Llegamos al tercer artículo de nuestra serie de sobre el sobredimensionado de instalaciones. Primero hablamos sobre qué es el sobredimensionado de una instalación, después hemos fijado los conceptos básicos donde ahondamos en qué sucede cuando sobredimensionamos una instalación y ahora Agustín Garribia, Technical Service en Amara-e, se remanga para presentaros un ejemplo real de un sobredimensionado.

 


Cómo sobredimensionamos una instalación fotovoltaica

Tras conocer los conceptos de sobredimensionado, vamos a analizar algunos casos de aplicación para entender mejor la pregunta “¿Qué sobredimensionado soporta mi inversor?”, no hay una respuesta única y definitiva para todos los casos.

Queremos exponeros cómo realizamos desde Servicio Técnico el sobredimensionado de instalaciones, para ello utilizaremos el software PVSol .  Como el objetivo de este artículo es presentar las diferencias de sobredimensionado, no se han considerado perdidas de sombreado en estas simulaciones. Para este ejemplo, vamos a elegir una instalación ubicada en Madrid. La ubicación es un punto muy relevante ya afectará de manera significativa la tensión del sistema debido a las temperaturas máximas y mínimas registradas en la localización.

Para el primer análisis de sobredimensionado, utilizaremos el inversor SMA Core-1, con una potencia nominal de 50kW, y 6 MPPT (hasta 12 entradas en total con un máximo de 2 strings por entrada). Respecto a los paneles, utilizaremos módulos JA Solar JAM72S20 – 455 Wp. Este inversor tiene 6 entradas independientes, con tensión de entrada máxima de 1000 V. A continuación se muestra información de la hoja de datos técnicos de este equipo, y qué debemos tener en cuenta a la hora de calcular las cadenas de módulos o strings.

 

Puntos a considerar:

  • Tensión máxima de entrada: 1000V – Valor que no debe superarse en ningún momento del funcionamiento del inversor. Debe ser dimensionado teniendo en cuenta la tensión de circuito abierto del módulo (Voc) corregido a la temperatura más baja en su lugar.
  • Rango de voltaje MPP para potencia nominal y voltaje de entrada nominal: Valores de voltaje en los que el inversor trabajará en su punto óptimo de operación.

Realizamos las siguientes dimensiones:

MPPT12 x 14 módulos2 x 16 módulos2 x 18 módulos2 x 16 módulos2 x 18 módulos2 x 18 módulos2 x 16 módulos2 x 17 módulos
MPPT21 x 18 módulos1 x 18 módulos1 x 18 módulos2 x 16 módulos2 x 17 módulos2 x 18 módulos2 x 16 módulos2 x 14 módulos
MPPT31 x 18 módulos1 x 18 módulos1 x 18 módulos1 x 17 módulos1 x 17 módulos1 x 18 módulos2 x 15 módulos2 x 14 módulos
MPPT41 x 18 módulos1 x 18 módulos1 x 18 módulos1 x 17 módulos1 x 17 módulos1 x 18 módulos2 x 15 módulos2 x 14 módulos
MPPT51 x 14 módulos1 x 18 módulos1 x 18 módulos1 x 17 módulos1 x 17 módulos1 x 18 módulos1 x 15 módulos2 x 14 módulos
MPPT61 x 14 módulos1 x 18 módulos1 x 18 módulos1 x 17 módulos1 x 17 módulos1 x 18 módulos1 x 15 módulos1 x 18 módulos
Total110 módulos122 módulos126 módulos132 módulos138 módulos144 módulos154 módulos164 módulos
Potencia (kWp)50,0555,5157,3360,0662,7965,5270,0774,62
Sobretamaño  (kWp/kW)1,0011,1101,1471,2011,2561,3101,4011,492
kWh/año75.45283.68286.41490.71794.06297.637102.611107.240
kWh/kWp/año1.507,531.507,511.507,311.501,341.498,041.490,181.464,411.437,15
PR86,886,886,886,486,285,884,382,7


La simulación la vamos a realizar con la potencia muy cerca del nominal del equipo (110 módulos a 50,05 kWp). También simularemos otras alternativas:

  • 122 módulos (11 %),
  • 144 módulos (31 %)
  • 164 módulos (49,2 %). Esta cifra supone el límite que podemos utilizar con estos módulos, sin exceder la tensión máxima 1000V y corrigiendo a VoC temperatura mínima. No podemos olvidar que el simple cambio de región podría ser causa suficiente para afectar a este límite, lo que nos demuestra que no hay un valor fijo aplicable.

