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Energia solar
Preguntas frecuentes sobre el seguimiento de curvas
16
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¿Que es el trazado de curva solar I-V fotovoltaica?
La energía eléctrica producida por una célula o módulo fotovoltaico solar es una función de las características de corriente (I) y voltaje (V). La medición de la relación entre corriente y voltaje al tiempo que varía la carga eléctrica conectada a la celda o módulo FV de circuito abierto a cortocircuito produce una curva característica de corriente versus voltaje (IV) Los puntos donde la curva se encuentra con la corriente y el eje de voltaje son la corriente de cortocircuito Is / cy el voltaje de circuito abierto Vo / c respectivamente.
La potencia es el producto del voltaje y la corriente, por lo que la curva de potencia vs voltaje que se puede generar a partir de los datos medidos de voltaje y corriente. La curva de potencia vs voltaje muestra el punto en el cual la potencia es máxima (Pmax). El punto de potencia máxima correspondiente Mpp se muestra en la curva IV. Cargar el módulo fotovoltaico de modo que la corriente sea Impp y el voltaje sea Vmpp hará funcionar el módulo fotovoltaico en el punto de máxima potencia (Mpp) y dará como resultado la máxima generación de energía.
¿Qué es STC y por qué es importante?
Todos los módulos fotovoltaicos tienen información que se muestra en la placa de características que se relaciona con el rendimiento del módulo, incluidos los valores de voltaje de circuito abierto (Vo / c), corriente de cortocircuito (Is / c), voltaje y corriente en el punto de máxima potencia (Vmpp e Impp ) y la potencia máxima (Pmax). Cuando se producen módulos fotovoltaicos, los fabricantes verifican el rendimiento y determinan los valores de la placa de características realizando una medición de curva IV.
El voltaje y la corriente producidos por un módulo PV dependen del nivel de irradiancia, el contenido espectral de la irradiancia y la temperatura del módulo. Si los datos de la placa de características del módulo fotovoltaico son significativos, debemos conocer las condiciones en las que se realizaron las mediciones. Los fabricantes miden los valores de la placa de clasificación en condiciones de prueba estándar (STC) con una irradiancia de 1000W / m2, una temperatura del módulo de 25oC y utilizando una fuente de irradiancia equivalente a una masa de aire AM = 1.5.
Si queremos comparar los datos de rendimiento medidos en el campo directamente con los valores de la placa de características, las mediciones deben convertirse a STC. La conversión requiere valores medidos para el nivel de irradiancia y la temperatura del módulo FV en el momento de la medición.
¿Dónde se debe colocar el sensor de temperatura del módulo fotovoltaico?
IEC 61829: 2015 Matriz fotovoltaica (PV): la medición in situ de las características de voltaje de corriente recomienda que un sensor térmico plano con cables finos se conecte mecánicamente directamente a la lámina posterior en el medio de un módulo. El sensor térmico debe estar al menos a 10 cm de cualquier caja de conexiones, pero frente a una parte activa del módulo. El método de conexión no debe cambiar la temperatura del módulo fotovoltaico.
¿Puedo usar un termómetro infrarrojo para medir la temperatura del módulo fotovoltaico?
La precisión de cualquier dispositivo de medición de temperatura infrarroja está influenciada por la emisividad (capacidad de emitir energía infrarroja) de la superficie que se está midiendo. Un termómetro infrarrojo solo debe usarse si ha sido calibrado para la emisividad de la lámina posterior del módulo FV de manera que la precisión de la medición de temperatura cumpla con los ± 1 ° C requeridos por IEC 61829: 2015
¿Cómo se mide la irradiancia solar?
Los equipos de medición de irradiancia solar utilizados durante la evaluación de los módulos fotovoltaicos deben tener una respuesta espectral que coincida con la del módulo o sistema fotovoltaico bajo prueba.
