Paneles solares inteligentes

El gigante fotovoltaico chino Suntech está centrando sus trabajos en mejorar la electrónica aplicada a sus paneles solares para obtener mejores rendimientos de potencia. Los fabricantes de esta industria trabajan en forma continua para reducir los costos de la energía solar, es decir, para mejorar las celdas fotovoltaicas y los paneles solares para que sean más eficientes. Pero esto es sólo la mitad de la historia. La otra mitad se está gestando en incorporar nuevos dispositivos electrónicos dentro de los paneles que podrían aumentar el rendimiento y la potencia de los sistemas fotovoltaicos haciéndolos más fáciles de diseñar e instalar.

Suntech Power, el mayor fabricante mundial de paneles solares de silicio cristalino, con sede en Wuxi, China, ha anunciado nuevos acuerdos con National Semiconductor y otros fabricantes de dispositivos electrónicos orientados hacia la industria de la energía solar para desarrollar “paneles inteligentes” que ofrezcan la mayor potencia posible, incluso cuando otros paneles estén rindiendo menos debido a daños o al bloqueo de la luz solar causado por sombras o suciedad. Este tipo de sistema será muy útil porque en las instalaciones fotovoltaicas convencionales el rendimiento de cada panel en particular afecta a la salida de todo el sistema. "Creemos que la tecnología de módulos inteligentes es el camino evidente hacia el futuro", afirma Andrew Beebe, director comercial de Suntech.

Los fabricantes de paneles solares se están encontrando con dificultades constructivas para conseguir un incremento adicional en la eficiencia con la que los paneles de silicio cristalino convierten la luz solar en electricidad. Debido a este freno es que la innovación dedicada a la industria de la energía solar se ha desplazado hacia los dispositivos electrónicos que controlan y administran de la mejor manera posible la energía generada por los paneles. "Todo incremento de la potencia reduce el costo por vatio, y es en los dispositivos electrónicos donde se comienzan a realizar los trabajos orientados a obtener mejoras", señala Matthew Feinstein, investigador asociado de Lux Research. El dispositivo encargado de optimizar la potencia generada por los paneles y desarrollada por los científicos de National Semiconductor ya se encuentra en el mercado y se lo conoce como SolarMagic. “Las pruebas en las instalaciones de los clientes han demostrado que este nuevo sistema puede alcanzar a extraer hasta un 25% más de energía de un sistema fotovoltaico”, destaca Kevin Kayser, responsable de marketing de la empresa. Las pruebas independientes realizadas por el Laboratorio Nacional de Energías Renovables y por Photon International han demostrado un aumento de la energía generada por las matrices de hasta el 39 %.

Los módulos solares operan a varios niveles de corriente y de voltaje. La forma tradicional de conexión es en serie, y su electricidad generada de corriente continua se combina y se envía a un convertidor de gran tamaño. El convertidor (también conocido como inversor) hace dos cosas: por un lado, y como su nombre lo indica, convierte la energía en electricidad de corriente alterna preparada para ser añadida a la red. Por otro lado, su circuito de control busca y establece de manera constante el voltaje de servicio y los niveles instantáneos de todos los paneles basándose en la potencia de salida total de la matriz. Sin embargo, si la corriente de un panel cae a causa de una sombra o por suciedad natural, el convertidor reduce la corriente de todos los otros paneles, reduciendo la producción de energía de la matriz completa. "Una sombra que cubra un 10% de la matriz significa una pérdida de energía del 50%", explica Kayser.

El optimizador de energía de National Semiconductor deja de lado las tecnologías de circuito de control central del inversor y (en lugar de esto) coloca un circuito de control detrás de cada panel. Esto le permite al optimizador extraer de cada panel la mayor potencia posible. Además, destaca Kayser, mientras que algunos productos de optimización de energía aumentan o disminuyen tanto la corriente como el voltaje a la vez, este nuevo desarrollo impulsado por National Semiconductor permite aumentarlos o disminuirlos de manera independiente, lo que hace posible incrementar aún más el rendimiento. El dispositivo ha demostrado añadir unos 10 centavos de Euro por vatio al coste de instalación de un sistema fotovoltaico, y en la mayoría de instalaciones se amortiza en el término de dos años.

Además, los instaladores no tienen que preocuparse, por ejemplo, del cambio de sombra de una chimenea o del ángulo de inclinación exacto de cada panel. "Nuestro dispositivo permite simplificar el tiempo de diseño y reducir el tiempo de instalación, por lo que el margen de beneficios aumenta", explica Kayser. Por su parte, Suntech no se ha dejado seducir sólo por este trabajo de National Semiconductor. La empresa china también está estudiando los micro-conversores, otra tecnología electrónica que estaría en condiciones de aumentar la electricidad fotovoltaica generada. Los micro-conversores modifican los niveles de voltaje y de corriente de cada panel, y también dan un paso más: convierten la electricidad de cada  panel de corriente continua a corriente alterna. Los dos enfoques tienen, por supuesto, sus ventajas y desventajas. Los micro-conversores simplifican la conexión entre paneles, de forma que los nuevos sistemas fotovoltaicos son más fáciles de instalar, y también será más fácil, en un futuro, añadir y sumar paneles a las matrices.

Sin embargo, los sistemas existentes son más fáciles de adaptar con optimizadores de energía (los fabricados y comercializados por National Semiconductor) y esto también debería ofrecer una mejor eficiencia general del sistema. Esto se debe a que la conversión de corriente continua a corriente alterna en cada panel, como hacen los micro-conversores, requiere aumentar el voltaje de operación, lo que acarrea una determinada pérdida de energía. Suntech se ha asociado con media docena de empresas que fabrican micro-conversores y optimizadores de energía. Estas incluyen las startups Enphase Energy, en Petaluma, California; Tigo Energy, en Los Gatos, California; y Azuray Technologies, en Portland, Oregon. Tigo Energy produce un optimizador de energía de corriente continua que ajusta los niveles de corriente del panel y puede aumentar la producción de energía hasta en un 20%. Enphase Energy afirma que sus micro-conversores pueden ayudar a los sistemas solares a generar hasta un 25% más de energía. Azuray Technologies, por su parte, está fabricando tanto optimizadores de energía como micro-conversores.

Aunque ambas tecnologías ya tienen más de dos décadas, sólo recientemente se han conseguido implementar productos fiables de bajo coste, indica Eric Wesoff, analista de energía solar de Greentech Media. "Finalmente, los fabricantes de paneles se han convencido de que esto es algo que puede durar", señala. Además, a medida que los ingenieros observan que comienzan a extinguirse los medios para aumentar la eficiencia de los paneles fotovoltaicos, están más convencidos de que la opción actual es comenzar a ensayar diferentes soluciones electrónicas.