El rendimiento del sistema fotovoltaico está en función de las condiciones climáticas, del equipo utilizado y de la configuración del sistema. El rendimiento fotovoltaico se puede medir como la relación entre la producción real del sistema solar fotovoltaico y los valores esperados, siendo la medición esencial para la operación y el mantenimiento adecuados de la instalación solar fotovoltaica. La entrada de energía primaria es la irradiancia de luz global en el plano de los paneles solares, y ésta a su vez es una combinación de radiación directa y difusa. [1]
El rendimiento se mide mediante sistemas de monitorización fotovoltaica, que incluyen un dispositivo de registro de datos y, a menudo, también un dispositivo de medición del tiempo (dispositivo in situ o una fuente de datos meteorológicos independiente). Los sistemas de monitoreo del rendimiento fotovoltaico sirven para varios propósitos: se utilizan para rastrear tendencias en un solo sistema fotovoltaico (PV) , para identificar fallas o daños en paneles solares e inversores, para comparar el rendimiento de un sistema con las especificaciones de diseño o para comparar sistemas fotovoltaicos. en diferentes lugares. Esta gama de aplicaciones requiere varios sensores y sistemas de monitorización, adaptados al fin previsto. Específicamente, existe una necesidad tanto de sensores de monitoreo electrónicos como de sensores climáticos independientes (irradiancia, temperatura y más) para normalizar las expectativas de producción de las instalaciones fotovoltaicas. La detección de irradiancia es muy importante para la industria fotovoltaica y se puede clasificar en dos categorías principales: piranómetros in situ y detección remota por satélite; cuando no se dispone de piranómetros in situ, a veces también se utilizan estaciones meteorológicas regionales, pero con datos de menor calidad; El enfoque de medición sin sensores impulsado por IoT industrial ha evolucionado recientemente como la tercera opción.
Los sensores y sistemas de monitoreo fotovoltaico están estandarizados en IEC 61724-1 [2] y clasificados en tres niveles de precisión, indicados por las letras “A”, “B” o “C”, o por las etiquetas “Alta precisión”, “Media Precisión” y “Precisión básica”. Se ha desarrollado un parámetro llamado "índice de rendimiento" [3] para evaluar el valor total de las pérdidas del sistema fotovoltaico.
El rendimiento del sistema fotovoltaico generalmente depende de la irradiancia incidente en el plano de los paneles solares , la temperatura de las células solares y el espectro de la luz incidente. Además, depende del inversor , que normalmente establece el voltaje de funcionamiento del sistema. La salida de voltaje y corriente del sistema cambia a medida que cambian las condiciones de iluminación, temperatura y carga, por lo que no existe un voltaje, corriente o vataje específico al que el sistema funcione siempre. Por lo tanto, el rendimiento del sistema varía según la hora del día, la cantidad de insolación solar , la dirección e inclinación de los módulos, la nubosidad, el sombreado, la suciedad , el estado de carga, la temperatura, la ubicación geográfica y el día del año.
Los parques solares de escala industrial y de servicios públicos pueden alcanzar cifras de alto rendimiento. En los parques solares modernos, el índice de rendimiento suele ser superior al 80%. [4] [5] Muchos parques solares fotovoltaicos utilizan soluciones avanzadas de monitoreo del rendimiento, que son suministradas por una variedad de proveedores de tecnología.
En los sistemas solares de tejado, normalmente lleva más tiempo identificar un mal funcionamiento y enviar un técnico, debido a la menor disponibilidad de suficientes herramientas de monitoreo del rendimiento del sistema fotovoltaico y a los mayores costos de mano de obra humana. Como resultado, los sistemas solares fotovoltaicos en tejados suelen sufrir una menor calidad de operación y mantenimiento y niveles esencialmente más bajos de disponibilidad del sistema y producción de energía.
La mayoría de las instalaciones solares fotovoltaicas fuera de la red carecen de herramientas de monitoreo del rendimiento, debido a una serie de razones, incluidos los costos de los equipos de monitoreo, la disponibilidad de la conexión a la nube y la disponibilidad de operación y mantenimiento.
Existen diversas soluciones técnicas para supervisar el rendimiento de las instalaciones solares fotovoltaicas, que se diferencian según la calidad de los datos, la compatibilidad con los sensores de irradiancia y el precio. En general, las soluciones de monitoreo se pueden clasificar en soluciones de software de monitoreo y registradores proporcionadas por el fabricante del inversor, soluciones de registradores de datos independientes con software personalizado y, finalmente, soluciones de software de monitoreo agnóstico compatibles con diferentes inversores y registradores de datos.
Varios proveedores ofrecen sistemas de seguimiento del rendimiento dedicados. Para los sistemas solares fotovoltaicos que utilizan microinversores (conversión de CC a CA a nivel de panel), los datos de potencia del módulo se proporcionan automáticamente. Algunos sistemas permiten configurar alertas de rendimiento que activan advertencias por teléfono, correo electrónico o mensajes de texto cuando se alcanzan los límites. Estas soluciones proporcionan datos para el propietario del sistema y/o el instalador. Los instaladores pueden monitorear de forma remota múltiples instalaciones y ver de un vistazo el estado de toda su base instalada. Todos los principales fabricantes de inversores ofrecen una unidad de adquisición de datos, ya sea un registrador de datos o un medio de comunicación directa con el portal.
