El mito de las sombras: sombras en los módulos fotovoltaicos, ¿desafío del pasado?

Los nuevos desarrollos inteligentes en el mercado solar, como Fronius Dynamic Peak Manager, están arrojando luz a la cuestión de las sombras en las instalaciones fotovoltaicas.

Cuanto más sol, más energía solar. Los propietarios de viviendas que estén pensando en invertir en una instalación fotovoltaica sobre tejado deben saber qué condiciones garantizarán que la instalación funcione correctamente y ofrezca el mejor rendimiento. Las sombras en los módulos solares siguen considerándose uno de los principales factores que afectan al rendimiento, pero, en esta entrada del blog, aprenderás por qué en realidad el efecto de la sombra parcial en el rendimiento de una instalación fotovoltaica es insignificante.

Efectos de la sombra parcial en los módulos solares

Cielo despejado, sol radiante y una instalación fotovoltaica en el tejado son las tres condiciones perfectas para lograr una alta producción de energía solar. Pero hay muy pocos tejados que no tengan ni una sombra, ya que los árboles, los postes, las antenas de televisión y los edificios adyacentes suelen proyectar sombras sobre los módulos solares. Mucha gente piensa que esto se traduce en una disminución de la producción y el rendimiento. Pero ahora se sabe que las pérdidas debidas a las sombras desiguales tienen en realidad un efecto insignificante sobre el rendimiento total a lo largo del año. Los factores decisivos para garantizar un buen rendimiento son la correcta disposición de los módulos y la elección del inversor adecuado.

Desmontando mitos

Todavía existe la creencia de que las sombras sobre los módulos solares o, por ejemplo, si hay hojas encima, hacen que la instalación fotovoltaica no genere energía o genere muy poca. Es decir, como si fuera una manguera de jardín que, independientemente de dónde se apriete, no expulsa agua o expulsa muy poca. Esta afirmación hace tiempo que quedó obsoleta, ya que la solución a esto está ahora integrada en cada módulo en forma de diodos de bypass.

Ruta alternativa para obtener un buen rendimiento con diodos de bypass

En la actualidad, todos los módulos fotovoltaicos vienen equipados con diodos de bypass que actúan como puente cuando algunas partes del módulo están a la sombra. En estos casos, los diodos de bypass se activan y se hacen conductores modificando la tensión de CC del inversor aplicada a la serie, con lo que se puentea la serie de celdas afectada del módulo fotovoltaico. Esto evita el sobrecalentamiento y los posibles puntos calientes, al tiempo que aumenta el rendimiento y la rentabilidad de la instalación a pesar de la sombra parcial.

Mejoras en el mercado de módulos solares

Los continuos avances en el mercado de módulos solares también están contribuyendo a que las instalaciones fotovoltaicas domésticas sobre tejado sean aún más eficientes. La tecnología de media celda, que divide en dos cada una de las celdas, permite que los módulos solares convencionales no solo reduzcan la pérdida de potencia, sino que también mejoren el aprovechamiento de la luz y funcionen de manera estable incluso a altas temperaturas.

El rendimiento de la instalación a la sombra también mejora con los módulos de media celda, en los que los diodos de bypass dividen los módulos por la mitad. Si la mitad inferior o superior del módulo de media celda tiene alguna sombra o, por ejemplo, si hay hojas, la otra mitad del módulo puede seguir suministrando toda la potencia. En comparación, un módulo de celda completa con la misma sombra perdería la producción de todo el módulo.

Más rendimiento gracias a un algoritmo de seguimiento MPP eficiente

Para reducir al máximo las pérdidas por sombra o desajuste, los inversores de string o multi-string están equipados con uno o varios seguidores de punto de máxima potencia (seguidores MPP). Idealmente, cada serie está equipada con un seguidor MPP que determina constantemente el punto de funcionamiento óptimo de las series conectadas y mantiene así la producción de la instalación fotovoltaica al máximo en todo momento.

Dynamic Peak Manager: gestión eficaz de la sombra incluida de serie

Un sistema inteligente de gestión de las sombras integrado en el inversor garantiza el máximo rendimiento a pesar de sombra parcial, lo que significa que las zonas del tejado que estén a la sombra también pueden incluirse en la planificación. Dynamic Peak Manager de Fronius es un algoritmo inteligente de seguimiento MPP que detecta las sombras y optimiza el rendimiento en todo la serie. Para ello, escanea y analiza toda la curva de potencia de tensión a intervalos regulares de unos 10 minutos, encontrando siempre el punto de funcionamiento más eficiente del sistema fotovoltaico (punto de máxima potencia global).

