RENDIMIENTO CARACTERISTICO DE UN SISTEMA FOTOVOLTAI CO

CONECTADO A LA RED EN LA CIUDAD DE CATAMARCA #

V. Luque, C. Rodríguez, A. Iriarte, V. García. Grupo de Energías Renovables Catamarca, INENCO-CONICET

Facultad de Ciencias Agrarias, Universidad Nacional de Catamarca Maestro Quiroga Nº 93, 4700 – Catamarca Argentina; e-mail: vhluque@gmail.com

Recibido 13/08/18, aceptado 24/09/18

RESUMEN: En Catamarca, a través del proyecto IRESUD, "Interconexión de sistemas fotovoltaicos a la red eléctrica en ambientes urbanos" se evalúa un sistema fotovoltaico conectado a la red para promover la difusión y el uso de los mismos. Este trabajo muestra el rendimiento característico de un sistema de 2,88 kWp instalado en la Universidad Nacional de Catamarca. El rendimiento característico, es decir la relación del rendimiento energético real con respecto a la generación con los paneles solares operando en condiciones normalizadas, se determinó para julio y diciembre de 2015. El valor de rendimiento característico más alto obtenido para julio indica que hubo una mayor eficiencia en la conversión en comparación con diciembre. Se aprecia además, que la energía generada en julio fue mayor que en diciembre posiblemente por la influencia de la temperatura ambiente, la sombra y el polvo en los paneles. Palabras clave: sistema fotovoltaico conectado a la red, rendimiento característico, Catamarca. INTRODUCCION El uso de energía solar para producción de energía ya sea eléctrica o térmica ha tomado mayor importancia a nivel mundial a partir de la crisis energética del año 1973. Hay que destacar que las inversiones realizadas en el campo de la investigación de la conversión fotovoltaica, ha logrado como resultado la producción de celdas solares de alta calidad y más económicas (Fickling, 2018) además del incremento de la eficiencia de otros componentes de dichos sistemas. Actualmente, a nivel mundial, existen numerosas empresas que compiten en la producción y comercialización de estos sistemas, llegándose a instalar plantas con potencias de cientos de megavatios (El Periódico de la Energía, 2017). El Gobierno de Argentina declaró el 2017 como el año de las energías renovables (Decreto 9/2017). Con el propósito de diversificar la matriz energética del país, atenuar su dependencia de los combustibles fósiles importados y reducir las emisiones de carbono, puso en marcha un programa denominado RenovAR cuyo objetivo es lograr que para 2025 el 20 % de la electricidad producida por el país se genere a partir de fuentes renovables. Hasta el momento, tras tres rondas de licitaciones, se adjudicaron 4466,5 MW, principalmente para proyectos de energía eólica y solar distribuidos en las diferentes provincias, entre las que se encuentra la provincia de Catamarca con 7 plantas que suman un total de 225 MW (Ministerio de Energía y Minería, 2018). A menor escala, tanto en esta provincia, como en la mayoría de las capitales de las diferentes jurisdicciones del país, existen instalaciones fotovoltaicas conectadas a red (SFCR) con potencias inferiores a 6 kW, principalmente a través del Proyecto Iresud "Interconexión de sistemas fotovoltaicos a la red eléctrica en ambientes urbanos" que están siendo evaluadas en su comportamiento con el objetivo de fomentar su difusión y uso masivo (Luque et al, 2015). # Parcialmente financiado IRESUD - UNCa

ASADES Acta de la XLI Reunión de Trabajo de la Asociación Argentina de Energías Renovables y Medio Ambiente