Existen dos métodos de medición de irradiancia definidos y aceptados por las normas internacionales que cubren la medición del rendimiento de los sistemas fotovoltaicos:
Piranómetro
Un instrumento para medir la intensidad de la irradiancia solar, normalmente utilizado para medir la irradiancia global en un plano horizontal. Los piranómetros son generalmente instrumentos de alta precisión y alto costo que utilizan sensores térmicos en una cúpula de vidrio.
Celda de referencia PV
Una celda PV pequeña con una característica conocida de corriente vs irradiancia, construida utilizando la misma tecnología de celda que el sistema PV bajo prueba. Si no se construyen utilizando la misma tecnología celular, se puede hacer una estimación de cualquier incertidumbre. La falta de coincidencia espectral es especialmente preocupante con los módulos de película delgada. Las celdas de referencia comúnmente tienen compensación de temperatura para garantizar que la precisión de la medición no se vea afectada por los cambios de temperatura.
Puede parecer que los instrumentos como medidores de luz, medidores de lux o dispositivos que utilizan sensores de fotodiodos ofrecen una solución de bajo costo para medir la irradiancia, sin embargo, no tienen la misma respuesta espectral que un módulo fotovoltaico; no compensan la temperatura y es probable que introduzcan errores de medición significativos si se usan para aplicaciones fotovoltaicas solares. No son adecuados para la prueba y evaluación del rendimiento del sistema FV.
¿Dónde se debe colocar el medidor de irradiancia solar?
Es importante que el medidor de irradiancia solar esté colocado correctamente en relación con el sistema fotovoltaico bajo prueba para garantizar que se recopilen datos significativos. Variar el ángulo entre la celda de referencia y el sol puede causar cambios significativos en la irradiación medida. El medidor de irradiancia debe colocarse de manera que esté en el mismo plano que el módulo FV dentro de ± 2 °. El medidor de irradiancia debe colocarse de manera que no sombree ninguna parte del sistema FV bajo prueba. Las mediciones precisas y repetibles se logran mejor asegurando mecánicamente el medidor de irradiancia al marco del módulo fotovoltaico.
¿Puedo realizar mediciones de curva IV a bajos niveles de irradiancia?
La forma de la curva IV varía con la irradiancia y, por debajo de un nivel crítico de irradiación, la forma de la curva cambia dramáticamente. Esto puede provocar errores al evaluar el rendimiento del sistema. Se pueden esperar malos resultados cuando las mediciones se toman con baja irradiancia.
Las mediciones de la cadena fotovoltaica y el rendimiento del conjunto deben realizarse en condiciones de irradiancia estable de al menos 400 W / m2, tal como se mide en el plano del conjunto. Para mediciones que se convertirán a STC, IEC 61829: 2015 Matriz fotovoltaica (PV): la medición in situ de las características de corriente-voltaje recomienda que la irradiancia total en el plano sea de al menos 700 W / m2.
¿Qué sucede si la irradiancia cambia durante una medición de curva IV?
Idealmente, las mediciones de la curva IV deben hacerse cuando hay un cielo despejado y poco viento. Los cambios en la irradiancia producirán variaciones en la temperatura del módulo fotovoltaico que pueden afectar la precisión de las mediciones de la curva IV. Si la irradiación ha aumentado significativamente inmediatamente antes de realizar las mediciones, es posible que la temperatura del módulo fotovoltaico no se haya estabilizado. Los cambios en la irradiancia durante una medición de curva IV pueden influir en la forma de la curva IV.
Sin embargo, la realidad es que el tiempo y las restricciones contractuales limitan los períodos en los que es posible realizar una prueba. Las mediciones de la curva IV deben realizarse en las condiciones estables más posibles y deben registrarse las variaciones en la irradiancia y la temperatura del módulo. Si los cambios en la irradiación alteran la forma de la curva IV, la medición debe repetirse.
¿Cuáles son los beneficios del trazado de curvas IV?
