Investigadores del Instituto Indio de Tecnología de Bombay han analizado la viabilidad tecnoeconómica de mejorar las plantas fotovoltaicas (FV) con módulos degradados reconfigurándolos.
El equipo modelizó en Python una planta fotovoltaica a escala comercial e investigó distintas estrategias de reconfiguración y modos de degradación, analizando la viabilidad económica del proyecto para la India y Estados Unidos.
«En varios escenarios probables, la reconfiguración podría ser la única opción que les queda a los operadores de las centrales para mejorar la producción de energía con los módulos existentes», afirma el grupo. «En este documento, la reconfiguración se define como el cambio de las posiciones eléctricas de los módulos fotovoltaicos dentro de un bloque conectado a una caja de monitorización de strings (SMB) para mejorar el rendimiento de todo el conjunto fotovoltaico. El mismo proceso podría repetirse en los demás bloques conectados a otras SMB para obtener una mejora del rendimiento a nivel del inversor central o de toda la central».
La central a escala comercial simulada se basaba en módulos de 315 W, con 30 de ellos conectados en cadena, lo que daba una potencia total de 9,45 kW. Otros 10 paneles se conectaron en paralelo a la SMB, alcanzando una potencia de 94,5 kW, mientras que 10 SMB se conectaron a un inversor central para una potencia total de 945 kW. La planta a escala comercial tenía 30 de estos inversores, con lo que la capacidad de la planta era de 28,35 MW.
Diferentes tipos de degradación
Inicialmente, se investigaron dos modos de degradación. El primero era la reducción de la resistencia en derivación (Rsh), normalmente causada por la degradación inducida por potencial (PID) en climas cálidos y húmedos. El segundo era el aumento de la resistencia en serie (Rs), normalmente provocado por la corrosión, la degradación de la interconexión o problemas de unión de la soldadura. En ambos casos, el equipo intentó reconfigurar los sistemas agrupando módulos similares en nuevas cadenas. Sin embargo, esto sólo dio lugar a una mejora en el primer caso (2,72%), mientras que el rendimiento empeoró en el segundo (-0,64%).
Tras este experimento, ese equipo se centró únicamente en los casos de reducción no uniforme de la corriente, como los que implicaban una degradación de Rsh en PID, ya que se descubrió que la reconfiguración tenía potencial en esos casos. Se esbozaron seis estrategias diferentes -denominadas C1, C2, C3, C4, C5 y C6- para los escenarios propuestos, con diferentes cargas de costo. En conjunto, la C6 requiere reconfigurar el 10% de los módulos, la C5 el 20%, la C4 el 40%, la C1 el 50%, la C2 el 80% y la C3 el 90%.
El grupo explicó que la estrategia C1 requiere elegir los 15 módulos superiores de cada cadena y crear cadenas nuevas, mientras que C2 divide cada cadena en cinco conjuntos de seis módulos cada uno y calibra estos conjuntos en orden descendente de factor de llenado (FF) medio para todos los conjuntos generados a partir de las 10 cadenas. Además, C3 divide la cadena en 10 conjuntos de 3 módulos cada uno y ordena estos conjuntos en orden descendente del FF medio para todos los conjuntos generados a partir de las 10 cadenas. Además, C4, C5 y C6 tienen diferentes valores de módulos y los intercambios de módulos asociados necesarios».
Resultados
El análisis demostró que la estrategia C6 ayudó al rendimiento a ganar un 0,3212%, mientras que C5 y C4 ganaron un 0,9899% y un 2,4053%, respectivamente. C1 ganó un 2,713%, y C2 y C3 un 3,65% y un 3,7923%, respectivamente. Desde el punto de vista económico, las estrategias que exigen un ritmo diferente de cambio de paneles resultan más viables cuando los costos de los módulos son más bajos.
«Si el 100% de los módulos de una matriz de 30 x 10 tuvieran que cambiar de posición, se necesitarían 150 intercambios y, con 10 personas, se podría terminar en un día», explican los académicos. «Suponiendo que el costo de mano de obra en India es de 0,74 dólares/h y en Estados Unidos de 7,25 dólares/h y 8 horas de trabajo al día, el costo de mano de obra por cambio de módulo en India es de 0,198 dólares/módulo y en Estados Unidos de 1,93 dólares/módulo. Así, 100 personas podrían reconfigurar toda la planta de 28,35 MW en aproximadamente un mes».
Basándose en estos resultados, el equipo llegó a la conclusión de que la reconfiguración puede tener sentido desde el punto de vista económico cuando se cumplen algunas condiciones cruciales, como una pequeña muestra de I-V a nivel de módulo, bajos costos de mano de obra y un corto plazo de amortización. La reconfiguración también sería viable cuando hay grietas en las células o suciedad permanente debida a la cementación, concluyó el grupo.
Su trabajo se presentó en «Viability of performance improvement of degraded Photovoltaic plants through reconfiguration of PV modules» (Viabilidad de la mejora del rendimiento de plantas fotovoltaicas degradadas mediante la reconfiguración de módulos fotovoltaicos), publicado en Solar Energy.
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