Vol. 6, pp. 03.55-03.61, 2018. Impreso en la Argentina. ISBN 978-987-29873-1-2

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El SFCR en estudio se encuentra ubicado en el valle central de Catamarca, en el ámbito de Sierras Pampeanas, con orientación norte-sur, rumbo que incide en el tipo y distribución de las precipitaciones. Bajo la influencia del dominio climático semiárido, el espacio geográfico de referencia forma parte de la Diagonal Árida Sudamericana. La estación húmeda abarca los meses de noviembre, diciembre, enero, febrero, marzo y abril, las precipitaciones no están distribuidas uniformemente. El promedio anual es de 450 mm para la de la ciudad de San Fernando del Valle de Catamarca. Las precipitaciones son de régimen torrencial, caracterizadas por su corta duración y poder erosivo, la evaporación excede a la precipitación media anual. Las máximas temperaturas suelen darse a finales de la primavera y en períodos secos durante el verano. Este período intercala entre semanas de tiempo seco y templado e irrupciones de aire polar que duran 2 o 3 días. Las mínimas abarcan mediciones negativas bajo cero, principalmente en los meses de junio y julio. A mediados de la estación invernal comienza el régimen de vientos que van de intensidad moderada a fuerte que soplan desde el sector norte y noreste. Estos vientos se activan entre los meses de julio y agosto y cobran su máxima intensidad y frecuencia en octubre. El levantamiento de polvo que queda en el aire se acrecienta con el pasar de los días. (Características climáticas más importantes del valle central de Catamarca, 2018). Un procedimiento de evaluación de la efectividad de una instalación fotovoltaica es mediante la determinación del rendimiento característico (performance ratio). Éste expresa la relación del rendimiento energético real con respecto a la generación con los paneles solares operando en condiciones normalizadas (STC). Este rendimiento cuantifica el efecto general de las pérdidas debido a: ineficiencia del inversor, cableado, pérdidas de conexionado de los paneles fotovoltaicos (mismatch), temperatura elevada del módulo fotovoltaico, reflejo de la superficie frontal del módulo, suciedad, tiempo de inactividad del sistema, sombreado y fallas de los componentes (Dierauf et al, 2013). Es independiente de la orientación de una instalación fotovoltaica y de la irradiación solar que incide sobre ella, por lo que da la posibilidad de comparar instalaciones fotovoltaicas conectadas a red en diferentes lugares del mundo. En este trabajo se muestra el resultado de la determinación del rendimiento de un sistema fotovoltaico conectado a la red, ubicado en la ciudad de San Fernando del Valle de Catamarca, utilizando para el cálculo datos de parámetros reales medidos en el año 2015. MATERIALES Y METODOS El rendimiento característico, está definido por la norma IEC 61724 y es una medida comúnmente utilizada para el cálculo del rendimiento un sistema fotovoltaico conectado a la red. Se definen una serie de parámetros: Rendimiento característico (PR) se define como un factor de rendimiento que considera las pérdidas energéticas asociadas a los rendimientos de conversión DC/AC y de seguimiento del punto de máxima potencia del inversor y al hecho de que el rendimiento de las células solares es inferior al que indica el valor de su potencia nominal, debido a que la temperatura de operación suele ser notablemente superior a 25ºC. Es el cociente entre el índice de producción final del sistema (final yield) y el índice de producción de referencia (reference yield).

R

F

Y

YPR= (1)

El índice de producción final del sistema es la energía neta de salida dividida por la potencia nominal del generador fotovoltaico. Representa el número de horas que debería funcionar a esa potencia para proporcionar dicha energía de salida. Es la energía útil producida en por el sistema en un cierto periodo de tiempo por unidad de potencia instalada, expresada en kWh/kWP.

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nomG

FVF P

EY = (2)

El índice de producción de referencia es la irradiación solar incidente en el plano del generador durante un determinado periodo de tiempo, expresada en kWh/m2, respecto de la irradiancia en condiciones estándar (G*= 1kW/m2, Ta= 25 ºC).

*G

GY S

R= (3)

Estos parámetros se pueden referir a distintos periodos de funcionamiento (día, mes, año) siendo los promedios diarios mensuales y el valor anual los más empleados. Para el cálculo de estos índices se midió cada 5 minutos la potencia de salida del inversor, la irradiancia solar y la temperatura ambiente, durante las horas de sol. El medidor de irradiancia se ubicó junto a los paneles fotovoltaicos, con la misma inclinación, en el sector Este. El sistema fotovoltaico conectado a la red en estudio forma parte del programa Interconexión de Sistemas Fotovoltaicos a la Red Eléctrica en Ambientes Urbanos, está localizado en la ciudad de San Fernando del Valle de Catamarca, provincia de Catamarca, Argentina con coordenadas: 28° 27' 32,460'' Latitud Sur y 65° 47' 2,827'' Longitud Oeste con orientación hacia el Norte y una inclinación de 30o. El SFCR de 2,88 kWp consta de 12 paneles de 240 Wp (SUNMODULE SW 240) conectados en serie a un inversor de 2800 W (AEG Protect PV 2800). En la Fig. 1 se muestra el generador fotovoltaico.