La energía es una función de la corriente y el voltaje, por lo que cualquier cosa que reduzca la corriente o el voltaje generado por un sistema FV reducirá la energía que se produce. La forma o el perfil de la curva IV, por lo tanto, proporciona una indicación visual altamente efectiva del rendimiento de un módulo o cadena PV.
Los sistemas de monitoreo de potencia en tiempo real proporcionan una indicación de la potencia real generada, sin embargo, si el rendimiento real es menor que la cifra de diseño, no proporcionan información que se requieren otras herramientas de medición para identificar la causa raíz de un sistema FV de bajo rendimiento.
Si cuando se prueba, la curva IV para la cadena instalada muestra un cambio distinto en el ángulo de inclinación, tiene ‘jorobas’ o cambios en la forma de la curva, entonces esto indicará que algo está mal con uno o más de los módulos individuales .
Por lo tanto, una evaluación de la curva IV durante la instalación o la puesta en servicio o como parte de un período de inspección y prueba de un sistema puede ayudar a verificar que todos los módulos estén en buen estado y funcionen a un nivel consistente en línea con sus parámetros especificados.
¿Por qué es importante el trazado de curvas IV?
La curva IV proporciona un medio rápido y eficaz para acceder al verdadero rendimiento de los módulos o cadenas solares fotovoltaicas. En un sistema PV que funcione correctamente, la forma de la curva debe seguir el perfil normal y los valores medidos de Is / c, Impp, Vo / c, Vmpp y Pmax deben ser los esperados para las condiciones ambientales en el momento de la medición.
Como parte del proceso de fabricación, los módulos se prueban en condiciones estándar (STC) con una irradiancia de 1000W / m2, una temperatura de 25oC y una masa de aire de 1.5. Las mediciones de irradiancia y temperatura capturadas al mismo tiempo que los datos de la curva IV se pueden usar para convertir las mediciones de la curva IV del campo a STC. Las medidas corregidas se pueden utilizar para una comparación directa con las cifras de la placa de características.
En la etapa de fábrica, las pruebas se utilizan para identificar cualquier problema de fabricación y también para verificar la potencia nominal de un módulo en particular para su inclusión en las hojas de datos y especificaciones del producto.
Una vez que se ha instalado un módulo o una cadena en el sitio, se puede realizar el trazado de la curva IV para crear una curva IV operativa para confirmar que la salida de potencia real está cerca del valor previsto del nuevo sistema.
Si existe una discrepancia, el análisis de la forma de la curva IV se puede utilizar para ayudar a identificar la causa raíz del bajo rendimiento y se pueden implementar medidas correctivas.
¿El trazado de curvas IV solo es útil durante la instalación?
No, con el tiempo, el trazado periódico de la curva IV es una herramienta muy efectiva para verificar el deterioro del rendimiento del sistema. Se puede usar para identificar y localizar problemas de cableado o módulos y comparar el rendimiento de generación de energía con los datos de rendimiento anteriores o los datos de garantía del producto. Las mediciones de la curva IV también pueden resaltar el efecto del sombreado parcial o uniforme y demostrar la mejora en el rendimiento después de la limpieza del módulo.
¿Qué es el factor de relleno PV?
El factor de llenado (FF) es la relación entre la potencia real máxima obtenible, representada por el cuadro azul oscuro, y el producto de la corriente de cortocircuito Is / c y el voltaje de circuito abierto Vo / c, representada por el cuadro azul claro.
El Factor de relleno es esencialmente una medida de la eficiencia de un módulo fotovoltaico, el valor máximo teórico depende de factores como el tipo de silicio utilizado para construir el módulo. Sin embargo, la desviación del valor esperado o los cambios en el Factor de llenado pueden proporcionar una indicación de que hay una falla.
¿Cómo afectan la temperatura y la irradiación a las curvas IV?
Existen varios factores que pueden influir en el rendimiento de los módulos fotovoltaicos solares, como la temperatura y la irradiación.
