Un equipo de investigación internacional ha propuesto una novedosa técnica de reconfiguración para paneles fotovoltaicos que funcionan bajo sombras fijas y móviles.
El enfoque propuesto utiliza un método de sudoku con asteriscos para determinar la forma óptima de conectar los paneles del conjunto, eliminando el sombreado de los grupos, reduciendo significativamente las pérdidas por desajuste y evitando la dependencia.
«El sudoku con asteriscos es una variante del popular rompecabezas basado en la lógica que introduce una restricción única: un conjunto de nueve celdas dispuestas en forma de asterisco debe contener los dígitos del 1 al 9 sin repeticiones», explicó el equipo. «Las celdas asterisco interactúan con filas, columnas y subcuadrículas, lo que añade otra capa de complejidad lógica. La distribución y el número de pistas afectan al esquema de interconexión, que se utiliza para mejorar el comportamiento eléctrico del panel fotovoltaico, reduciendo las pérdidas por desajuste y aumentando la producción de energía».
Los científicos utilizaron el algoritmo para reconfigurar un conjunto fotovoltaico de 9 x 9 dividido en bloques de 3×3, dispuestos en forma de T. Esos bloques en forma de T agrupados se identificaron como sombreados o no, y el algoritmo los reorganizó de manera que se distribuyeran uniformemente en filas y columnas. En la práctica, los diferentes bloques se vuelven a cablear dentro del conjunto.
A continuación, el método propuesto se comprobó en MATLAB Simulink, simulando el conjunto de 9×9 con una capacidad de panel de 400,32 W. Se analizaron las métricas de rendimiento clave, incluidas las características I-V y P-V, bajo cuatro patrones de sombreado, a saber, corto y ancho (SW), largo y ancho (LW), corto y estrecho (SN) y largo y estrecho (LN).
Se comprobó la disposición óptima tanto con sombras fijas como móviles. Además, también se comparó con otros métodos de reorganización, como el cuadrado dominante (DS), el cruce total (TCT), el sudoku asesino (KSDK) y el caballo de ajedrez.
Resumen gráfico de la técnica del sudoku.
Imagen: Universidad Hamad Bin Khalifa, Energías Renovables, CC BY 4.0
«El método propuesto mostró una mejora significativa, logrando una ganancia de potencia máxima de 1339,74 W en SW y un aumento de 397,87 W en LW en comparación con la disposición KSDK», destacaron los académicos. «Este enfoque redistribuye los efectos de sombreado, equilibrando las corrientes de las filas y columnas para minimizar las pérdidas de energía y mejorar la eficiencia. El método mantiene un factor de llenado más alto y una potencia de salida estable, lo que lo hace ideal para la reconfiguración en tiempo real de los paneles fotovoltaicos».
Además, el grupo validó los resultados de su simulación mediante un montaje experimental, que se instaló en Doha durante dos días consecutivos de septiembre. La irradiancia horizontal global (GHI) alcanzó un pico de 900 W/m², mientras que las temperaturas alcanzaron un máximo de 43 °C. Utilizaron un conjunto fotovoltaico de 3×3, compuesto por módulos policristalinos de 240 W, y emplearon materiales geotextiles para replicar los patrones de sombreado teóricos.
La validación experimental confirmó la eficacia de la nueva metodología para mitigar las pérdidas por desajuste y maximizar el rendimiento energético bajo sombreado parcial.
«Además, su mejorada redistribución espacial de los módulos sombreados mitiga eficazmente los efectos de sombreado en grupo, reduciendo las pérdidas por desajuste sin necesidad de hardware adicional ni controles complejos», concluyó el grupo. «Estos resultados demuestran que el método T-swap basado en el sudoku con asteriscos no solo optimiza la producción de energía y la eficiencia bajo sombreado parcial, sino que también ofrece un rendimiento energético anual y una rentabilidad económica superiores, lo que confirma su solidez y escalabilidad para la reconfiguración dinámica de los paneles fotovoltaicos».
Sus conclusiones se presentaron en «Performance analysis of a new PV array reconfiguration approach: Simulations and outdoor experiments under fixed and moving shadows» (Análisis del rendimiento de un nuevo enfoque de reconfiguración de paneles fotovoltaicos: simulaciones y experimentos al aire libre bajo sombras fijas y móviles), publicado en Renewable Energy. El estudio fue realizado por investigadores de la Universidad Hamad Bin Khalifa de Qatar y la Universidad de Ciencia y Tecnología de Pohang de Corea del Sur.
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