Solución contra las Sombras en los Paneles Solares

Los paneles solares a menudo encuentran sombra de diversas fuentes, que pueden ser estacionales y únicas para cada hogar. El sombreado varía en la naturaleza, desde sombreado dinámico como nubes en movimiento, nieve, excrementos de pájaros o polvo hasta sombreado estático como edificios o árboles. El sombreado resulta de obstrucciones ambientales, siendo las fuentes dinámicas temporales y las fuentes estáticas más duraderas.

A pesar de ello, los paneles solares todavía funcionan bajo sombra . La mayoría de los paneles solares en los tejados comienzan a generar electricidad poco después del amanecer en los días despejados. Pero, ¿la sombra afecta la eficiencia de la generación de energía con paneles solares?

En este artículo, explicaremos el impacto de la protección solar en su rendimiento y eficiencia, y presentaremos 4 soluciones flexibles para la protección solar con paneles solares.

 

 

¿Qué pasa si le llega sombra un panel solar?

Los paneles solares generan electricidad a través del efecto fotovoltaico, que se produce cuando la luz del sol incide en la superficie de las células solares dentro del panel. Estas células solares suelen estar hechas de materiales semiconductores, como el silicio, que absorben fotones de la luz solar y liberan electrones. Este flujo de electrones genera una corriente eléctrica, que puede aprovecharse como electricidad.

El principio de los paneles solares indica que producen electricidad en correlación directa con la exposición a la luz solar. La protección de un panel solar disminuye la luz solar que llega a las células y, en consecuencia, reduce su producción eléctrica.

Los paneles solares se pueden conectar en serie o en paralelo . Sin embargo, incluso en condiciones de iluminación idénticas y especificaciones del sistema de paneles solares, el sombreado afecta a los paneles de manera diferente según su método de conexión.

 

 

El efecto sombra en los paneles fotovoltaicos en serie

En la mayoría de los casos, los paneles solares están conectados en serie. Los paneles solares generalmente se conectan en serie para aumentar el voltaje, reducir las pérdidas de corriente y simplificar el diseño y la instalación del inversor.

Sin embargo, si el lugar de instalación tiene sombra, agregar paneles solares en serie no es la mejor configuración. Si un panel está sombreado, la corriente disminuirá. En una conexión en serie , la corriente está determinada por el valor más bajo de la cadena.

Supongamos que tres paneles solares de 200w con un voltaje de potencia máximo de 21V y una corriente de potencia máxima de 9.52A están conectados en serie. En condiciones ideales, la cadena producirá 600 W de potencia.

Si un panel solar está sombreado, la corriente podría caer a 5 A , mientras que el voltaje permanece sin cambios. La salida final será de 315 W (5 A x 21 V x 3) y la eficiencia general de la cadena disminuirá en un 48,5 % .

En este caso, la instalación de diodos de derivación puede aislar el panel solar sombreado, desviar la corriente y “evitar” los paneles de bajo rendimiento para que ya no afecten a todo el sistema. Sin embargo, esto todavía resulta en la pérdida de salida de los paneles anulados. En el escenario descrito, la potencia total de salida de la cadena sería de 400W.

 

El efecto sombra en los paneles fotovoltaicos en serie

En los sistemas de paneles solares conectados en paralelo, el impacto de la sombra es relativamente mínimo porque en los circuitos en paralelo, el voltaje permanece constante mientras las corrientes se suman . Tomando como ejemplo tres paneles con un voltaje de potencia máximo de 21 V y una corriente de potencia máxima de 9,52 A, cuando se conectan en paralelo, lo ideal es que el sistema genere 600 W de potencia.

Si uno de los paneles solares está sombreado, reduciendo la corriente a 5 amperios, la potencia total de salida del sistema de paneles solares sería de aproximadamente 505 W ((9,52 + 9,52 + 5) A x 21 V). Esto representa una disminución del 16% en la eficiencia de generación de energía.

 

¿Cuánto produce una placa solar a la sombra?

Como regla general, la energía producida por los paneles solares es aproximadamente la mitad cuando están a la sombra de la luz solar directa.

Sin embargo, la eficiencia de los paneles solares bajo sombra no tiene un valor exacto, ya que está influenciada por múltiples factores. Incluso con especificaciones idénticas de paneles solares y áreas de sombra iguales, el impacto varía en diferentes condiciones. Factores como la intensidad de la luz, la ubicación geográfica, el ángulo de inclinación del techo y la orientación influyen.

A pesar de esto, la sombra no significa que no puedas beneficiarte de los paneles solares residenciales si tu techo tiene sombra durante todo el día. A través de diseños cuidadosamente diseñados o empleando ciertas tecnologías , es posible superar los problemas de sombra.

 

Solucines contra las Sombras en los Paneles Solares

Los diodos de derivación y los paneles solares paralelos mencionados anteriormente pueden mitigar en cierta medida la disminución de la eficiencia de generación de energía causada por la sombra, pero no siempre son las mejores soluciones.

Por ejemplo, es posible que las cadenas paralelas no cumplan con los requisitos de voltaje y los diodos de derivación solo pueden reducir a cero la contribución de energía de los paneles solares sombreados.

No pueden maximizar la energía recolectada de los paneles sombreados para minimizar las pérdidas.