Figura 1: Vista del generador fotovoltaico instalado en el predio de la universidad RESULTADOS EXPERIMENTALES La temperatura ambiente promedio diaria para el mes de julio estuvo por debajo de los 25 ºC, para el mes de diciembre se observó que durante 26 días (84 %) la temperatura ambiente promedio diaria estuvo por encima de 25 ºC, con temperaturas ambiente máximas promedio superiores a 35 ºC durante 13 días (42 %).

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En la Fig. 2 se muestran el índice de producción de referencia y el índice de producción final diario para el mes de julio de 2015.

Figura 2: Índice de producción de referencia e índice de producción final - julio de 2015

El índice de producción de referencia depende de la irradiancia incidente sobre el plano del generador fotovoltaico, el valor mínimo obtenido fue de 0,94 h/día, el valor máximo de 6,31 h/día con un valor promedio de 4,94 h/día, durante cinco días no superó el valor de 4, correspondiendo estos a días nublados o seminublados. El índice de producción final varía desde un valor mínimo de 0,73 h/día hasta un valor máximo de 5,28 h/día con un valor promedio de 3,94 h/día. Los días con menor índice de producción final corresponden a días con menor irradiancia. En la Fig. 3 se expone el rendimiento característico diario para el mes de julio de 2015.

Figura 3:Rendimiento característico diario - julio 2015

Se obtuvo un valor mínimo de 0,73, valor máximo de 0,9 y un promedio de 0,79, lo que indica una buena eficiencia de conversión del SFCR. En la Fig. 4 se muestran el índice de producción de referencia y el índice de producción final diario para el mes de diciembre de 2015.

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Figura 4 Índice de producción de referencia e índice de producción final - diciembre 2015 El índice de producción de referencia varía entre un mínimo de 1,58 h/día y 8,13 h/día con un promedio de 6,48 h/día, el índice de producción final presenta valores entre 1,15 h/día y 4,48 h/día con un valor promedio de 3,63 h/día. Si bien los índices de producción de referencia son mayores a los obtenidos para el mes de julio no se obtuvo valores mayores del índice de producción final posiblemente por la incidencia de múltiples factores tales como sombreamientos que no fueron detectados por la ubicación del medidor de irradiancia, indicando este valores por encima de los efectivamente recibidos por los paneles, ensuciamiento de los paneles y temperaturas ambientes elevadas, en localidades del norte de la provincia de Santa Fe las pérdidas de energía por efecto de la temperatura son del orden del 7 % (Battioni et al, 2016). En la Fig. 5 se muestra el rendimiento característico diario para el mes diciembre de 2015.

Figura 5: Rendimiento característico diario - diciembre 2015 El rendimiento característico diario presentó valores comprendidos entre 0,47 h/día y 0,73 h/día con un valor promedio de 0,57. Este valor sensiblemente menor al obtenido para el mes de julio posiblemente se debe a sombreamiento parcial de los paneles en horario vespertino (por arboles

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cercanos ubicados al Oeste) que no fueron detectados por el medidor de irradiancia ubicado en el lado Este, ensuciamiento por polución ambiental urbana y polvo de los paneles presente en el mes de diciembre, caracterizado por vientos frecuentes y precipitación de 56 mm, limitación de la potencia entregada por el inversor (derating temperature) ya que se registraron para el mes de diciembre temperaturas máximas en el inversor de 65,3 ºC con una temperatura promedio de 48,12 ºC mientras en julio estos valores fueron de 48,5 ºC y 36,91 respectivamente y valores elevados de temperatura ambiente que disminuyen la eficiencia de los paneles. Efectos similares describen Boughamrane (2016) para una planta situada al sur de Marruecos, donde obtuvo un PR de 0,47 para el mes de julio y 0,73 para diciembre, destacando las pérdidas causadas por la alta temperatura ambiente. También Baltus (1997) determina un rendimiento característico anual de 0,61 para una instalación situada en Holanda, donde indica que este valor bajo obedece a funcionamiento inadecuado del inversor, sombreamiento parcial por la geometría del edificio y limitación de potencia incremento en la temperatura del inversor. En un sistema fotovoltaico situado en Tailandia el valor obtenido para el mes de diciembre fue de 0,66 (Chaita y Kluabwang, 2016). En la Tabla N° 1 se muestran los índices de producción de referencia, índices de producción final, rendimiento característico y la energía entregada a la red para los meses antes citados.

