Cuando se diseña una instalación fotovoltaica se suele mirar únicamente la potencia instalada por los paneles, es decir, la potencia pico o máxima que pueden proporcionar estos. Y no se le da la importancia que tiene a la potencia máxima que puede proporcionar el inversor, ya que será este el que limite la potencia de la instalación. Tampoco se tiene que instalar inversores o microinversores de una potencia mucho mayor, ya que puede afectar al funcionamiento correcto de este y el precio es mayor cuanto mayor es la potencia. Entonces, ¿cómo optimizar el dimensionamiento de la potencia pico respecto a la potencia de los inversores?
¿Qué es el sobredimensionamiento?
Primero, ¿Sabemos a qué nos referimos cuando hablamos de sobredimensionamiento? El sobredimensionamiento de una instalación fotovoltaica es cuando se instala mayor potencia pico en los paneles que en el conjunto de los inversores, o lo que es lo que es lo mismo la ratio de potencia en corriente continua instalada respecto a la potencia alterna a la salida del inversor o inversores. Otra pregunta puede ser, que por qué se hace dimensionamiento instalado mayor potencia en corriente continua o si se está perdiendo energía al realizar el sobredimensionamiento. Cuando se hace referencia a potencia pico de un panel o instalación fotovoltaica se refiere a la potencia máxima que el panel o la instalación puede llegar a alcanzar. Pero los paneles tienen pérdidas por temperatura, degradación, suciedad, entre otras, que provocará que produzca menos y no alcance los valores óptimos de producción. Por lo que no es lo más normal que alcancen valores máximos, y en caso de alcanzarlos es durante momentos concretos.
¿Cuánto hay que sobredimensionar la instalación?
Los inversores son los encargados de convertir la corriente continua generada por los paneles fotovoltaicos en corriente alterna para ser utilizada. En los últimos años la tecnología de los inversores ha avanzado mucho y tienen mejores rendimientos. Se está comprobando que los microinversores son más eficientes que los inversores convencionales debido a que trabajan en el punto de máxima potencia de cada módulo.
Hace unos años el sobredimensionamiento de los inversores se realizaba con valores en torno al 10-15%, es decir, se instalaba un 10-15% más de potencia en paneles que en el inversor. Esto se debía a la tecnología de los inversores, a parte de la sensación que se tenía de desaprovechamiento energético y con la consecuente pérdida económica porque los equipos eran mucho más caros.
Hoy en día se tiende a sobredimensionar más. Y si distinguimos entre los inversores convencionales y los microinversores, se realiza un sobredimensionamiento mayor cuando se trata de instalaciones con microinversores.
Enphase ha realizado un estudio de sobredimensionamiento con sus microinversores de la gama IQ7 y recomiendan sobredimensionar un 40% la instalación. Es el porcentaje en el que se aprovecha al máximo la energía generada respecto a las pérdidas. Si se supera este porcentaje, se ganaría más energía, pero las pérdidas tendrían un peso mayor.
Ejemplo comparativo
Vamos a realizar una comparación del comportamiento de sobredimensionamiento, para ello hemos seleccionado dos paneles policristalinos de Canadian Solar, uno de 400 W (CS3W-400P) y otro de 340 W (CS3L-340P) y el microinversor IQ7+ de Enphase.
Características técnicas
Las características eléctricas del módulo de 400 W son:
- Potencia máxima: 400W
- Tensión pico: 38.7 V
- Corriente pico: 10.34 A
- Tensión en circuito abierto: 47.2 V
- Corriente de cortocircuito: 10.90 A
Las del panel de 340 W:
- Potencia máxima: 340W
- Tensión pico: 32.6 V
- Corriente pico: 10.43 A
- Tensión en circuito abierto: 39.8 V
- Corriente de cortocircuito: 10.98 A
Y las del microinversor IQ7+:
- Tensión máxima de entrada en CC: 60 V
- Corriente máxima de cortocircuito en CC: 15 A
- Potencia máxima de salida en CA: 295 VA
- Tensión nominal de salida en CA: 230 V
- Corriente máxima de salida en CA: 1.26 A
- Frecuencia nominal: 50 Hz
Compatibilidad de los módulos con el microinversor Enphase
Primero se comprueba la compatibilidad de los dos módulos con el microinversor IQ7+, se puede realizar esta comprobación comparando las fichas técnicas de los productos o se puede usar el comprobador de compatibilidad de Enphase: Support – Module Compatibility | Enphase .
