Un optimizador de potencia es una tecnología de conversión de CC a CC desarrollada para maximizar la recolección de energía de los sistemas de turbinas eólicas o fotovoltaicas solares . Lo hacen ajustando individualmente el rendimiento del panel o la turbina eólica a través del seguimiento del punto de máxima potencia y, opcionalmente, ajustando la salida para que coincida con el rendimiento del inversor de cadena (inversor de CC a CA). Los optimizadores de potencia son especialmente útiles cuando el rendimiento de los componentes de generación de energía en un sistema distribuido variará ampliamente, como debido a diferencias en el equipo, sombreado de la luz o el viento, o al estar instalados en diferentes direcciones o en ubicaciones muy separadas.
Los optimizadores de potencia para aplicaciones solares pueden ser similares a los microinversores en el sentido de que ambos sistemas intentan aislar los paneles individuales para mejorar el rendimiento general del sistema. Un módulo inteligente es un optimizador de potencia integrado en un módulo solar. Un microinversor combina esencialmente un optimizador de potencia con un inversor pequeño en una única carcasa que se utiliza en cada panel, mientras que el optimizador de potencia deja el inversor en una caja separada y utiliza un solo inversor para todo el conjunto. La supuesta ventaja de este enfoque "híbrido" es que los costes generales del sistema son más bajos, lo que evita la distribución de componentes electrónicos.
La mayoría de los dispositivos de producción o almacenamiento de energía tienen una relación compleja entre la potencia que producen, la carga que se les impone y la eficiencia de la entrega. Una batería convencional, por ejemplo, almacena energía en reacciones químicas en sus electrolitos y placas. Estas reacciones tardan en producirse, lo que limita la velocidad a la que se puede extraer energía de manera eficiente de la celda. [1] Por este motivo, las baterías grandes que se utilizan para el almacenamiento de energía generalmente indican dos o más capacidades, normalmente la de "2 horas" y la de "20 horas", siendo la de 2 horas a menudo alrededor del 50% de la de 20 horas.
Los paneles solares tienen problemas similares debido a la velocidad a la que la célula puede convertir los fotones solares en electrones , la temperatura ambiente y una serie de otros problemas. En este caso, existe una relación no lineal compleja entre el voltaje, la corriente y la cantidad total de energía que se produce, la "curva IV". [2] Para optimizar la recolección, los paneles solares modernos utilizan una técnica conocida como " seguimiento del punto de máxima potencia " (MPPT) para monitorear la salida total del panel y ajustar continuamente la carga presentada para mantener el funcionamiento del sistema en su punto de máxima eficiencia. [3]
Tradicionalmente, los paneles solares producen voltajes de alrededor de 30 V. [4] Este voltaje es demasiado bajo para convertirse de manera efectiva en corriente alterna para alimentar la red eléctrica . Para solucionar este problema, los paneles se conectan en serie para aumentar el voltaje a un valor más apropiado para el inversor que se utiliza, generalmente alrededor de 600 V. [5]
El inconveniente de este enfoque es que el sistema MPPT solo se puede aplicar al conjunto de paneles en su conjunto. Debido a que la curva IV no es lineal, un panel que esté incluso ligeramente sombreado puede tener una salida drásticamente menor y aumentar considerablemente su resistencia interna. Como los paneles están conectados en serie, esto haría que la salida de toda la cadena se redujera debido al aumento de la resistencia total. Este cambio en el rendimiento hace que el sistema MPPT cambie el punto de operación, alejando al resto de los paneles de su mejor rendimiento. [6]
Debido a su cableado secuencial, la falta de coincidencia de potencia entre los módulos fotovoltaicos dentro de una cadena puede provocar una pérdida drástica y desproporcionada de potencia de todo el conjunto solar, lo que en algunos casos puede provocar un fallo completo del sistema. [7] El sombreado de tan solo el 9 % de toda la superficie del conjunto solar de un sistema fotovoltaico puede, en algunas circunstancias, provocar una pérdida de potencia de todo el sistema de hasta el 54 %. [8] Aunque este problema es más notable con eventos "grandes", como una sombra pasajera, incluso las diferencias más pequeñas en el rendimiento del panel, debido a la suciedad, el envejecimiento diferencial o pequeñas diferencias durante la fabricación, pueden hacer que el conjunto en su conjunto funcione lejos de su mejor punto MPPT. La "coincidencia de paneles" es una parte importante del diseño de conjuntos solares.
Estos problemas han dado lugar a una serie de posibles soluciones diferentes que aíslan los paneles individualmente o en grupos mucho más pequeños (de 2 a 3 paneles) en un esfuerzo por proporcionar MPPT que evite los problemas de las cadenas grandes.
Una solución, el microinversor , coloca todo el sistema de conversión de energía directamente en la parte posterior de cada panel. Esto permite que el sistema rastree el MPPT de cada panel y emita directamente energía CA que coincida con la red. [9] Luego, los paneles se conectan en paralelo, por lo que incluso el fallo de uno de los paneles o microinversores no provocará una pérdida de energía de la cadena. Sin embargo, este enfoque tiene la desventaja de distribuir el circuito de conversión de energía, que, en teoría, es la parte costosa del sistema. Los microinversores, al menos a principios de 2011, tenían un precio por vatio significativamente más alto .
Esto nos lleva, naturalmente, al concepto de optimizador de potencia, en el que solo se distribuye el sistema MPPT a los paneles. En este caso, la conversión de CC a CA se realiza en un único inversor, que carece del hardware MPPT o lo tiene desactivado. Las soluciones avanzadas son capaces de funcionar correctamente con todos los inversores solares, lo que permite la optimización de las plantas ya instaladas. Según sus partidarios, este enfoque "híbrido" produce la solución de menor coste en general, al tiempo que mantiene las ventajas del enfoque de microinversores.
Los optimizadores de energía son esencialmente convertidores CC-CC que toman la energía CC de un panel solar en cualquier voltaje y corriente que sean óptimos (a través de MPPT) y luego la convierten a un voltaje y corriente diferentes que se adaptan mejor al inversor central/ de cadena .
Algunos optimizadores de potencia están diseñados para funcionar junto con un inversor central del mismo fabricante, lo que permite que el inversor se comunique con los optimizadores para garantizar que el inversor siempre reciba el mismo voltaje total de la cadena de paneles. [10] En esta situación, si hay una cadena de paneles en serie y la salida de un solo panel cae debido a la sombra, su voltaje caerá para que pueda entregar la misma cantidad de corriente (amperios). Esto haría que el voltaje de la cadena también caiga, excepto que el inversor central ajusta todos los demás optimizadores para que su voltaje de salida aumente ligeramente, manteniendo el voltaje de cadena fijo requerido en el inversor (solo a un amperaje disponible reducido mientras el panel individual está a la sombra). La desventaja de este tipo de optimizador es que requiere un inversor central del mismo fabricante que los optimizadores, por lo que no es posible adaptarlos gradualmente en una instalación existente a menos que también se reemplace el inversor, así como los optimizadores instalados en todos los paneles al mismo tiempo.
