Predicción de condiciones subóptimas de operación en sistemas fotovoltaicos conectados a red

• Predicción de condiciones subóptimas de operación en sistemas fotovoltaicos conectados a red que utilizan tecnología bifacial.

La tecnología fotovoltaica bifacial permite que un panel solar pueda captar energía por su parte superior e inferior, permitiendo aprovechar la radiación solar reflejada por la superficie en donde éste se coloca. Utilizando las mismas dimensiones de un panel convencional y un proceso de manufactura se puede aumentar la generación de energía en más de un 20% [Ref. 1]. Los paneles fotovoltaicos están normalmente conectados en serie y paralelo formando una matriz. Dicho agrupamiento de paneles entrega su energía a la red eléctrica por medio de un dispositivo electrónico denominado inversor. El desempeño de todo el sistema depende de las condiciones de irradiancia y temperatura de todos los paneles. Idealmente, se requiere que todos los paneles que hacen parte de un agrupamiento tengan las misma irradiancia y temperatura en todo momento, no obstante, debido a sombreamiento, ensuciamiento y defectos de fábrica esta condición no es común. Cuando la heterogeneidad en las condiciones de operación de los paneles de un mismo agrupamiento es muy distinta no solo existe un importante deterioro en el desempeño de todo el sistema sino también existe la posibilidad de que se generen daños permanentes. En este sentido, un agrupamiento de paneles de tecnología fotovoltaica presente el doble de superficie de captación que una instalación con tecnología monofacial. Esta situación por un lado permite aumentar la captación de energía, pero por otro lado incrementa la probabilidad de que se presenten condiciones de operación heterogénea. Así mismo, el comportamiento eléctrico de un panel bifacial es distinto al de un panel tradicional pudiendo afectar los procesos transitorios de transferencia de energía que ocurren en el inversor. De esta forma, el presente proyecto de tesis se propone modelar el comportamiento dinámico eléctrico que ocurre en sistemas fotovoltaicos conectados a red con el fin de predecir las condiciones de operación que pueden ocasionar una reducción en el desempeño del sistema. 

Al ser la tecnología fotovoltaica bifacial (i.e. paneles con dos caras fotovoltaicas) una tecnología de implementación relativamente reciente, el estudio de sistemas fotovoltaicos bifaciales mediante el análisis con modelado computacional es apenas incipiente. Existe en la actualidad muy poca investigación que explore el modelado fotovoltaico bifacial, asimismo, este modelado se hace sobre modelos llamados ideales. La intención del proyecto del doctorado es modelar el comportamiento eléctrico de la celda fotovoltaica de manera más fiel al compartimento real, partiendo de una simulación más completa que la simulación de modelos ideales (esto es, un modelo “real double diode” que tendría 7 parámetros por cara: la corriente del efecto fotovoltaico Ipv , dos parámetros de corriente de saturación para dos diodos Is1 y Is2, el factor de idealidad de cada diodo n1 y n2, resistencia en serie Rs, y resistencia “shunt” Rsh , para un total de 14 por modulo fotovoltaico). Además, con base a este modelado del módulo, se planea analizar la dinámica eléctrica de interacción de estos con el sistema del inversor de corriente, mediante la resolución de la ecuación de balance de potencia para distintos estados del sistema de generación de energía en distintas condiciones.