Implementación de circuito para medir la eficiencia en la producción de energía en los paneles solares (suciedad, orientación y horarios del día)

Abstract

En Chile, donde en 2021 se están instalando 6.698 MW renovables, siendo la mayoría energía solar y eólica, se debe entender que la generación de aquellas provenientes del Sol son afectadas por los efectos de la suciedad provocada por material particulado sobre las planchas, conocido también como soiling. A través de varios estudios se estiman pérdidas de generación energética desde un 20 a un 60% anual por soiling, como se indica en la literatura Se considera un promedio de pérdida de un 42.9% anual para los cálculos económicos. Existen instrumentos encargados de medir el rendimiento de los paneles solares en comparación con lo que entregaría uno limpio, llamados Estaciones de Soiling, pero las que se encuentran en el mercado tienen un costo muy alto. En la literatura se encuentran varios circuitos que permiten obtener la mayor cantidad de variables para determinar la proporción de suciedad en paneles, por lo que esta memoria será enfocada en el desarrollo de un circuito medidor de curva I-V con dispositivos agregados que permitan medir todas las variables necesarias para el estudio de este fenómeno, teniendo en cuenta que se verá la forma de construir estos circuitos de manera tal que no sea excesivamente caro. Se construyeron dos dispositivos para tomar mediciones de curva I-V y temperatura superficial de paneles solares de forma exitosa con tecnologías y presupuesto disponibles para realizarlo. El panel utilizado para el análisis se conectó a dos microcontroladores Arduinos distintos para su análisis de datos, con programas diseñados en Python, permitiendo estimar una proporción de suciedad al compararlo desde un estado sucio, generado intencionalmente al arrojarle polvo y tierra, a un estado limpio, a través de su limpieza con un paño de microfibra. Se consiguió calcular los efectos de la suciedad y se definió efectuar una limpieza cuando se alcance una pérdida de eficiencia de un 60 %, donde se evaluó económicamente su implementación en una planta solar a partir de varios supuestos, como pérdida por suciedad mensual y costos de limpieza por panel, donde se perciben VAN por sobre los 91 millones de pesos en cada caso al limpiar en el momento que el instrumento diseñado indique una pérdida de desempeño por suciedad de un 60 %. Notar que el proyecto es sensible con respecto al precio de limpieza por panel, por lo que conviene analizar el precio de mano de obra. Como se menciona, el dispositivo puede instalarse en varios puntos dentro de un Parque Fotovoltaico (PFV) para mostrar las zonas con mayor suciedad, información útil para que determinar la prioridad de limpieza del parque, minimizando el costo operacional (OPEX) de la compañía, siendo válido para cualquier escala de PFV debido al planteamiento de disminuir el precio de construcción con respecto a los dispositivos que hoy en día se venden para realizar esta función. Además, a partir del trabajo desarrollado, pueden diseñarse mejoras en trabajos futuros dentro de todas las áreas de la ingeniería eléctrica, como el uso de LoRa.