A continuación tenemos algunos parámetros de generación y eficiencia proporcionados por PVSol:  

  • kWh/año: Cantidad de energía (kWh) generada durante el primer año de funcionamiento del sistema.
  • kWh/kWp/año: Cantidad de energía generada al año para cada kWp de potencia instalada. Este es un parámetro que se utiliza para comparar sistemas con diferentes potencias.
  • PR: Relación de rendimiento es un parámetro que indica la eficiencia de un sistema. Cuanto más cerca de 1, más eficiente será el sistema.

Esta es la tabla de simulaciones obtenidas en este nuestro caso en concreto:

Potencia (kWp)50,05 kWp55,51 kWp65,52 kWp74,62 kWp
Sobredimensionado (kWp/kW)0,01 %11 %31 %49,2 %
kWh/año73.88581.95595.393104.997
kWh/kWp/año1.4761.4761.4561,407,08
Pr85 %85 %83,8 %81 %

 

El primer punto sobre el que queremos llamar la atención, es el índice kWh/kWp/año. Como podemos ver, cuantos más módulos se utilicen mayor será la generación (kWh), pero al mismo tiempo el sistema producirá menos energía por cada kWp extra, y por tanto un PR más bajo. Por otro lado, podemos comprobar que cuanto más nos aproximamos al valor de tensión óptimo, más eficiente será nuestro sistema. 

 

“¿Entonces quieres decir que no hay razón para sobredimensionar este inversor un 49,2% sabiendo que con el 31% es más eficiente?” No necesariamente. Deberemos analizar el impacto económico individual de cada caso, porque puede ser que la ganancia de energía compense el mayor coste aunque el rendimiento sea un poco inferior , debido a las limitaciones de entrada. “Entonces, podemos afirmar que el inversor soporta un máximo del 49,2% de sobredimensionado” Lo siento, tampoco podemos afirmar eso.

Para clarificarlo, haremos el mismo análisis con el mismo equipo pero con los módulos de LG Solar, concretamente con el modelo LG NeON 2 350 N1C-V5.

MPPT12 x 19 módulos2 x 20 módulos2 x 17 módulos2 x 17 módulos2 x 18 módulos2 x 17 módulos2 x 18 módulos2 x 18 módulos
MPPT21 x 21 módulos2 x 17 módulos2 x 17 módulos2 x 17 módulos2 x 18 módulos2 x 17 módulos2 x 18 módulos2 x 18 módulos
MPPT31 x 21 módulos1 x 21 módulos2 x 17 módulos2 x 17 módulos2 x 18 módulos2 x 17 módulos2 x 18 módulos2 x 18 módulos
MPPT41 x 21 módulos1 x 21 módulos1 x 21 módulos2 x 17 módulos2 x 17 módulos2 x 17 módulos2 x 18 módulos2 x 18 módulos
MPPT51 x 21 módulos1 x 21 módulos1 x 21 módulos1 x 19 módulos1 x 18 módulos2 x 17 módulos2 x 18 módulos2 x 18 módulos
MPPT61 x 21 módulos1 x 21 módulos1 x 20 módulos1 x 17 módulos1 x 18 módulos1 x 17 módulos1 x 18 módulos2 x 17 módulos
Total143 módulos158 módulos164 módulos172 módulos178 módulos187 módulos200 módulos214 módulos
Potencia (kWp)50,0555,357,460,262,365,457074,9
Sobretamaño  (kWp/kW)1,0011,1061,1481,2041,2461,3091,4001,498
kWh/año77.75585.90289.11393.05295.81099.727105.390110.304
kWh/kWp/año1.5541.5531.5521.5461.5381.5241.5061.473
PR89,489,489,388,988,587,786,684,7