Ejemplo de sombra provocada por una chimenea

Una simulación de sombra realizada con un software de simulación independiente muestra que la pérdida anual por sombra es pequeña. Básicamente, hay que tener en cuenta dos categorías diferentes de pérdida.

Pérdida por sombra parcial en los módulos: Debido a la presencia de diversos objetos que proyectan alguna sombra (en este caso, una chimenea), la luz solar queda bloqueada y los módulos solares reciben menos luz. Ningún inversor, optimizador de potencia o microinversor puede optimizar esta reducción en la incidencia de la luz. La única solución en este caso es eliminar el objeto que proyecta la sombra.

En cambio, la pérdida por desajuste, es decir, la pérdida por interconexión en strings, puede mejorarse significativamente con un algoritmo inteligente de seguimiento MPP. Como se muestra en la tabla, gracias a Dynamic Peak Manager, la pérdida por desajuste es aproximadamente dos tercios menor que la pérdida por sombra a nivel de módulo.

Tipo de pérdida por sombra

Pérdida en %

Pérdida en kWh

Sombra parcial en los módulos

–0,18 %

26,07 kWh

(a partir de 14,485 kWh)

No puede verse afectado por inversores, optimizadores, etc.

Desajuste (interconexión/sombra)

–0,06 %

8,7 kWh

(a partir de 14,485 kWh)

Gran reducción con Dynamic Peak Manager

Resultados anuales de la simulación con módulos fotovoltaicos dispuestos horizontalmente

Los resultados de la simulación muestran claramente que la sombra parcial en los módulos provoca una pérdida porcentual mucho mayor (en torno al 0.18 %) que las pérdidas por desajuste (en torno al 0.06 %). Si el inversor que funciona como el corazón de tu instalación fotovoltaica tiene un seguimiento MPP eficiente y una gestión inteligente de las sombras, como todos los inversores Fronius, puedes confiar en que estarás logrando rendimientos óptimos incluso en condiciones ambientales difíciles, y que su hardware y software están funcionando en perfecta armonía, sin componentes ni costes adicionales.

¿Puede un optimizador de potencia ser la solución?

Aunque los optimizadores de CC también pueden mejorar la producción de la instalación en caso de que haya sombras, rara vez resultan rentables: un optimizador intenta optimizar cada módulo con su propio MPP. Al controlar la tensión a nivel de módulo, es cierto que un optimizador de potencia ofrece algunas ventajas, sobre todo con sombras tenues, pero solo mientras no se activen los diodos de bypass.

Como componentes adicionales, los propios convertidores CC/CC requieren e incluso consumen energía en modo inactivo, que primero debe ser cogenerada por la instalación fotovoltaica. En consecuencia, el rendimiento adicional obtenido suele ser menor y, por tanto, no suele justificar los mayores costes de inversión. Además, los numerosos componentes adicionales que deben colocarse en cada módulo reducen la fiabilidad general de la instalación y, por tanto, aumentan también la probabilidad de error.

En resumen:

La existencia de sombras en los módulos fotovoltaicos no siempre puede evitarse, pero gracias a los prometedores avances del mercado, tanto en el de los módulos solares como en el de los inversores monofásicos, ahora es posible contrarrestar las pérdidas provocadas por las sombras.

La clave está en el tipo de sombra o de pérdida de potencia. Ahora existe una solución, sobre todo para las pérdidas por desajuste, que pueden deberse a las sombras desiguales de los módulos solares. El uso de una gestión integrada de las sombra, como Dynamic Peak Manager de Fronius, permite reducir al mínimo estas pérdidas.

La mayor proporción de pérdidas por sombra se debe a la menor incidencia de la luz provocada por objetos que proyectan sombras (árboles, casas, postes, etc.). Esto no se puede solucionar mediante optimizadores de CC, microinversores u otros dispositivos electrónicos de potencia a nivel de módulo. Solo se puede solucionar retirando el objeto en cuestión.

Invertir en componentes adicionales para optimizar la potencia de salida, como optimizadores de CC, no suele ser rentable. El uso de optimizadores de potencia no parece ofrecer ventajas, especialmente en el caso de instalaciones fotovoltaicas con mucha sombra o en las que solo unos pocos módulos están a la sombra, ya que estos optimizadores requieren más energía y, además, hacen que toda la instalación sea más susceptible a los fallos.

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Sombras en los módulos fotovoltaicos: ¿desafío del pasado?