Factores que afectan la generación de energía de las centrales fotovoltaicas

Como componente fundamental de la producción de energía renovable, las centrales fotovoltaicas (PVPP) proporcionan una sólida alternativa al uso de combustibles fósiles. La eficiencia y la capacidad de producción de las PVPP se ven afectadas por muchos factores ambientales, técnicos y operativos. Identificar esas variables es crucial para optimizar la eficiencia de la planta y la producción de energía. El propósito de este artículo es explicar en detalle cuáles son estas principales contribuciones a la generación de energía fotovoltaica basándose en la evidencia científica disponible, así como en los datos tomados del campo.

1. Irradiación solar y ubicación geográfica

El principal impulsor de la producción de energía fotovoltaica es la irradiancia solar o luz solar que llega al PVPP. La ubicación de una PVPP determina la duración y la intensidad de la cantidad de radiación solar que recibe. Las regiones similares al Sahara-también tienen el mayor potencial solar porque tienen poca nubosidad y períodos de luz solar más largos y sin interrupciones (como el desierto del Sahara). Un ejemplo de ello es la meseta tibetana-de Qinghai. Tiene una energía de radiación solar del orden de 30MJ/m2. Sin embargo, tiene temperaturas muy bajas y muy altas, lo que afecta la eficiencia de los paneles solares. Las diferentes estaciones también dan lugar a diferentes resultados solares. Hay un pico de irradiancia solar en los meses de verano.

Sin embargo, en invierno disminuye porque hay menos luz solar y los rayos del sol están en un ángulo más bajo. Los recursos han divergido según la región. Hay una cantidad creciente de recursos solares con el tiempo en la región costera y el río Yangtze. Plateau tiene un recurso solar en disminución. Este es el recurso solar más reciente que tiene China, y señala la divergencia de recursos solares por región.

2. Eficiencia del módulo fotovoltaico

La eficiencia de las células solares tiene una relación directa con la conversión de energía. Aunque se utilizan mucho paneles de silicio monocristalino con una eficiencia superior al 22%, técnicas como la perovskita y la tecnología de células bifaciales pueden dar mejores resultados. Por ejemplo, Jinko Solar tiene sus módulos ABC de tipo N-que proporcionan una eficiencia del 25,3% en comparación con los paneles PERC más convencionales: en realidad, es más eficiente que estos últimos entre un 1,15% y un 3,96% en muchas condiciones.

La temperatura es un adversario crítico. Las celdas de silicio pierden eficiencia a medida que aumentan las temperaturas.-Cada aumento de 1 grado por encima de 25 grados reduce la producción en un 0,04%. La ventilación natural, los sistemas de montaje con canales de refrigeración o incluso los paneles-enfriados por agua pueden mitigar este efecto.

3. Desafíos ambientales y operativos

Polvo y contaminación:

Los árboles, edificios y otras formas de obstrucciones dan sombra parcial a los paneles solares e impactan el flujo de corriente en los paneles conectados en serie, lo que resulta en pérdidas de rendimiento significativas. Los paneles bifaciales y los sistemas de seguimiento inteligentes pueden compensar parcialmente esto capturando la luz reflejada.

Climas extremos:

El granizo, la nieve y los fuertes vientos dañan los paneles, mientras que la irradiación excesiva corre el riesgo de sobrecalentarlos. Los materiales avanzados como-marcos de acero anticorrosión y revestimientos auto-limpiantes mejoran la durabilidad.

4. Factores técnicos y de diseño del sistema

Inverter Efficiency: Inverters convert DC electricity to AC electricity. The inverter's efficiency typically ranges from 95% to 98%, based on the MPPT algorithm. Fluctuating conditions of the MPPT calibration add up to a 2% to 5% reduction in inverter output. DC/AC Ratio: A (higher) DC/AC ratio (>1.2) permite el almacenamiento o la reducción del excedente de energía CC, lo que permite mantener la estabilidad de la red. Quienes optan por sobredimensionar sus inversores incurren en un coste añadido. Cableado y pérdidas: Las pérdidas incurridas en los cables de CC y CA (3% y 1-2%, respectivamente) crean la necesidad de optimizar el tamaño de los cables junto con la menor distancia para transportar electricidad. La CC de alto voltaje se utiliza para minimizar las pérdidas resistivas incurridas durante la transmisión de electricidad.

5. Optimización específica del sitio-

Inclinación y Orientación: La orientación de los módulos (paneles) con respecto a la trayectoria del sol, es decir, en el hemisferio norte, es hacia el sur-, con un ángulo que corresponde con la latitud. Los rastreadores que son ajustables y rastrean en la dirección adecuada pueden aumentar la energía total recolectada de una matriz entre un 20% y un 30%. Estos seguidores ajustables requieren una complejidad mecánica adicional. Uso del suelo y topografía: El terreno inclinado requerirá terrazas o sistemas de lastre para eliminar la sombra de los módulos. Los soportes elevados son ventajosos para instalaciones en el desierto para reducir la probabilidad de que los módulos queden cubiertos de arena. Integración en la red: cuanto más cerca esté una instalación solar fotovoltaica de una subestación, menores serán las pérdidas de transmisión en el transporte de la electricidad generada. El uso de tecnologías de redes inteligentes impulsadas por inteligencia artificial (IA) que pronostican/distribuyen la demanda ayudan a mejorar la gestión de la intermitencia de la energía generada fotovoltaica.

6. Innovaciones emergentes

Paneles bifaciales: El uso de paneles bifaciales puede dar como resultado un aumento del 10 al 20 % en el rendimiento de los paneles solares debido a la luz reflejada del suelo, esto es particularmente cierto en ambientes nevados y arenosos.

IA y análisis predictivo: La inteligencia artificial y el análisis predictivo combinan el aprendizaje automático con datos en tiempo real-para predecir la producción a partir de datos meteorológicos y permitir a los administradores de la red optimizar la red antes de que ocurran problemas. Por ejemplo, las plantas del desierto de Gobi en China utilizan IA para ajustar las operaciones antes de las tormentas de arena.

Sistemas híbridos: La combinación de energía fotovoltaica con turbinas eólicas o baterías garantiza un suministro constante durante los períodos-de sol bajo.

Conclusión

Para optimizar la cantidad de energía fotovoltaica (PV) generada a partir de los rayos del sol, el desarrollo de una estrategia integral es esencial para proporcionar estrategias efectivas para el desarrollo de tecnologías para el mantenimiento y utilización de sistemas fotovoltaicos (PV). Aunque el polvo del medio ambiente es un desafío importante y las temperaturas extremas continúan afectando negativamente la eficiencia de la energía fotovoltaica (PV), los materiales y estructuras utilizados en la fabricación de energía fotovoltaica (PV) están mejorando sustancialmente; por lo tanto, se pueden lograr eficiencias superiores al 30 por ciento con un diseño adecuado de nuevos materiales, nuevos sistemas y una mayor inversión en sistemas inteligentes. La optimización exitosa de estas actividades será esencial para establecer con éxito sistemas de energía solar. En la actualidad, muchos países están avanzando rápidamente para eliminar las emisiones de carbono y convertirse en naciones carbono-neutrales.