Cálculo ratio CC/CA
Solamente se va a considerar un módulo por microinversor, ya que únicamente se conecta un panel fotovoltaico por microinversor, en caso de los inversores convencionales se tendría que tener en cuenta todos los strings que se tengan conectados a este.
Como se puede observar, la potencia de los dos paneles es mayor que la del microinversor IQ7+, para calcular el porcentaje del sobredimensionamiento de cada caso se dividirá la potencia en corriente continua (la del panel) entre la potencia en corriente alterna (la del microinversor):
- Caso 1:
- Caso 2:
En el primer caso se está sobredimensionando un 36%, bastante próximo al 40% que recomienda Enphase, y en el segundo caso un 15%, un valor típico de sobredimensionamiento. Vamos a comparar los dos casos.
Situación de la instalación
Elegimos la ciudad de Valencia, con los paneles orientados al sur con una inclinación de 15°. El estudio se realiza para el primer año de la instalación, ya que se tienen en cuenta las pérdidas por degradación de los módulos para ese año. Se considera hasta un 11% de pérdidas por temperatura, suciedad, sombras, etc.
Curva horaria tipo mensual
Se calcula la curva horaria tipo de generación para cada mes, se van a exponer dos meses con características de irradiancia diferentes, uno de invierno y otro de verano. Es decir, diciembre y julio.
Energía generada
Se puede observar que, en diciembre, la generación de los paneles no llega a alcanzar la potencia máxima de salida del microinversor, que son 295VA. Por lo que no existe pérdida de energía.
En cambio, en los meses con mayor radiación, en las horas centrales del día, el panel fotovoltaico de mayor potencia nominal genera mayor energía que la que el inversor puede entregar. Si analizamos la gráfica de julio (derecha), la curva del módulo fotovoltaico de 400W, no tiene la forma típica de campana, sino que corta horizontalmente debido al límite de energía que puede convertir el microinversor. En este caso, el microinversor será el que límite la potencia, y estas serán las pérdidas a las que se hacían mención anteriormente.
Más que energía que no se genera, es energía generada por el módulo fotovoltaico que el microinversor no puede convertir.
El análisis se está realizando con la curva diaria típica de cada mes para Valencia con orientación al sur y una inclinación de 15°. No quiere decir que todos los días del mes de julio, por ejemplo, se vayan a dar estas pérdidas, ni que todos los días sean las mismas.
¿Por qué se sobredimensiona tanto si hay pérdidas?
Cuando se hace una instalación con un sobredimensionamiento próximo al 40%, en lugar del 15%, se pierde más energía ya generada por la limitación del inversor, pero la energía producida por el panel solar de mayor potencia (400W) también será mayor que en el de menor potencia (340W). Como consecuencia, al instalar más potencia habrá una ganancia de potencia generada en cada momento.
Se realiza una comparación de las pérdidas del panel de 400W por la limitación del microinversor y las ganancias de energía producida de este respecto al módulo fotovoltaico de 340W mes por mes, y se obtiene:
Las pérdidas que se tienen a lo largo del año son muy pequeñas respecto a la energía generada de más. Es decir, las pérdidas que se dan en este caso, con un sobredimensionamiento del 36% es de un 10.97% de la energía ganada respecto a un sobredimensionamiento del 15%.
¿Cuánto sobredimensionar en una instalación Enphase?
Como se ha dicho al principio del artículo, Enphase recomienda un sobredimensionamiento del 40% para sus microinversores, ya que tecnológicamente es viable y es el punto en el que la relación perdidas/ganancias sale más rentable económicamente hablando.
Ahora bien, al dimensionar una instalación fotovoltaica y elegir el porcentaje en el que se va a sobredimensionar habrá que tener en cuenta la localización de la instalación y las condiciones climáticas que tenga esta (radiación solar, temperatura ambiente, etc.), si existen sombras parciales, la orientación de los paneles fotovoltaicos y su inclinación, entre otras.
Estos parámetros también influyen en el porcentaje de sobredimensionamiento de la instalación. Una instalación en Sevilla con un ángulo de inclinación óptimo para los meses de mayor radiación (verano), con orientación al sur y sin sombras parciales, el sobredimensionamiento adecuado será menor que una instalación en Bilbao con un ángulo de inclinación muy pronunciado, orientación al este y con sombras parciales. Debido a que, con los mismos paneles, la energía generada en el caso planteado de la instalación en Sevilla será bastante mayor que en el caso expuesto de Bilbao. O lo que es lo mismo, para el mismo microinversor el panel que se utilice para el caso de Sevilla tendrá que ser de menor potencia nominal que el que se instale en caso de Bilbao.
