Monitoreo Remoto en la Generación Solar Fotovoltaica: Garantía de Eficiencia y máximo retorno en el proyecto
Una usina solar fotovoltaica tiene por objetivo generar energía eléctrica a partir de células fotovoltaicas. El dimensionamiento adecuado del proyecto tiene que garantizar el suministro del 100% de la energía demandada por la instalación donde la planta será implantada, de tal forma que la cuenta de energía del prosumidor (consumidor-generador) se reduzca a valor cercano a cero, permitiendo el máximo retorno de la inversión. Para alcanzar a este objetivo, limitaciones tales como espacio físico y condiciones climáticas deben ser observadas para garantizar la máxima eficiencia de la aplicación. Para la mejor comprensión de esta situación, sigue una rápida explicación del funcionamiento de una usina solar fotovoltaica.
En un sistema solar fotovoltaico, la energía se genera a partir de la acción de la radiación solar sobre las células fotovoltaicas. Las células solares fotovoltaicas más comúnmente aplicadas son las de silicio. En general, cuanto mayor es la radiación solar, mayor es la energía producida ya que los electrones del silicio, material semiconductor, se ponen en movimiento, generando electricidad.
El sistema de energía solar fotovoltaica está compuesto por tres partes principales:
• Paneles solares
• Inversor de frecuencia
• Medidor bidireccional
Su funcionamiento consiste en la incidencia de la radiación solar sobre los paneles, generando tensión y corriente eléctrica. La corriente generada es continua (CC), diferente de la corriente eléctrica utilizada comercialmente (corriente alterna CA). Esta corriente llega al inversor de frecuencia, que es el elemento capaz de transformar la corriente continua en alternada, y también elevar la tensión de generación (generalmente 24Vcc) para la tensión de uso comercial (127/240 Vca). La salida del inversor se conecta al panel de distribución eléctrica de la instalación (casa, local o industria) para que la energía producida sea distribuida y utilizada por las cargas. La conexión a la red del proveedor de energía no sufre cambios significativos, sin embargo, el medidor de energía necesita ser sustituido por un modelo bidireccional, es decir, capaz de medir la energía en ambos sentidos para contabilizar tanto la energía recibida del proveedor, como la energía entregada a la red.
Se puede concluir que el funcionamiento óptimo de una planta solar fotovoltaica depende de la correcta instalación, de la calidad de los equipos y, en última instancia, de las condiciones climáticas. Cabe
mencionar que las células solares fotovoltaicas tienen vida útil, o sea, una vez instaladas, empiezan a consumir su capacidad de generación.
Otro factor importante son las pérdidas del sistema. El transporte de la energía en los cables, la transformación de corriente continua en corriente alterna y los propios paneles solares generan pérdidas que afectan directamente a la capacidad del sistema en generar energía eléctrica. Un elemento importante, que afecta directamente a la generación de energía, es la temperatura, siendo el exceso de calor el elemento de principal influencia. En regiones con mucho sol y calor intenso, es posible la instalación de sistemas híbridos, donde la circulación de agua permite el enfriamiento de las placas a fin de aprovechar al máximo la luminosidad y suavizar el efecto de las altas temperaturas, como también, calentar el agua de manera energéticamente eficiente.
Solo con el monitoreo de todas estas variables se puede maximizar la eficiencia de la planta y actuar preventivamente en el mantenimiento de la instalación, evitando épocas sin generación.
El monitoreo de un sistema de generación solar fotovoltaica puede ser realizado con la instalación de sensores capaces de medir la radiación solar y la temperatura, conectados a registradores electrónicos capaces de almacenar, a intervalos de tiempos previamente configurados, los estados de las magnitudes monitoreadas. Estos registros estarán conectados entre ellos a través de una red de datos con protocolo industrial Modbus-RTU, estando uno de ellos configurado como maestro, solicitando la información a los demás. En la misma red estarán conectados, como esclavos, los inversores de frecuencia, permitiendo al sistema de monitoreo acompañar tanto las variables climáticas (temperatura y radiación solar) como la propia generación de energía.
Es posible instalar, adicionalmente, transductores de corriente y tensión continua en cada circuito de paneles. De esta manera, el sistema puede calcular la energía generada en tensión y corriente continuas en los paneles y comparar la tensión y corriente alternas, de la salida de los inversores, permitiendo mapear la pérdida generada en los mismos.
Para las plantas que poseen sistema de circulación de agua para enfriamiento de los paneles y cogeneración térmica, el accionamiento de las bombas podrá ser realizado por un inversor de frecuencia dedicado al accionamiento de motores. Este equipo también podrá conectarse a la red Modbus-RTU, permitiendo que el sistema de monitoreo registre su funcionamiento. La arquitectura del sistema de monitoreo está representada en la figura siguiente:
El sistema además cuenta con un router de datos 3G, permitiendo el acceso remoto a todas las variables del sistema. Esta configuración permite tanto el envío de la información a la nube, con libertad de acceso a través de navegadores de Internet, como también el envío a un servidor dedicado- a través del túnel VPN- en una aplicación específica como SCADA o una base de datos.
La energía solar fotovoltaica es ya una realidad en el mundo actual, y su aplicación está en rápida expansión. Las instalaciones están cada vez más complejas y con una mayor demanda de eficiencia. El monitoreo de la operación es pieza fundamental en estas instalaciones, sin la cual operamos sistemas a ciegas, sin previsibilidad de generación, desconocimiento de la naturaleza de fallas y permitiendo ineficiencia de las aplicaciones.
