El impacto de las tasas de degradación de los paneles fotovoltaicos basadas en el clima en los inversores

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Fuente: https://www.pv-magazine.com/

Una nueva investigación realizada en Bélgica muestra la importancia de evaluar la confiabilidad de los inversores incluyendo las tasas de degradación de los paneles fotovoltaicos basadas en el clima. Los científicos descubrieron que, especialmente en climas cálidos y áridos, los inversores fotovoltaicos deberían diseñarse con parámetros superiores al valor estándar.

Estructura típica de un sistema fotovoltaico monofásico conectado a la red Imagen: Universidad Hasselt, heliyon, Licencia Creative Commons CC BY 4.0

Científicos de la Universidad Hasselt de Bélgica han descubierto que las tasas de degradación de los módulos solares basadas en el clima podrían tener un impacto significativo en la electrónica de potencia de los sistemas fotovoltaicos.

En el estudio » Evaluación del impacto de las tasas de degradación basadas en el clima de los paneles fotovoltaicos en la confiabilidad del inversor en sistemas de energía solar conectados a la red «, publicado recientemente en Heliyon , los académicos advirtieron que el uso de tasas de degradación basadas en el clima similares para los sistemas fotovoltaicos en todos zonas climáticas en todo el mundo representa una “aproximación poco realista” que puede conducir a resultados engañosos. «Esto puede dar como resultado una sobreestimación o subestimación de la vida útil de la energía fotovoltaica y, posteriormente, afectar las estimaciones de confiabilidad de la electrónica de potencia», agregaron.

El grupo de investigación evaluó las tasas de degradación de los paneles en función del estrés climático en tres ubicaciones geográficas distintas: Genk en Bélgica, Accra en Ghana y Kabd en Kuwait. Estas ubicaciones representan climas moderados, cálidos y húmedos, y cálidos y secos, respectivamente.

Utilizó un enfoque basado en la física que consideró datos meteorológicos como la temperatura ambiente, la irradiancia, la velocidad y dirección del viento, así como propiedades de los materiales como constantes ópticas, térmicas y eléctricas, y espesores de cada capa del módulo. También tuvo en cuenta parámetros del panel como los coeficientes de temperatura, la eficiencia cuántica externa y el diseño de interconexión.

Los investigadores explicaron que los transistores bipolares de puerta aislada (IGBT), que son los dispositivos de conmutación del inversor fotovoltaico, son extremadamente sensibles a las altas temperaturas y, sin una gestión adecuada, pueden provocar fallos o reducir su vida útil.

“Cada vez que se enciende un IGBT, se generarán pérdidas de energía dentro de las capas de material, y estas pérdidas de energía pueden generar calor dentro del IGBT”, explicaron. «En consecuencia, cada activación induce un ciclo térmico atribuido a estas pérdidas de energía».

El equipo analizó las posibles tasas de degradación en un sistema fotovoltaico estándar de 4 kW que incluye un convertidor elevador CC-CC y un inversor monofásico utilizando cuatro IGBT con una tensión nominal de 700 V y una corriente nominal de 40 A. Consideró un escenario sin tasa de degradación intrínseca del módulo solar y un escenario que tiene en cuenta la tasa de degradación intrínseca de la energía fotovoltaica.

A través de una serie de simulaciones, los investigadores descubrieron que el inversor del sistema fotovoltaico ubicado en Kabd tiene una vida útil mucho más corta que los inversores ubicados en Genk y Accra.

«El inversor fotovoltaico en Kabd experimenta tensiones térmicas sustanciales sin los efectos de la degradación fotovoltaica, y el IGBT puede fallar en sólo cinco años, lo que provocaría un fallo del inversor fotovoltaico en sólo 3,8 años», subrayaron. “Con la introducción de la degradación fotovoltaica lineal, la vida útil del inversor fotovoltaico en Kabd aumentará a 5,8 años, pero aún está por debajo de la de las otras dos ubicaciones. El modelo de degradación fotovoltaica basado en la física aumentará la vida útil de Kabd a unos 6,5 años”.

El grupo concluyó que la implementación de sistemas fotovoltaicos en climas cálidos y áridos podría requerir diferentes parámetros para el diseño de los inversores. «Estos resultados demuestran la importancia de incorporar varios factores y parámetros al evaluar la confiabilidad de un inversor fotovoltaico y su dispositivo de conmutación», afirmó.

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