El objetivo que buscamos con el estudio del rendimiento de una instalación fotovoltaica es que la diferencia entre el rendimiento de entrada y el de salida sea mínima, lo que supondría disponer de un sistema con pocas pérdidas.
Debe tenerse en cuenta que el rendimiento total del sistema fotovoltaico depende, principalmente, de otros factores de rendimiento entre los que destacan:
- el rendimiento de las células solares,
- el rendimiento del seguimiento del punto de máxima potencia,
- el rendimiento del inversor.
A continuación, se estudian cada uno de los factores por separado, obteniendo como resultado final el rendimiento total de un sistema fotovoltaico.
Rendimiento de conversión
Dado que estamos analizando parámetros eléctricos a la entrada del inversor, se prestará especial interés a los rendimientos proporcionados por la célula solar y por el seguidor del punto de máxima potencia.
El rendimiento de la célula solar ( hcs
) conocido también como rendimiento de la conversión energética, relaciona la potencia eléctrica que puede entregar la célula ( PM ) y la potencia de la radiación incidente sobre ella ( PR ) de la siguiente forma:
IM es
la corriente máxima,
VM es la tensión máxima,
FF es el factor de forma,
Icc es la corriente en cortocircuito y,
Vca es la tensión en circuito abierto.
Se puede llegar a la conclusión de que un aumento, tanto en la corriente de cortocircuito como en la tensión a circuito abierto, da como resultado un mayor rendimiento de conversión de la célula solar.
Rendimiento del MPPT
Otro parámetro que cobra especial interés es el rendimiento del seguidor del punto de máxima potencia, pues describe la precisión del inversor para trabajar en dicho punto, de acuerdo con las curvas características del generador.
El rendimiento energético del MPPT se define como el cociente entre el valor instantáneo de la potencia suministrada, en un periodo de tiempo definido, y el valor instantáneo de potencia entregada en el MPP.
donde,
PDC es la potencia medida y adoptada por el inversor y,
PMPP es la potencia establecida en el punto de máxima potencia (MPP).
Sin embargo, se debe tener en cuenta que el rendimiento del MPPT puede dividirse en otros dos: el rendimiento estático y dinámico. El rendimiento estático describe la precisión con que el inversor es capaz de trabajar en el punto de máxima potencia correspondiente a la curva característica estática del generador FV. El rendimiento dinámico evalúa la transición del inversor al nuevo punto de máxima potencia, teniendo en cuenta las variaciones en la intensidad de irradiación.
Rendimiento del inversor
El rendimiento del inversor se define como:
De este rendimiento se obtiene el “rendimiento europeo”, hEur . El rendimiento europeo es el factor más usado para comparar inversores, principalmente de red.
Se obtiene del promedio ponderado de las eficiencias bajo distintas cargas, sin contemplar la tensión de entrada a la que debe calcularse.
Se calcula como:
Donde,
aEu es el factor de ponderación europeo y,
hi _ MPP corresponde al rendimiento estático del seguidor del punto de máxima potencia para una potencia parcial determinada.
Es decir, se calcula combinando los valores de rendimiento para valores concretos de potencia de salida del inversor, hI
Donde
h5 representa el rendimiento a un 5% de la potencia,
h10, un rendimiento del 10%, y así sucesivamente.
El rendimiento total de un sistema fotovoltaico viene definido como el producto de los rendimientos de la placa fotovoltaica, los seguidores del punto de máxima potencia y el inversor, como muestra la siguiente ecuación:
Donde
- hSfv es el rendimiento del sistema fotovoltaico, o rendimiento total;
- hcs es el rendimiento de la célula solar;
- h MPPT es el rendimiento del seguidor del punto de máxima potencia,
- hi es el rendimiento proporcionado por el inversor.
Rendimiento de una instalación fotovoltaica según la potencia de salida (Pac) y su tensión en el punto de máxima potencia.
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