Tabla N° 1: Valores mensuales

Energía [kWh] YR [h/mes] YF [h/mes] PR Julio 2015 351,9 153,27 122,19 0,8 Diciembre 2015 324,1 200,87 112,53 0,57

CONCLUSIONES La influencia de la irradiancia se nota claramente en los valores obtenidos para el índice de producción de referencia, mayor para el mes de diciembre. La energía generada en el mes de julio fue mayor a la del mes de diciembre. La disminución del índice de producción final y por consiguiente el rendimiento característico posiblemente obedece a múltiples factores: temperatura ambiente que afecta tanto a los paneles como al inversor, polvo, polución ambiental, sombreamiento de los módulos e incorrecta ubicación del medidor de irradiancia. El mayor valor del rendimiento característico obtenido para el mes de julio nos está indicando que hubo una mayor eficiencia en la conversión en dicho mes cuando lo comparamos con el valor obtenido en el mes de diciembre. La disminución observada el rendimiento característico para el mes de diciembre debería ser evaluada con mayor precisión puesto que el rendimiento característico no discrimina las pérdidas según su tipo. REFERENCIAS Baltus, C., Eikelboom, J., Van Zolingen R., Analytical monitoring of losses in pv systems, Paper

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Battioni M., Risso G., Cutrera M., Schmidt J., Evaluación de distintos métodos para estimar la temperatura de operación de módulos fotovoltaicos y estimación de las pérdidas de energía por efecto de la temperatura, Avances en Energías Renovables y Medio Ambiente Vol. 20, pp 04.01-04.11, 2016. ISSN 2314-1433.

Boughamrane L., Boulaid M., Tihane A., Sdaq A., Bouabid K. and Ihlal A., Comparative analysis of measured and simulated performance of the Moroccan first MV grid connected photovoltaic power plant of Assa, southern Morocco, J. Mater. Environ. Sci. 7 (12) (2016) 4682-4691 Boughamrane et al. ISSN : 2028-2508

Chaita A., Kluabwang J., Performance evaluation of 3.5 kWp rooftop solar PV plant in Thailand, Proceedings of the International MultiConference of Engineers and Computer Scientists 2016 Vol II, IMECS 2016, March 16 - 18, 2016, Hong Kong

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Características climáticas más importantes del valle central de Catamarca, http://www.observatorioclimaunca.info/clima-.html, visitado el 13 de Agosto de 2018.

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Fickling D., https://www.bloomberg.com/view/articles/2018-06-05/chinese-burn-only-makes-the-solar-industry-stronger., visitado el 27 de junio de 2018

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Luque, V., Iriarte, A., Cadena, C., Rigoti, J., Sistema fotovoltaico conectado a la red en la ciudad de Catamarca: descripción y primeros resultados, Acta de la XXXVIII Reunión de Trabajo de la Asociación Argentina de Energías Renovables y Medio Ambiente Vol. 3, pp. 08.231-08.239, 2015. ISBN 978-987-29873-0-5

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Proyecto IRESUD, https://iresud.com.ar/acerca-de-iresud/proyecto/ ABSTRACT: In Catamarca, by mean of IRESUD project " Interconnection of photovoltaic systems to the grid in urban environments" " project, grid connected photovoltaic systems is evaluated to promote diffusion and use. This paper deals with the performance ratio of a 2.88kWp system installed at the University National of Catamarca. The performance ratio, that is, the ratio of the actual energy performance respect the solar panels yield, operating under standardized conditions, was determined for July and December 2015. The highest performance ratio value obtained for July indicates that there was greater efficiency in the conversion compared to December. It is also noticed that the energy generated in July was greater than in December, possibly by the influence of the ambient temperature, shade, and dust over panels. Keywords: grid connected photovoltaic system, performance ratio, Catamarca

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