El voltaje de circuito abierto de un módulo fotovoltaico varía con la temperatura de la celda. A medida que aumenta la temperatura, debido a los cambios ambientales o al calor generado por la disipación de energía interna durante la producción de energía, el voltaje de circuito abierto (Voc) disminuye. Esto a su vez reduce la potencia de salida. El diseño de un sistema solar fotovoltaico debe tener en cuenta el coeficiente de temperatura del módulo fotovoltaico, comparando la temperatura celular promedio esperada en su entorno operativo, con los datos STC utilizados para calcular la salida del módulo.
De la misma manera, la irradiación también afectará el rendimiento del módulo, con una reducción de la luz solar que resulta principalmente en una reducción de la corriente y, en consecuencia, una salida de potencia reducida.
Al comparar las curvas IV medidas en el campo con los perfiles pronosticados, se debe tener en cuenta todos estos factores para que la comparación produzca resultados significativos.
¿Cuáles son los problemas típicos que pueden identificarse mediante el trazado de curvas IV?
Las diferencias en la forma de la curva y los factores de relleno asociados con un módulo o picadura en particular pueden indicar un problema en la calidad, el rendimiento de la energía o la instalación correcta del sistema solar fotovoltaico.
Los problemas típicos encontrados con una instalación que tendrá un efecto sobre la curva IV esperada podrían incluir suciedad, sombreado de los módulos, cableado de alta resistencia o problemas de conexión entre módulos, una falta de coincidencia de los módulos causada por las diferencias de fabricación o especificación o las células fotovoltaicas están dañadas .
El trazador de curvas IV se puede utilizar como una herramienta de diagnóstico para identificar, localizar y rectificar cualquiera de estos problemas.
¿Cómo funcionan los trazadores de curvas IV?
Los trazadores de curvas IV son tipos especializados de equipos de prueba que barren una carga eléctrica conectada al módulo o cadena fotovoltaica solar y miden tanto la corriente como el voltaje en múltiples puntos durante el barrido. Los pares de valores de corriente y voltaje se utilizan para trazar una curva IV directamente o para calcular y trazar una curva PV.
Para superar la influencia de factores externos como la temperatura y la irradiación, los trazadores de curvas IV suelen medir y registrar la irradiancia y la temperatura para permitir que las mediciones se conviertan en STC para permitir una comparación precisa con la especificación del módulo PV.
Algunos trazadores IV también incorporan bases de datos de datos del módulo fotovoltaico para permitir que los valores medidos en el campo se comparen inmediatamente con los valores declarados por el fabricante como un medio de verificar la idoneidad para el propósito y el rendimiento de los sistemas instalados.
¿Cómo se clasifica el trazado de la curva IV junto con otras pruebas de puesta en marcha y pruebas fotovoltaicas solares?
La instalación de sistemas solares fotovoltaicos implica no solo pruebas de rendimiento y eficiencia en el momento de la instalación, sino también verificaciones para garantizar que el sistema haya sido cableado de manera correcta y segura. Estos deben repetirse periódicamente para determinar la seguridad y el rendimiento continuos.
‘IEC 62446: 2016 sistemas fotovoltaicos conectados a la red’ define los requisitos mínimos para la documentación del sistema solar fotovoltaico, las pruebas de puesta en marcha y la inspección. Aunque no es obligatorio, varios países ya han adoptado los principios de IEC 62446: 2016 en sus esquemas de acreditación nacionales, incluido el MCS en el Reino Unido.
En resumen, el estándar establece las pruebas, la información y la documentación que se deben proporcionar al cliente después de la instalación de un sistema de módulo solar y también la inspección eléctrica inicial (y periódica) y las pruebas requeridas.
La prueba mínima absoluta que debe llevarse a cabo durante la puesta en marcha implica mediciones de continuidad, voltaje de circuito abierto, corriente de cortocircuito, aislamiento e irradiancia. El trazado de la curva IV también se puede agregar a esta lista para evaluar las características de rendimiento del sistema instalado.
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El probador PV200 PV con trazado de curva
