Módulos fotovoltaicos reconfigurables serie-paralelo con alta tolerancia al sombreado

Un grupo de investigadores de la Universidad Tecnológica de Delft (Países Bajos) ha desarrollado un nuevo diseño de módulos fotovoltaicos reconfigurables que, según se informa, pueden proporcionar un rendimiento energético un 10% superior al de los paneles fotovoltaicos convencionales resistentes a la sombra con interconexiones fijas y seis diodos de derivación en escenarios de sombreado parcial.

“Normalmente, un módulo fotovoltaico reconfigurable consta de dos o más bloques de células solares conectados a una matriz de conmutación”, explican los científicos. “La matriz de conmutación puede modificar dinámicamente las interconexiones eléctricas entre los bloques en función de las condiciones de iluminación y maximizar la potencia de salida del módulo”.

En el estudio “Electrical performance of a fully reconfigurable series-parallel photovoltaic module” (Rendimiento eléctrico de un módulo fotovoltaico serie-paralelo totalmente reconfigurable), publicado en Nature Communications, el grupo de investigación afirma que su trabajo representa el primer intento de validar módulos reconfigurables mediante prototipos instalados en condiciones de funcionamiento realistas.

Los académicos implementaron una matriz de conmutación con MOSFETs que, según ellos, permite al módulo adoptar 27 configuraciones eléctricas serie-paralelo diferentes. Éstas se clasifican como s1p6, s2p3, s3p2 y s6p1, indicando el primer número cuántos bloques se conectan en serie formando una cadena, y el segundo cuántas cadenas de bloques conectados en serie se conectan en paralelo.

Los científicos dijeron que podían identificar la mejor configuración del módulo teniendo en cuenta las condiciones de iluminación mediante un algoritmo de reconfiguración sincrónica, que mide la corriente de cortocircuito de los seis bloques de células.

“Cuando el módulo fotovoltaico está iluminado uniformemente, se elige la configuración s6p1, ya que proporciona la corriente más baja y minimiza las pérdidas Joule”, explican. “Por otro lado, cuando el módulo FV está parcialmente sombreado, se elegirán configuraciones con bloques interconectados en paralelo para reducir las pérdidas por desajuste de corriente”.

El equipo comparó el rendimiento de un prototipo de panel reconfigurable con el de un panel de referencia con interconexiones fijas durante cuatro meses en diferentes condiciones de sombreado. “Se utilizaron diferentes longitudes de barra para sombrear y des-sombrear progresivamente los bloques durante el amanecer y el atardecer”.

Las pruebas demostraron que, sin ningún tipo de sombreado, el panel de referencia producía un 1,9% más de energía que el módulo reconfigurable debido a las pérdidas resistivas adicionales en la matriz de conmutación de este último. En cambio, el módulo fotovoltaico reconfigurable produjo entre un 4,8% y un 13,7% más de energía que el panel de referencia en condiciones de sombreado, y un rendimiento medio superior del 10,2%.

El grupo especificó que el rendimiento del módulo reconfigurable no incluye la energía consumida por la matriz de conmutación y los circuitos de detección.”

“Durante todos los experimentos de sombreado, alrededor del 40% de la energía fue suministrada por la configuración s1p6, en la que los seis bloques de células están conectados en paralelo”, declararon los investigadores.” Aunque la s1p6 es la más tolerante a las sombras de las 27 configuraciones posibles, también es la que genera las corrientes más altas y, por tanto, puede provocar las mayores pérdidas a nivel de sistema.”

De cara al futuro, dijeron que quieren probar algoritmos asíncronos y utilizar un microcontrolador en la caja de conexiones inteligente.