La promesa de los módulos fotovoltaicos bifaciales

Los módulos fotovoltaicos bifaciales se han convertido en una de las grandes promesas de la industria. A través de sus dos caras puede generar más energía eléctrica por unidad de superficie, en comparación de las tecnologías actuales de módulos que generan energía sólo por una de sus caras. De modo de establecer una base de comparación sustentada en mediciones reales, la empresa Phineal en conjunto con dos centros de investigación, han instalado dos sitios de referencia en Santiago y Valparaíso para analizar las ventajas tecnológicas en la producción de esta tecnología bifacial y compararla con otras dos tecnologías comerciales (Si-po y CdTe).

“Benchmark” de tecnologías Si-po, Bifacial y CdTe La empresa Phineal, en conjunto con el DICTUC de la Universidad Católica de Chile en Santiago y el Centro Avanzado de Ingeniería Eléctrica y Electrónica (AC3E) de la Universidad Técnica Federico Santa María en Valparaíso, se encuentran desarrollando mediciones de desempeño de tres tecnologías de módulos fotovoltaicos: Silicio policristalino, Bifacial de silicio y capa fina (CdTe). Todo esto, con el fin de identificar el comportamiento de los módulos y establecer una base científica de las mejoras en rendimiento en diferentes condiciones climáticas. Este “benchmark” de tecnologías, permitirá conocer la generación de energía y su comportamiento bajo condiciones de operación similares y así estudiar comparativamente su rendimiento bajo la misma radiación solar, temperatura ambiente, entre otras variables que se encontrarán sometidos los módulos.

El sistema de medición y su metodología La empresa Phineal, ha desarrollado equipamiento especializado para la medición de las curvas I-V de los módulos fotovoltaicos, pudiendo medir el “output” de la potencia eléctrica de las tecnologías hasta una potencia de 500W por módulo de más de 4 módulos diferentes. Esta medición permite registraro más de 200 puntos de medición de tensión [V] y corriente [A], entre otros parámetros como la radiación solar en plano inclinado [W/m2], temperatura de los módulos [ºC], temperatura ambiente [ºC], velocidad y dirección del viento [m/s], entre otras variables.

Medición de las curvas P-V con la estación de medición phiNet®20.

La estación de medición phiNet®20 realiza la medición de la tensión y la corriente para diferentes puntos de operación del módulo fotovoltaico, permitiendo obtener la curva I-V característica de los módulos y a su vez poder conocer las curvas P-V y el punto de máxima potencia (MPP). Esta medición se realiza cada 10 minutos y es registrada en la memoria interna del datalogger. La información es transmitida a una plataforma de procesamiento y análisis de datos, la cual permite interpretar los resultados gráficamente y en forma automática. A continuación, se representan dos días de medición en Santiago para un día con pocas nubes y otro con alta nubosidad.

Información procesada por la plataforma phiNet® de los días 06/06/2017 y 07/06/2017.

Phineal©2017

Medición diaria de la energía por unidad de superficie

Uno de los parámetros de comparación establecidos en esta medición, es la cantidad de energía generada diariamente por unidad de superficie [kWh/m2] calculada a partir de la potencia medida cada 10 minutos. A continuación, se presenta una gráfica que muestra esta comparación entre la producción diaria por unidad de superficie del último mes .

Resumen diario de la generación de energía kWh/m2 de las tres tecnologías de módulos fotovoltaicos.

