optimizador de energía

La mayoría de los dispositivos de producción o almacenamiento de energía tienen una relación compleja entre la potencia que producen, la carga que se les aplica y la eficiencia de la entrega. Una batería convencional, por ejemplo, almacena energía mediante reacciones químicas en sus electrolitos y placas. Estas reacciones requieren tiempo para producirse, lo que limita la velocidad a la que se puede extraer la energía de la celda de manera eficiente. ^{[ 1 ]} Por esta razón, las baterías grandes utilizadas para el almacenamiento de energía generalmente indican dos o más capacidades, normalmente las tasas de "2 horas" y "20 horas", siendo la tasa de 2 horas a menudo alrededor del 50% de la tasa de 20 horas.

Los paneles solares presentan problemas similares debido a la velocidad a la que la célula puede convertir los fotones solares en electrones , la temperatura ambiente y una serie de otros factores. En este caso, existe una compleja relación no lineal entre el voltaje, la corriente y la cantidad total de potencia producida, la "curva I-V". ^{[ 2 ]} Para optimizar la captación, los sistemas solares modernos utilizan una técnica conocida como " seguimiento del punto de máxima potencia " (MPPT) para monitorizar la producción total del sistema y ajustar continuamente la carga presentada para mantener el funcionamiento del sistema en su punto de máxima eficiencia. ^{[ 3 ]}

Tradicionalmente, los paneles solares producen voltajes de alrededor de 30  V. ^{[ 4 ]} Este voltaje es demasiado bajo para ser convertido eficazmente en corriente alterna (CA) y suministrarlo a la red eléctrica . Para solucionar esto, los paneles se conectan en serie para aumentar el voltaje a un valor más adecuado para el inversor utilizado, generalmente alrededor de 600  V. ^{[ 5 ]}

La desventaja de este enfoque es que el sistema MPPT solo se puede aplicar al conjunto completo. Debido a que la curva I-V no es lineal, un panel que esté incluso ligeramente sombreado puede tener una salida drásticamente menor y aumentar considerablemente su resistencia interna. Como los paneles están conectados en serie, esto provocaría una reducción en la salida de toda la cadena debido al aumento de la resistencia total. Este cambio en el rendimiento hace que el sistema MPPT modifique el punto de operación, alejando al resto de los paneles de su rendimiento óptimo. ^{[ 6 ]}

Debido a su cableado secuencial, el desajuste de potencia entre los módulos fotovoltaicos dentro de una cadena puede provocar una pérdida de potencia drástica y desproporcionada de todo el conjunto solar, llegando en algunos casos a la falla total del sistema. ^{[ 7 ]} El sombreado de tan solo el 9% de la superficie total del conjunto de un sistema fotovoltaico puede, en algunas circunstancias, provocar una pérdida de potencia en todo el sistema de hasta el 54%. ^{[ 8 ]} Si bien este problema es más notable con eventos "grandes" como una sombra pasajera, incluso las diferencias más pequeñas en el rendimiento de los paneles, debido a la suciedad, el envejecimiento diferencial o pequeñas diferencias durante la fabricación, pueden hacer que el conjunto en su conjunto opere lejos de su punto MPPT óptimo. La "compatibilidad de paneles" es una parte importante del diseño de conjuntos solares.

Estos problemas han dado lugar a diversas soluciones potenciales que aíslan los paneles individualmente o en grupos mucho más pequeños (de 2 a 3 paneles) en un esfuerzo por proporcionar un MPPT que evite los problemas de las cadenas largas.

Una solución, el microinversor , coloca todo el sistema de conversión de energía directamente en la parte posterior de cada panel. Esto permite que el sistema siga el MPPT de cada panel y genere directamente energía de CA que coincida con la de la red. Los paneles se conectan en paralelo, de modo que incluso la falla de uno de los paneles o microinversores no provocará una pérdida de energía en toda la cadena. Sin embargo, este enfoque tiene la desventaja de distribuir el circuito de conversión de energía, que, en teoría, es la parte más costosa del sistema. Los microinversores, al menos hasta principios de 2011, tenían un precio por vatio significativamente más alto .

Esto nos lleva, naturalmente, al concepto de optimizador de potencia, donde solo el sistema MPPT se distribuye a los paneles. En este caso, la conversión de CC a CA se realiza en un único inversor, que carece del hardware MPPT o lo tiene desactivado. Las soluciones avanzadas pueden funcionar correctamente con todos los inversores solares, lo que permite optimizar las instalaciones ya existentes. Según sus defensores, este enfoque "híbrido" ofrece la solución de menor coste en general, manteniendo al mismo tiempo las ventajas del enfoque de microinversores.

Los optimizadores de potencia son esencialmente convertidores CC-CC que toman la energía CC de un panel solar al voltaje y la corriente óptimos (mediante MPPT) y luego la convierten a un voltaje y una corriente diferentes que se adaptan mejor al inversor central/de cadena .

Algunos optimizadores de potencia están diseñados para funcionar junto con un inversor central del mismo fabricante, lo que permite que el inversor se comunique con los optimizadores para asegurar que siempre reciba el mismo voltaje total de la cadena de paneles. ^{[ 9 ]} En esta situación, si hay una cadena de paneles en serie y la salida de un solo panel disminuye debido a la sombra, su voltaje disminuirá para que pueda suministrar la misma cantidad de corriente (amperios). Esto provocaría que el voltaje de la cadena también disminuyera, excepto que el inversor central ajusta todos los demás optimizadores para que su voltaje de salida aumente ligeramente, manteniendo el voltaje fijo de la cadena requerido en el inversor (solo que con un amperaje disponible reducido mientras el panel individual está sombreado). La desventaja de este tipo de optimizador es que requiere un inversor central del mismo fabricante que los optimizadores, por lo que no es posible modernizarlos gradualmente en una instalación existente a menos que también se reemplace el inversor, así como los optimizadores instalados en todos los paneles al mismo tiempo.