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¿Por qué usar monitoreo por strings en las cajas combinadoras?

Muchas veces, los sistemas de monitorización por strings se dejan fuera del proyecto porque aumenta el Capex, pero es importante al tomar en cuenta el control de pérdidas que podemos obtener al monitorear la producción.

La tecnología basada en el llamado efecto “fotovoltaico” permite -gracias a materiales semiconductores- transformar la energía de los fotones de los haces de luz en energía eléctrica. A pesar de que la industria de la energía solar es relativamente nueva, el uso de las placas solares fotovoltaicas se remonta a los años 50, para aplicaciones de satélites orbitales como el Vanguard 1 (puesto en órbita en 1958).

Con el avance de la tecnología, las células solares han aumentado su eficiencia, desde unos incipientes 3-4% hasta los actuales 23-25% con producciones a gran escala (células de una sola unión p-n). Junto con la mejora de la efi ciencia, la reducción de los costos de fabricación mediante economías de escala y la robotización de la industria, han hecho que la energía fotovoltaica pueda competir con las fuentes de generación tradicionales (gas, petróleo, carbón, etc.).

Para hacer una comparación entre los costos de las diversas fuentes energéticas, se emplea un concepto llamado Grid Parity (“Paridad de red”), que indica que el LCOE de la energía solar es el mismo que el de las otras fuentes de generación de electricidad. Como se observa en la Figura 1, el LCOE (del inglés “Levelized Cost of Electricity”) permite calcular el costo de generar un kWh con una tecnología, teniendo en cuenta la inversión necesaria, el costo de operación de la planta que lo produce y el costo del capital durante el tiempo de vida de la planta generadora.

Entonces, en el punto que generar un kWh con energía solar tiene el mismo costo que generarlo con otra tecnología, podemos decir que la industria solar ha entrado en el mercado libre de la generación eléctrica. En este aspecto, cabe mencionar que este punto de madurez de la tecnología solar ha venido siendo incentivado y subsidiado por los gobiernos en los últimos 10 años con estructuras del tipo FIT (Feed in Tari? ), subastas o cupos para favorecer el desarrollo de las energías renovables. Ahora bien, diferentes estudios estiman que para 2050, el 50% de la generación eléctrica mundial procederá de la energía solar fotovoltaica. En 2008, el kWh generado por una planta solar se pagaba en otros países (mediante subsidios o incentivos) por alrededor de los US$0,36/ kWh, mientras que en 2019 se han fi rmado contratos no subsidiados (por ejemplo, en México) de US$0,048/kWh. La cifra récord se ha alcanzado en 2020 en Arabia Saudí por un valor de 0,016$/kWh.


La gestión de la generación solar y eólica

El principal problema de las energías renovables (solar y eólica) se presenta en la gestión de la generación de electricidad con el consumo de esta. La energía fotovoltaica se genera cuando brilla el sol y, dado que aún no existen elementos de almacenaje (baterías) a precios competitivos y a gran escala, tiene “prioridad de despacho” (Priority Dispatch). Es decir, aquellas centrales solares o eólicas conectadas a la red tendrán que ser la primeras en inyectar su energía a la red para poderla consumir en el momento. Otras tecnologías de generación como carbón, hidroeléctrica y gas son gestionables, ya que se puede modular su generación según la demanda que necesite la red.

Para una correcta gestión, debemos considerar que los equipos típicos para una planta fotovoltaica incluyen módulos solares, combiner boxes (o cajas combinadoras), inversores, SCADA y la instalación/ construcción. Comúnmente se piensa que basta que el SCADA vea el inversor para entender el comportamiento del parque, sin embargo, para tener certeza de la energía que produce cada string de la planta en detalle, se debe tomar directamente desde la combiner box.

Observemos uno de los puntos críticos que muchas veces se deja fuera del proyecto porque aumenta el Capex: la monitorización por strings. Actualmente, se estima que este ítem representa un impacto en el Capex menor al 1%. Pero ¿es importante ese incremento, tomando en cuenta el control de pérdidas que podemos obtener al monitorear la producción?

Sin duda alguna es poco probable que hoy en alguna fábrica no controlemos las pérdidas o dejemos fuera un control que nos permite medir la producción versus las ventas. Curiosamente, en el rubro fotovoltaico, esto ocurre con bastante frecuencia en plantas PMGD de hasta 3MW. En ese aspecto, sugerimos que sea considerado en las plantas sobre 10 MW.


Un ejemplo

Una planta mediana de 20MW puede tener más de 1.700 strings, cada uno con más de 30 paneles, los que, si no son monitoreados, pueden presentar puntos de falla. En un sistema de esta envergadura, resulta imposible (o al menos extremadamente costoso) de inspeccionar visualmente, sin una plataforma de monitoreo.

Para hacernos una idea del impacto que pueden llegar a tener las fallas en el sistema, imaginemos que esa planta de 20MW, con un precio de venta de energía de US$50/MW, tiene una pérdida de 1%, lo que representa mermas por US$240/ día y US$87.600/año. Ahora bien, si la pérdida fuese de un 5%, ¡se dejaría de percibir US$1.200/día y US$438.000/año! En ese sentido, el monitoreo por string se paga en menos de un año.

Las razones por las que se producen estas pérdidas son muy variadas y pueden producirse en forma simultánea:

1. Puntos calientes por conexiones defectuosas, falta de mantenimiento, corrosión o sulfatación, suciedad.

2. Paneles sucios por polvo, lluvia más polvo, heces de aves, hojas vegetales sueltas.

3. Problemas de calidad del panel nuevo o degradación en el tiempo, incumplimiento de la vida útil declarada.

4. Sombras i nesperadas por crecimiento de vegetación.

5. Cables cortados por roedores.

6. Acción de terceros; robos, actos vandálicos, etc.


Si un punto de falla en un panel específi co no se detecta a tiempo, podemos esperar pérdidas mayores. Cabe recordar que una planta PV puede tener varias hectáreas de extensión, y detectar que la producción está bajo lo esperado es lento; hallar una falla en terreno puede tomar varios días. Además, el costo de servicio personal por día es alto. Considerando todo lo anterior, la detección precisa de la falla ayudará a reducir pérdidas y rentabilizar mejor la inversión.


Por Rodrigo Hernández, Area Manager, y José Antonio Sánchez, Field Sales Engineer, ambos de Weidmüller Chile. / rodrigo.hernandez@weidmueller.com
Agosto 2021
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