Estas soluciones tienen la ventaja de proporcionar la máxima información del inversor y de presentarla en una pantalla local o transmitirla a través de Internet, en particular alertas del propio inversor (sobrecarga de temperatura, pérdida de conexión a la red, etc.). .
Algunas de esas soluciones de monitoreo son:
Las soluciones genéricas de registro de datos conectadas a inversores permiten superar el principal inconveniente de las soluciones de fabricantes específicas de inversores: ser compatibles con varios fabricantes diferentes. Estas unidades de adquisición de datos se conectan a los enlaces seriales de los inversores, cumpliendo con el protocolo de cada fabricante. Las soluciones genéricas de registro de datos son generalmente más asequibles que las soluciones de los fabricantes de inversores y permiten la agregación de flotas de sistemas solares fotovoltaicos de distintos fabricantes de inversores.
Algunas de esas soluciones de monitoreo son:
La última categoría es el segmento más reciente en el ámbito del monitoreo de energía solar fotovoltaica. Se trata de portales de agregación basados en software, capaces de agregar información tanto de portales y registradores de datos específicos de inversores como de registradores de datos independientes. Este tipo de soluciones se están generalizando a medida que la comunicación de los inversores con la nube se realiza cada vez más sin registradores de datos, sino mediante conexiones de datos directas.
Una parte esencial de la evaluación del rendimiento del sistema fotovoltaico es la disponibilidad y la calidad de los datos de generación de energía. El acceso a Internet ha permitido una mejora adicional en el seguimiento y la comunicación de la energía.
Normalmente, los datos de la planta fotovoltaica se transmiten a través de un registrador de datos a un portal de monitorización central. La transmisión de datos depende de la conectividad local en la nube, por lo que está altamente disponible en los países de la OCDE, pero más limitada en los países desarrollados. Según Samuel Zhang, vicepresidente de Huawei Smart PV, más del 90% de las plantas fotovoltaicas mundiales estarán completamente digitalizadas en 2025. [6]
Las mediciones de irradiancia in situ son una parte importante de los sistemas de seguimiento del rendimiento fotovoltaico. La irradiancia se puede medir en la misma orientación que los paneles fotovoltaicos, las llamadas mediciones del plano de matriz (POA), u horizontalmente, las llamadas mediciones de irradiancia horizontal global (GHI). Los sensores típicos utilizados para tales mediciones de irradiancia incluyen piranómetros de termopila , dispositivos de referencia fotovoltaica y sensores de fotodiodos . Para ajustarse a una clase de precisión específica, cada tipo de sensor debe cumplir un determinado conjunto de especificaciones. Estas especificaciones se enumeran en la siguiente tabla.
Si se coloca un sensor de irradiancia en POA, se debe colocar en el mismo ángulo de inclinación que el módulo fotovoltaico, ya sea fijándolo al módulo mismo o con una plataforma o brazo adicional al mismo nivel de inclinación. Se puede comprobar si el sensor está correctamente alineado con sensores de inclinación portátiles o con un sensor de inclinación integrado. [7]
La norma también especifica un programa de mantenimiento requerido por clase de precisión. Los sensores de clase C requieren mantenimiento según los requisitos del fabricante. Los sensores de clase B deben recalibrarse cada 2 años y requieren un calentador para evitar la precipitación o la condensación. Los sensores de Clase A deben recalibrarse una vez al año, deben limpiarse una vez por semana, requieren un calentador y requieren ventilación (para piranómetros de termopila).
El rendimiento fotovoltaico también se puede estimar mediante teledetección por satélite . Estas mediciones son indirectas porque los satélites miden la radiación solar reflejada en la superficie terrestre. Además, la radiación se filtra mediante la absorción espectral de la atmósfera terrestre . Este método se utiliza normalmente en sistemas de monitoreo no instrumentados de clase B y clase C para evitar costos y mantenimiento de sensores en el sitio. Si los datos obtenidos por satélite no se corrigen según las condiciones locales, es posible que se produzca un error en la radiancia de hasta el 10%. [2]
Los sensores y sistemas de monitoreo están estandarizados en IEC 61724-1 [2] y se clasifican en tres niveles de precisión, indicados por las letras “A”, “B” o “C”, o por las etiquetas “Alta precisión”, “Precisión media ” y “Precisión básica”.
En California, el control del rendimiento de la energía solar fotovoltaica ha sido regulado por el gobierno estatal. A partir de 2017, la agencia gubernamental California Solar Initiative (CSI) proporcionó un certificado del Servicio de informes y monitoreo del desempeño a empresas elegibles activas en el segmento solar y que actúan de acuerdo con los requisitos de CSI. [8]
Se ha desarrollado un parámetro llamado "índice de rendimiento" [3] para evaluar el valor total de las pérdidas del sistema fotovoltaico. El índice de rendimiento proporciona una medida de la potencia de CA de salida entregada como proporción de la potencia de CC total que los módulos solares deberían poder entregar en las condiciones climáticas ambientales.
