la menor de las corrientes de los generadores que lo componen.

• La unión en paralelo de generadores eléctricos de corriente continua da como resultado un generador equivalente con:

o Tensión igual a la menor de las tensiones de los generadores que lo componen.

o Corriente igual a la suma de las corrientes de los generadores que lo componen.

.

Así dentro del módulo suele haber unas 60 células agrupadas en series. Según se haga esta agrupación el módulo tendrá unos parámetros eléctricos u otros. Aunque esto está en mano de los diseñadores de la instalación, sino de los fabricantes, pero es conveniente que los ingenieros que las diseñen conozcan estos parámetros.

.

EL PROBLEMA

En estos años que he auditado bastantes instalaciones fotovoltaicas he visto que es muy común encontrar series hechas con distintos tipos de módulos, cabe recordad que a finales del verano de 2008 en España hubo un pequeño caos y todas las plantas que no estaban terminadas tuvieron que ponerse en marcha en Septiembre, esto produjo una locura y una escasez de materiales, por esto en muchos casos se montó lo que pudo.

.

También puede ser que ahora se estropeen ciertos módulos y al sustituirlos – recuerde que muchos pueden tener reparación – no encuentre módulos iguales ya que ahora no se fabrican. En ese caso dentro de la misma serie habrá generadores eléctricos con distintos parámetros.

.

También puede pasar que una nube o, la suciedad hagan que un módulo o, una serie funcionen con distintos parámetros que las otras. Hay que tener en cuenta la cantidad de superficie que ocupa un huerto solar.

.

LOS INVERSORES

En muchos casos todas las series se conectan directamente – con las protecciones necesarias – un único inversor fotovoltaico. No todos los inversores tienen varios puntos de máxima potencia.

.

Los puntos de máxima potencia son, las entradas del inversor. Estas entradas son eléctricamente independientes entre sí. Así si hubiera dos, se podría dividir el campo fotovoltaico en dos grupos.

.

EL EFECTO MISMATCHING

Bajo este nombre tan rimbombante con el que los técnicos nos llenamos la boca al explicar el fenómeno no se esconde más que un caso particular de lo que ya se ha visto.

.

Una placa tiene un comportamiento distinto que las otras por el motivo que sea (suciedad, modelo, sombra, avería, …) dentro de una serie y, hace de lastre al resto.

.

Igual sucede con una serie. Suponga que funciona peor, pues ésta será la que marque la tensión de todo el conjunto.

.

CUANTIFICANDO LAS PÉRDIDAS

Antes de hacer ningún cálculo, debe saber que sólo se podrán calcular en un instante ya que el comportamiento de la planta no es constante ya que varía en función del tiempo debido a la variación de la radiación y, no es previsible.

.

Dicho esto, suponga que tiene una instalación compuesta por módulos con las siguientes características:

Potencia en punto de máxima potencia: 170Wp

Tensión en punto de máxima potencia: 17,6V

Corriente en punto de máxima potencia: 9,66A

.

Se comprueba que: P = V.I = 17,6V . 9,66A = 170W

.

Agrupados en 10 unidades por series y, 10 series. Así habrá 100 módulos y su potencia pico será de 17.000 Wp.

.

Ahora se calcularán las pérdidas para dos fallos distintos.

.

Fallo dentro de una serie:

Suponga que por error o, por un fallo uno de los módulos se comporta como uno de 160 Wp, con tensión 17,6V y 9,2A para el punto de máxima potencia.

.

En el momento de máxima potencia la serie con el error tendrá la tensión suma de los diez módulos:

.

Vs = 10 . 17,6V = 176V [Placas x V unitaria]

.

Y la corriente será la de la placa que peor funcione:

.

Is = 9,2A [La menor de todas las placas de la serie]

.

Así la potencia total de la serie será de: P = 176V . 9,2A = 1.619,2 Wp

.

Cuando debería haber sido de P = 176V . 9,66A = 1.700 Wp

.

Ha habido una pérdida del 5% en esta serie. No afectaría a las otras series ya que tienen la misma tensión.

.

Fallo en una serie:

Suponga, ahora, que hay una serie defectuosa o, en sombra y se comporta con una tensión menor. Por darle un valor suponga que tiene un 10% menos en tensión, como si fallara un módulo entero.

.

La corriente en el punto de máxima potencia seguirá siendo de 9,66A para cada serie, pero la tensión se acoplará a la que fija la serie con menor valor.

.

Vt = 9 . 17,6V = 158,4V [Placas x V unitaria, se usa la menor de todas la series]

It = 10 . 9,66A = 96,6A [Series x A serie]

Pt = 158,4V . 96,6A = 15.301,44Wp

.

Esto supone una pérdida del 10% en la potencia pico total, que inicialmente se estimó en 17.000Wp. Justamente esta pérdida coincide con la tensión perdida.

.

SOLUCIONES

Para solucionar estos problemas simplemente hay que evitar usar placas distintas dentro de la misma serie y, series con distintos valores en tensión. Si no se pudiera no habría problema, ya saben cómo cuantificar las pérdidas. Otro consejo muy importante es utilizar inversores con más de un punto de máxima potencia. Suponga que en el ejemplo anterior de una caída de tensión del 10% en una serie, en vez de estar las 10 series unidas en paralelo todas, el inversor tuviera dos punto de máxima potencia. Eléctricamente sólo estarían en paralelo 5 y 5, con lo que las pérdidas se habrían reducido a la mitad, ya que 5 funcionarían correctamente y sólo habría una pérdida del 10% en 5 de ellas.

.

Conviene limpiar los módulos a menudo. Un excremento que sólo afecte a un módulo puede hacer de lastre a toda la planta.

.

En resumen: No mezcle placas de distinto modelo, configure todas las series igual, use inversores con más de un punto de máxima potencia y, limpie a menudo las placas.

.

Imágenes: [1] [2] [3]  Creative Commons License credit: Valles para Quinto Armónico

.