Phineal©2017

Ventajas y desventajas de la tecnología bifacial Los resultados preliminares de las mediciones, permiten ver que la producción de los módulos bifaciales genera sobre un 25% más de energía diaria por metro cuadrado que los de silicio policristalino y capa fina, lo que nos indica que estamos frente a una tecnología muy prometedora al analizar la densidad de energía por unidad de superficie de los módulos, lo que se traduce directamente en mayores ingresos por unidad de superficie. Sin embargo, debemos analizar otros aspectos relevantes para tomar una decisión en cuál es la mejor tecnología. Expongo algunas características que son importantes: a) Respecto a las tecnologías que se están estudiando, los módulos bifaciales pesan 23% más que los de silicio policristalino, debido a que están conformados por una estructura vidrio-vidrio para encapsular las celdas bifaciales. Sin embargo, son un 18% más ligeros que los de capa fina. Este aspecto puede ser relevante en estructuras montadas sobre techo o sobre mecanismos de seguimiento solar. Si-po:18,3kg/1,63m2= 11,23kg/m2; Bifacial:23kg/1,67m2=13,77kg/m2; CdTe: 12kg/0,72m2=16,7kg/m2 b) Los módulos bifaciales deberían estar instalados en estructuras que maximicen la captación por atrás, de forma que puedan recibir mejor la radiación reflejada. Por lo anterior, el diseño de las estructuras de montaje debe considerar este aspecto. c) La limpieza de los módulos bifaciales debe realizarse por ambas caras, de tal forma de maximizar su generación. Esta es una dificultad en la actualidad, inclusive para las tecnologías más maduras. d) El costo de los módulos bifaciales es relativamente mayor a las otras tecnologías convencionales, por lo que la mayor generación de energía no asegura un retorno de la inversión menor debido a este sobre costo. Un módulo fotovoltaico de silicio policristalino, puede llegar a costar entre 0,38 y 0,45USD/Wp, uno de capa fina puede estar entre los 0,27 a 0,35USD/Wp. El módulo fotovoltaico bifacial supera los 0,95USD/Wp. Pese a lo señalado anteriormente, la economía de escala que puede generar la mayor producción de módulos bifaciales puede traer una reducción de costos USD/Wp y llegar a ser muy competitiva. Hay que estar siguiendo las tendencias en el costo de esta tecnología y analizar toda la cadena de valor asociada (costo de instalación, estructuras, mantenimiento, etc.) para determinar si el módulo bifacial es la mejor alternativa. En Chile, existen altas expectativa por los módulos bifaciales como solución para las instalaciones fotovoltaicas, sin embargo, considero que hay que ser cautos a la hora de evaluar esta alternativa y evaluar en su totalidad las ventajas y desventajas de esta tecnología.

No todo es dinero, el diseño es muy importante Uno de los aspectos relevantes y muy destacables de la tecnología bifacial es la posibilidad de integrarla en edificaciones y viviendas, ya que permite dejar pasar un porcentaje de luz a través de los módulos, cuestión que no sucede con la mayoría de las tecnologías fotovoltaicas convencionales. Este factor es relevante, a la hora de establecer un compromiso entre la luz y la generación de energía fotovoltaica. Es claro que esto le da un valor más allá del retorno a la inversión por el sentido estético y funcional del diseño de los módulos bifaciales.

Estación phiNet®20

phiNet20 es un instrumento de medición desarrollado por la empresa Phineal y se encuentra disponible desde julio de 2017 para la prestación de servicios. Este proyecto es apoyado por CORFO a través del instrumento de co-financiamiento de Validación y Empaquetamiento Tecnológico, proyecto 16VEIPE-67423.

Phineal es una empresa fundada en el año 2013 y se encuentra conformada por un equipo de profesionales que se enfoca en proyectos de ingeniería eléctrica y energía solar. La empresa cuenta con productos y servicios para la industria solar que contribuirán al desarrollo sustentable de América y el mundo.

phiNet® es la plataforma de información que permite gestionar los datos obtenidos de las estaciones de medición y de otros dispositivos para procesarlos, almacenarlos y generar reportes que serán utilizados en la toma inteligente de decisiones de actividades y procesos, con especial énfasis en energías renovables y cuidado del medio ambiente.

Equipo técnico y administrativo: Anais Scapini, Carolina Candia, Marcelo Ávalos, Hernán Osorio, Joaquím Quiroga, Nicolás Robertson y Eduardo Soto.

Colaboración y agradecimientos a: Rodrigo Escobar (PUC), Samir Kouro (UTFSM), Manuel Vargas, DICTUC y AC3E.