Medición Precisa de Módulos Fotovoltaicos de Alta Eficiencia: Desafíos y Soluciones

Los módulos fotovoltaicos de alta eficiencia presentan una capacitancia elevada, lo que puede generar errores al medir curvas I-V si no se realiza correctamente. Además, esta capacitancia puede provocar una fuerte corriente de entrada, representando un desafío para los trazadores de curvas e incluso impidiendo la medición en algunos casos.

Los analizadores fotovoltaicos de alta presición han sido diseñados específicamente para medir con precisión estos módulos y gestionar la corriente de entrada de las cadenas de alta eficiencia. Sin embargo, se pueden tener presentes ciertas limitaciones relacionadas con la eficiencia del módulo.

La física detrás de la capacitancia en los módulos fotovoltaicos.

Además de generar corriente continua, los módulos fotovoltaicos poseen características dinámicas o de corriente alterna, destacando la capacitancia de la celda fotovoltaica. Esta propiedad influye especialmente cuando el punto de operación cambia rápidamente, como ocurre durante un barrido de curva I-V.

Existen dos tipos principales de capacitancia en las celdas solares: una capacitancia de unión de tipo placa paralela, de valor moderado, y una capacitancia de difusión significativamente mayor, asociada con los electrones excitados dentro de las capas semiconductoras. La capacitancia de difusión aumenta con el voltaje de la celda y la irradiancia, y se incrementa aún más en celdas de alta eficiencia debido a la mayor vida útil de las cargas dentro de la celda. En módulos fotovoltaicos de alta eficiencia, esta capacitancia puede alcanzar valores en el rango de los microfaradios.

Si bien se suele considerar que los módulos con una eficiencia superior al 19 % son de «alta eficiencia», en realidad, la eficiencia se encuentra en un continuo sin una división estricta.

Origen de la Carga Almacenada
Incluso en ausencia de una carga externa, dentro de una celda fotovoltaica ocurren múltiples fenómenos. Los fotones de la luz solar excitan electrones que se liberan del cristal semiconductor. Sin un circuito externo que disipe la carga, estos electrones se desplazan a través de las capas semiconductoras fuera de la región de unión. En celdas de alta eficiencia, los electrones excitados tienen una vida útil más prolongada antes de recombinarse, lo que da lugar a una mayor cantidad de carga almacenada temporalmente.

Corriente inrush

El segundo efecto de la capacitancia de difusión se manifiesta al inicio del barrido I-V, cuando la carga libre se desplaza rápidamente hacia el trazador de curvas. En ese momento, se genera un breve pero intenso «pico» de corriente que fluye desde la cadena fotovoltaica hacia la carga del trazador. Si esta corriente de entrada es demasiado alta, puede impedir la medición de la curva I-V. En tales casos, Los equipos de alta calidad emitirán una advertencia de «pulso de sobrecorriente», mientras que otros trazadores de curvas podrían indicar que la corriente es «inestable».

Gestión de la Corriente de Entrada en Módulos de Alta Eficiencia

Los analizadores de curvas I-V deben ser capaces de gestionar la corriente de entrada de módulos fotovoltaicos de alta eficiencia. Cuando se trabaja con cadenas individuales, estas pueden soportar corrientes de hasta 10 A sin mayores inconvenientes. Sin embargo, en configuraciones donde varias cadenas están conectadas en paralelo, es necesario medirlas una por una para evitar errores.

Algunos módulos están diseñados con celdas agrupadas en paralelo, lo que puede elevar el valor nominal de la corriente de cortocircuito (Isc) por encima de 18 A. En estos casos, una cadena de módulos puede comportarse como dos cadenas de alta eficiencia en paralelo, lo que genera un aumento en la corriente de entrada. Por esta razón, se recomienda que las cadenas de módulos con eficiencia superior al 19 % mantengan corrientes por debajo de 10 A para asegurar mediciones precisas y evitar interrupciones en el análisis de curvas I-V.

Métodos para Reducir la Corriente de Entrada

Para evitar problemas durante la medición, se pueden aplicar varias estrategias:

1. Reducir la corriente total de la cadena
   • Dividir cadenas en paralelo en configuraciones individuales.
   • Ajustar la orientación del seguidor solar para reducir la irradiancia.
   • Medir en momentos del día con menor irradiancia (mañana o tarde).
2. Reducir el voltaje de la cadena
   • Dividir cadenas largas en secciones más cortas.

Cuando se separan cadenas en paralelo, se puede conectar el trazador de curvas a los extremos de cada cadena individual o, alternativamente, realizar la conexión en el extremo del cable troncal, permitiendo que un operador conecte las cadenas al sistema una por una.

Datos Necesarios en Campo para la Medición de Curvas I-V en Paneles de Alta Eficiencia

Para desarrollar un servicio de medición eficiente en paneles de alta eficiencia, es fundamental recopilar ciertos datos en campo.

1. Información del Sistema Fotovoltaico

• Cantidad total de módulos en el sistema.
• Tipo de módulo (monofacial, bifacial, tecnología PERC, etc.).
• Eficiencia nominal de los módulos.
• Voltaje y corriente nominal de cada módulo (Voc, Isc, Vmp, Imp).
• Configuración de las cadenas de módulos (cantidad de módulos en serie y en paralelo).
• Tipo de inversor y su configuración (si aplica).

2. Condiciones Ambientales en el Momento de la Medición

• Irradiancia solar en W/m² (medida con piranómetro o sensor de referencia).
• Temperatura ambiente y de los módulos (idealmente con termopar de contacto).
• Velocidad y dirección del viento (puede afectar la temperatura de los módulos).
• Presencia de sombras parciales o suciedad en los módulos.

3. Información Eléctrica y de Conexión

• Ubicación y accesibilidad de las cajas combinadoras o puntos de medición.
• Longitud y calibre de los cables utilizados en la instalación.
• Conexión a tierra del sistema y su estado.
• Existencia de fusibles o dispositivos de protección en las cadenas.

4. Factores que Pueden Impactar la Medición

• Horario disponible para la medición (idealmente en condiciones de irradiancia estable).
• Posibles fluctuaciones de irradiancia (cielos parcialmente nublados o presencia de sombras intermitentes).
• Historiales de irradiancia del año.
• Disponibilidad de diagramas eléctricos del sistema, como construido y actualizados.
• Histórico de mantenimiento o eventos en el sistema (fallas previas, cambios en los módulos, etc.).

Conclusión

La medición de curvas I-V en módulos fotovoltaicos de alta eficiencia requiere un enfoque preciso debido a su alta capacitancia. Si el barrido se realiza demasiado rápido, pueden generarse errores en la curva, mientras que una corriente de entrada elevada puede impedir la medición por completo si no se gestiona correctamente.

Para obtener resultados precisos, es recomendable utilizar técnicas de medición que permitan realizar el barrido con la velocidad adecuada: lo suficientemente lento para evitar distorsiones causadas por la capacitancia, pero lo suficientemente rápido para minimizar los efectos de variaciones en la irradiancia. Además, es fundamental evitar sobrecargas térmicas y gestionar adecuadamente la corriente de entrada.

Aplicar buenas prácticas en la medición y utilizar configuraciones adecuadas para cada tipo de módulo garantizará datos confiables y un análisis eficiente del rendimiento de los sistemas fotovoltaicos.