Artículo técnico. "Generando energía mientras el sol brilla"
El despliegue actual de grandes huertos de energía solar en Europa garantiza la eficiencia de las tecnologías fotovoltaicas para incrementar los beneficios y el retorno de la inversión de aquellas personas y empresas que están apostando por este campo. Giacomo Mazzullo, Area Manager de TDK-Lambda Italia presenta a continuación el enorme margen de mejora en la eficiencia de los paneles fotovoltaicos.
Nos solemos referir a huerto fotovoltaico como un conjunto de paneles conectados en serie y paralelo para lograr las condiciones operativas deseadas. Al diseñar uno de estos campos hay que tomar unas cuantas decisiones que pueden afectar en la operación, incluyendo la configuración serie o paralela del panel. En un sistema en serie, la potencia queda limitada por el panel que desarrolla la menor corriente, mientras que una configuración en paralelo el voltaje se convierte en factor de limitación. La elección de la tensión operativa también varía al resultado final, sin mencionar la apuesta por estructuras de soporte y la distancia mínima entre las filas de paneles para evitar sombras.
Desde el punto de vista de las estructuras de soporte de los paneles, existen dos tipos de sistemas. Las soluciones con marco fijo, como su propio nombre indica, son diseñadas con una inclinación fija. Sin embargo, para aumentar la cantidad de radiación de energía solar que llega al panel y superar los cambios en la inclinación de los rayos de sol, se han desarrollado sistemas con tracking de eje sencillo o dual que utilizan motores paso a paso y control electrónico.
En un sistema de rastreo de doble eje descentralizado, por ejemplo, la principal ventaja es que la unidad de control se puede ubicar muy cerca de la estructura del panel, evitando así la necesidad de cableado adicional que, en grandes instalaciones, puede afectar considerablemente al coste total de la planta.
Esto se produce porque los convertidores DC-DC de elevada entrada de tensión, como la serie PH de TDK-Lambda, permiten la alimentación directa de controles y motores paso a paso a través de la salida del panel solar.
Para incrementar aún más el rendimiento eléctrico de las celdas individuales en los módulos de panel, se ha desarrollado una técnica que optimiza la operación de panel al garantizar que trabaja en el punto de máxima potencia el mayor periodo de tiempo posible. Esta tecnología se denomina MPPT (Maximum Power Point Tracker). Y para conocer mejor cómo funciona un panel fotovoltaico, la siguiente figura, ilustra la relación exponencial entre corriente (I) y tensión (V) de una celda PV. En este ejemplo, se ha asumido que la irradiación es constante. Esto muestra que el punto de máxima potencia (MPP) tiene lugar cuando la curva decrece, donde la resistencia es igual a la negativa de la resistencia diferencial (V/I = V/d I). 
Como se puede observar en el gráfico, existe poca probabilidad de que el panel opere en ese punto, lo que podría implicar que no siempre se alcance la máxima potencia (que, sucesivamente, implica una conversión con menor eficiencia energética). Para posibilitar el trabajo en el MPP, los sistemas son empleados para crear un rastreo activo de MPP: MPPT. Esto no se debe confundir con rastreadores de panel, que siguen la pista al sol para la máxima radiación. El MPPT se adapta a un nivel de tensión o corriente que es más adecuado para la carga de panel para la que ha sido diseñado.
Los rastreadores de punto de máxima potencia utilizan algún tipo de circuito o lógica de control para buscar este punto y, por lo tanto, permitir al circuito de convertidor extraer la máxima potencia disponible en una celda. El concepto de un rastreador MPPT es sencillo: una celda trabaja a su máxima potencia (para una determinada radiación) ya sea como Vm o Im. El circuito MPPT adecua la impedancia que el panel visualiza como su salida para que las celdas puedan operar en su punto de máxima potencia (MPP).
Actualmente, los sistemas MPPT se integran en el inversor y comprueban que el campo fotovoltaico funciona en el punto de máxima potencia.
Desafortunadamente, este tipo de solución no tiene en cuenta el estado de cada panel y, en plantas de gran extensión, puede estar expuesta a niveles de irradiación que difieren significativamente.
Las zonas de sombra, causadas por árboles o nubes, la acumulación de polvo en la superficie y la variación de temperatura afectan a la salida del array. En estas circunstancias, el inversor central no puede compensar a uno o más paneles con salida baja.
Una alternativa es adoptar una solución más distribuida. Esta técnica usa un convertidor DC-DC entre el panel y el inversor - la lógica de control es el punto de entrada (V-I) desde el panel fotovoltaico inmediato. El concepto es simple: si el panel desarrolla una tensión y una corriente diferentes de los valores de MPP, entonces la lógica de control guía al CD-DC como una forma de retornar al panel en su MPP.
Aunque el concepto es sencillo, el algoritmo de control es muy complejo, ya que hay una curva y un punto de MPP para cada valor de irradiación, y el sistema de control no conoce el valor de irradiación de un solo panel, por lo debe ser totalmente independiente y estable incluso durante cambios rápidos de luminosidad.
Los sistemas MPP pueden ser analógicos o digitales con sus pros y sus contras. Los modelos digitales se caracterizan por flexibilidad y capacidad de adaptación, mientras que las versiones analógicas son considerablemente más rápidas.
¿Cómo se puede crear un sistema más efectivo y económico?
Las investigaciones se centran en buscar alternativas para reducir el coste del panel y mejorar el acoplamiento entre el panel y los inversores. En el futuro, si se logra disminuir el coste del convertidor DC-DC y la lógica de control, la circuitería MPPT se podrá integrar en cada panel y, por consiguiente, obtener automáticamente el máximo flujo de potencia desde el panel.
Artículo realizado por Giacomo Mazzullo, Area Manager de TDK-Lambda.