En este ejemplo, podemos observar que debido a la limitación de tensión máxima, podemos utilizar como máximo 214 módulos de este modelo en concreto. Y sin embargo, alcanzamos una potencia máxima de 74,9 kWp, con casi un 50% de sobredimensionamiento. 

 

Potencia (kWp)50,0555,365,4574,9
Sobredimensionado (kWp/kW)0,01 %10,6 %30,9 %49,8 %
kWh/año77.75585.90299.727113.04
kWh/kWp/año1.5541.5531.5241.473
Pr89,489,487,784,7

Como podemos ver, el índice PR (representado en el gráfico con una curva en naranja) disminuye considerablemente aunque la energía generada sea mayor (representada en el gráfico con barras azules). La relación kWh/kWp instalada se reduce considerablemente debido a que el inversor funciona fuera de su rango óptimo.

Por ello volvemos a hacer hincapié en la importancia fundamental de un análisis financiero para determinar cuál es la mejor opción que mejor se adapta a nuestro sistema fotovoltaico, y que se debe analizar cada caso individualmente. Como hemos podido ver, no hay ninguna verdad absoluta, ni regla genérica, en las simulaciones anteriores que sirvan para todas las instalaciones. Por ello, deben ser analizados cuidadosamente los modelo de módulo, inversor, ubicación de la instalación, etc. entre otros parámetros. Y no sólo esto, sino que además las diferentes configuraciones de strings también afectarán a los valores obtenidos de kWh y PR, obteniendo unos mejores valores cuanto más cerca de la tensión óptima nos encontremos.

 

Conclusión

Como podemos comprobar, un sobredimensionado bien realizado es fundamental para un mejor comportamiento del inversor. La idea de esta serie de artículos es precisamente sacar a debate estos temas para que entre todos realicemos un análisis exhaustivo y caso por caso, para no asumir que un 20%-30% de sobredimensionado es lo ideal para cualquier inversor en cualquier lugar

También queremos mostrar que a veces puede ser interesante sobredimensionar el equipo más allá del punto óptimo del mismo, porque económicamente será más compensatorio.

Si nos imaginamos un caso en el que la potencia en la unidad de consumo es de 75kVA o 112.5kVA, un cambio en este sistema implicaría costes en trabajos de refuerzo de red, o incluso cambiar la tarifa contratada por el cliente. Puede ser más interesante económicamente sobredimensionar un 40, 50 o 60%  el inversor, logrando una mayor generación de energía, sin tener que hacer ajustes en la red de la empresa de suministro eléctrico, incluso si el inversor funciona con una producción ligeramente menor que su máxima eficiencia. 

Por último, analicemos la siguiente gráfica de un inversor SMA CORE1, con módulos JA Solar 455W. De acuerdo con los límites de tensión y corriente del equipo, previstos en su ficha técnica, sería posible instalar hasta 75 kWp de módulos (164 módulos) dentro de los límites del equipo. Y como se puede ver en las barras azules, estaríamos continuamente generando más energía, pero ¿A qué precio? El rendimiento del sistema desde un determinado punto se reduce con el aumento de la potencia instalada. 

¿Es posible instalar esta potencia? ¿Es económicamente viable? Necesitarás conocer específicamente cada proyecto para buscar la mejor solución del cliente, ya que tal y como hemos visto un sistema dimensionado con el mejor PR puede no ser económicamente viable. Seguramente ya conozcas el concepto LCOE (Levelized Cost of Energy). Es este valor el que ouede (y debe) ser aplicado en la definición de sobredimensionado, ya que los sistemas fotovoltaicos se tratan como inversiones financieras y retornos económicos. 

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