Más allá de estos dos métodos, introduciremos 4 tipos de dispositivos para maximizar de manera más flexible la eficiencia de generación de energía de los sistemas de paneles solares, asegurando que los paneles sombreados no afecten el rendimiento de otros en el sistema.

 

Solución 1 - Microinversor

Los microinversores son adecuados para manejar problemas de sombra porque convierten CC en CA a nivel del panel, lo que permite que cada panel solar funcione independientemente de los demás en el conjunto. Esto significa que incluso si un panel solar está a la sombra, aún puede generar electricidad a partir de la luz solar disponible, mientras que los otros paneles continúan produciendo energía a su máxima capacidad.

 

Solución2 - Inversor con detección de sombra

Algunos fabricantes integran diodos de derivación en sus paneles solares. Dado que los diodos de derivación permiten que el inversor "salte" paneles sombreados en lugar de operar a una corriente más baja, la curva de potencia de una matriz parcialmente sombreada se ve diferente a la de una matriz sin sombra. Como se muestra en la figura a continuación, la primera tendrá múltiples picos.

Sin embargo, los algoritmos tradicionales de Seguimiento del Punto de Máxima Potencia (MPPT) no pueden rastrear el Punto de Máxima Potencia Global (GMPP) bajo sombreado parcial, lo que hace que el inversor elija un Punto de Máxima Potencia Local subóptimo.

Para abordar este problema, puede optar por un inversor consciente de sombreado, como la serie SOLXPOW de inversores de almacenamiento de energía de PowMr. Este cuenta con un avanzado Algoritmo de Seguimiento MPP con Escaneo de Sombra, que escanea continuamente los puntos de potencia a nivel de cadena en intervalos regulares para determinar el punto de máxima potencia exacto (GMPP). Posteriormente, ajusta el punto de operación basado en este GMPP para maximizar el rendimiento de su planta fotovoltaica en caso de sombreado.

Solución 3 - Inversor solar con MPPT múltiple

Los inversores multi-MPPT se utilizan habitualmente en tejados con diversas orientaciones y ofrecen una solución robusta para dar sombra. Al planificar cuidadosamente la cantidad y el diseño de los paneles solares en los tejados en función de la estructura del techo y las condiciones de iluminación, cada panel se puede conectar a inversores equipados con dos o más rastreadores del punto de máxima potencia (MPPT). Estos seguidores ajustan el voltaje para que coincida consistentemente con el rango de entrada preferido del inversor, maximizando la extracción de energía de cada cadena de paneles solares , incluso bajo sombra parcial.

Básicamente, los inversores multi-MPPT permiten el funcionamiento independiente de cada cadena, optimizando la salida en diferentes condiciones de sombra. Esta flexibilidad garantiza que el sombreado tenga un impacto mínimo en el rendimiento del sistema, lo que reduce la pérdida de energía y mejora la eficiencia general.

 

Solución4 - Controlador de carga / Inversor para funcionamiento en paralelo

Controlador de carga solar para funcionamiento en paralelo

De manera similar a varios inversores MPPT, puede diseñar de manera flexible cada cadena de acuerdo con las condiciones reales y conectarlas a cada controlador de carga solar en conexión paralela .

Una vez montado todo el sistema de energía solar, cada controlador de carga realiza un seguimiento óptimo de los puntos de funcionamiento de los diferentes sistemas de paneles solares. Posteriormente, una comunicación paralela especializada garantiza el intercambio de datos para maximizar la producción de energía y cargar las baterías de forma segura.

Inversor solar para funcionamiento en paralelo

Los inversores que funcionan en paralelo dentro del sistema gestionan cadenas separadas, lo que garantiza que los paneles solares sombreados e iluminados por el sol funcionen de forma independiente y eficiente. Esta configuración no sólo optimiza la generación de electricidad sino que también facilita la escalabilidad futura del sistema de paneles solares existente.

Estos inversores son capaces de admitir cargas y expansiones de CA más grandes, lo que los hace versátiles y rentables en comparación con los microinversores. Este diseño garantiza que cada conjunto funcione a su máximo rendimiento, sin verse afectado por las condiciones de los conjuntos adyacentes.

En general, los inversores paralelos ofrecen solidez en el diseño del sistema, respaldando tanto las operaciones actuales como el crecimiento futuro de la capacidad de energía solar, al tiempo que reducen potencialmente los costos generales de instalación.

Preocupaciones comunes sobre la iluminación solar

¿Pueden funcionar los paneles solares sin sol directo?

Los paneles solares pueden generar electricidad incluso sin luz solar directa. Todavía pueden producir energía en días nublados o cuando el cielo está parcialmente nublado. Esto se debe a que pueden aprovechar la luz solar difusa y aun así convertirla en electricidad a través de sus células fotovoltaicas. Si bien son más eficientes bajo la luz solar directa, pueden funcionar con niveles de eficiencia reducidos en condiciones de luz indirecta.

 

¿Los paneles solares funcionan en días nublados o lluviosos?

Sí, los paneles solares pueden funcionar tanto en días nublados como lluviosos. Si bien su eficiencia puede ser menor en comparación con los días soleados, aún pueden generar electricidad. El clima nublado reduce la intensidad de la luz solar que llega a los paneles, pero aún pueden convertir la luz disponible en electricidad. Por lo general, la lluvia no afecta su funcionalidad, aunque una lluvia muy intensa o escombros podrían reducir temporalmente la producción hasta que se limpien.