Resumen de Análisis comparativo del funcionamiento de distintas tecnologías de paneles solares operando en las mismas condiciones
La promoción de las energías renovables es una estrategia global para abordar los efectos nocivos del continuo consumo de combustibles fósiles Siendo una de las formas de energía renovable más prometedoras, la energía solar fotovoltaica (PV) convierte la irradiación solar en energía eléctrica directamente. Una planta solar fotovoltaica conectada a la red (GCPV) es una instalación que inyecta la electricidad generada en la red eléctrica.
Con base en los cuatro años de monitoreo continuo de la planta ubicada en Madrid, España, esta tesis comparó el rendimiento de tres sistemas GCPV, construidos con diferentes materiales fotovoltaicos, i.e., silicio policristalino (poli-Si), silicio amorfo (a-Si ) y teluro de cadmio (CdTe) bajo las mismas condiciones de operación, i.e., potencia total, orientación y condiciones del sistema. Mediante la evaluación del impacto de la meteorología local y la configuración del sistema GCPV sobre los rendimientos de los sistemas GCPV, esta tesis pretende ofrecer algunas contribuciones para completar el mapa de rendimiento global del sistema GCPV y algunos avances sobre la degradación del rendimiento del generador fotovoltaico. Además, se determinó la relación óptima de dimensionamiento del inversor con respecto a la capacidad de la matriz PV en los sistemas GCPV desde dos puntos de vista: enérgico y económico. La relación óptima se determinó mediante enfoques empíricos y analíticos, y se basó en dos matrices PV conectadas a sus inversores, más tres inversores simulados. Finalmente, se llevó a cabo un conjunto de simulaciones para investigar el potencial del concepto de granja agrivoltáica, i.e., la instalación de sistemas fotovoltaicos en una granja convencional para la coproducción de electricidad y trigo duro. Se propusieron cuatro prototipos basados en poli-Si PV que difieren en las estructuras en Madrid, España. La disponibilidad de luz a nivel de cultivos, la generación de electricidad y cultivos, y los impactos socioeconómicos han sido evaluados y discutidos.
Los resultados más relevantes se pueden dividir en cuatro secciones: resultados de comparación de rendimiento, índice de degradación, dimensionamiento del inversor y granja agrivoltáica.
Resultados en comparación de rendimiento: Las pérdidas anuales por saturación del inversor desencadenadas por la alta irradiación en el plano fueron del 1,79% (poli-Si), 4,48% (a-Si) y 1,59% (CdTe), respectivamente.
Se observó una notable dependencia de la potencia respecto del espectro en función de la masa de aire solar (AM) (−11,22%/AM), pero la dependencia instantánea de temperatura fue indetectable en el sistema de a-Si. Por el contrario, la matriz de poli-Si sufrió la mayor disminución de potencia (−0,56%/°C). El conjunto de CdTe exhibió una interacción moderada con el espectro solar (−4%/AM) y la temperatura (−0,25%/°C).
Se confirma la diferencia de potencia máxima significativa entre dos meses (abril y septiembre) debido al recocido térmico y los efectos de absorción de luz en el conjunto de a-Si, donde la variación cuantificada de estos dos efectos fue del 5,9% y del −5,7%, respectivamente.
Resultados en la degradación de PV: El inversor de menor tamaño disminuyó la degradación del rendimiento y la amplitud estacional de los tres sistemas GCPV. La tasa de degradación promedio disminuyó de 1,37%/año (poli-Si), 2,12%/año (a-Si) y 2,10%/año (CdTe) a 1,14%/año (poli-Si), 1,48%/año (a-Si) y 1,60%/año (CdTe). Mientras tanto, la fase temporal de la estacionalidad para el sistema a-Si se modificó por la saturación del inversor.
Según la comparación de curvas I-V al aire libre entre dos años (2016 y 2017) en condiciones climáticas similares, la disminución de potencia de la matriz de poli-Si se atribuyó a la pérdida de corriente, mientras que el principal contribuyente a la degradación de la matriz CdTe fue el voltaje.
Resultados en el dimensionado del inversor: El rango de la región dónde se obtiene el óptimo de energía debido a las características del inversor se redujo cuando se tuvieron en cuenta los factores económicos. El sistema GCPV con menor generación específica de DC y relación entre el costo del inversor y el módulo presentó un intervalo más amplio (1,12–1,25) que el intervalo (1,17–1,19) del sistema con una mayor generación específica de DC y una relación de costos.
La relación óptima de dimensionado se obtuvo al considerar una tasa de degradación del módulo fotovoltaico del 1%/año, que dio como resultado un aumento del 10% en la relación óptima de dimensionamiento para una vida útil de 20 años.
Resultados en agrivoltáica: Los resultados mostraron que la productividad se mejoró en al menos un 22% con el prototipo de densidad PV mínima sin una reducción notable en el rendimiento del cultivo; y la disponibilidad de luz se mantuvo por encima del 90% interceptada por el cultivo.
Los cálculos arrojaron una ganancia neta anual atractiva (5.106 €/ha) de la transformación de una explotación convencional de trigo duro a una explotación agrivoltáica. Además, el uso dual de tierras agrícolas podría ser de gran ayuda para cumplir el compromiso oficial español sobre energía y medio ambiente.
