“Derating en los inversores fotovoltaicos”

Pero, ¿qué es el derating?

El derating o derateo puede definirse como una reducción en la potencia que entrega nuestro inversor y en casos más graves, el apagado de los equipos debido a que se ha excedido algún parámetro de seguridad durante la operación. Esto se hace de tal manera para que el equipo se proteja de fallas o sobrecargas no deseadas, ya que hay varios componentes electrónicos (semiconductores) que son sensibles al sobrecalentamiento.

Cada fabricante de inversores suele poner a disposición del cliente la información sobre las curvas de funcionamiento de los equipos, ya sea mediante el manual de usuario, fichas técnicas o a través de una solicitud formal. Si el fabricante de sus inversores no lo pone a disposición, hay que tener cuidado ya que podría deberse a que los límites del equipo no sean tan interesantes.

A continuación, podemos observar la curva de potencia-temperatura de un inversor, con esto notamos que para una temperatura el equipo estará funcionando al 100% de su capacidad. Sin embargo, a partir de los 50°C la potencia de salida comenzará a disminuir linealmente hasta alcanzar el valor límite (60°C con un 60% de la capacidad nominal) donde el inversor se apaga por seguridad. Una vez que los valores vuelvan a condiciones normales, el equipo debe reanudar su operación sin ninguna restricción.

Pero, ¿qué causa ese derating? ¿Qué tipos de derating existen para los inversores?. En general tenemos 3: por temperatura, voltaje y por altitud sobre el nivel del mar, éste último es menos común para México.

Derating por temperatura

Este tipo de limitación generalmente ocurre cuando hay un incremento en la temperatura, por lo que el inversor se protege apropiadamente reduciendo la potencia de salida para garantizar un funcionamiento seguro, y al mismo tiempo evitar que se reduzca el tiempo de vida de los componentes electrónicos. Algunas causas principales por las que se puede presentar derating por temperatura, son las siguientes:

• Sobredimensionamiento CC: El objetivo de sobredimensionar un sistema fotovoltaico es generar una mayor cantidad de energía durante las horas que normalmente tenemos una menor generación (comienzo y final del día), incluso si durante las horas pico presentamos clipping o un aplanado en la curva de potencia. Éste tipo de prácticas suelen emplearse comúmente, teniendo como beneficio una mayor ganancia de energía. Sin embargo, en situaciones donde el inversor es sobredimensionado excesivamente, el equipo estará operando la mayor parte del tiempo a su potencia nominal y en consecuencia, la temperatura de trabajo será más alta, ocasionando que se presenten limitaciones en ciertos momentos y para casos más extremos donde los límites del equipo son excedidos, se corre el riesgo incluso de llegar a quemar el inversor.

• Entorno de instalación: Si bien los inversores presentan por lo regular un grado de protección (IP65, NEMA 4X) que permite puedan ser instalados en exteriores, una instalación donde el equipo este completamente expuesto al sol, hará que la temperatura de operación sea más alta, volviendose más propenso a presentar limitaciones por temperatura.

• Mala ventilación: Cada fabricante de inversores recomienda en su manual cuales son las distancias mínimas para una correcta instalación de los equipos. Sin embargo, cuando estas recomendaciones no son tomadas en cuenta, los inversores pueden presentar limitaciones de potencia o incluso apagarse debido a una mala ventilación e intercambio de calor.

Reducción por voltaje

También hay derating debido a la tensión, ya sea en corriente continua o alterna. Pocos fabricantes hablan sobre este tema, pero es importante se considere dentro del diseño de la planta fotovoltaica.

Si bien los inversores poseen un valor máximo y mínimo en la tensión de entrada, esto no significa que en esas condiciones el equipo estará funcionando de la manera más eficiente. Es por ello que se especifica en la ficha técnica cual es el rango de tensión MPP para la potencia nominal, fuera de estos valores se presentará derating por tensión.

En el ejemplo anterior, podemos notar el funcionamiento por tensión de un inversor Sungrow SG60CX, para éste caso en particular notamos que el equipo presenta un rango mínimo de 200V y máximo de 1000V. Sin embargo, para que el inversor entregue su potencia nominal, el rango de entrada deberá estar entre los 550V-850V.

Muchos diseñadores podrían pasar estos valores por alto, creyendo que un string más largo es mejor, pero como lo hemos notado, no respetar los rangos de tensión de la potencia nominal puede afectar significativamente el rendimiento de un inversor.

De una forma muy similar funciona el derating por tensión en AC, cuando las redes generales caen, el inversor puede continuar funcionando (siempre y cuando la tensión sea mayor a los límites de disparo del inversor por infravoltaje). Aunque el equipo pueda seguir funcionando, no signfica que obtendremos la potencia nominal, ya que si este fuera el caso se podría presentar sobrecalentamiento en algunos componentes, aumentando el riesgo de sobrecalor y sobrecarga, es por eso que el inversor ajustará la potencia de salida de acuerdo con la tensión de la red.

Reducción por altitud

Las grandes altitudes tienen el efecto de hacer que el aire alrededor sea más delgado debido a una baja densidad en el aire, con esto las partículas cargadas son más suceptibles a ionizarse, lo que significa que a altos voltajes sea más probable ponchar o romper el aire.

Por lo tanto, cuando el espacio libre y la distacia de fuga entre los componentes internos en el inversor son fijos, será necesario limitar el voltaje en corriente directa de acuerdo a la curva que corresponda a cada inversor, según su fabricante. Esto con el fin de garantizar la seguridad eléctrica.

En el ejemplo anterior, podemos notar que hasta los 3000 MSNM no será necesario limitar el voltaje en el equipo, cosa que en México será muy inusual ya que son contadas las ciudades que sobrepasan esta altitud. Sin embargo la curva característica será distinta para cada inversor, por lo que siempre es recomendable mirar cuales son los valores especificados por el fabricante.

¿Cómo podemos prevenir el derating en nuestros equipos?

La reducción de potencia no es algo deseado en el inversor ya que como hemos visto, puede tener repercusiones significativas a nivel de la planta. Por lo cual la forma más sencilla de evitar la limitación de potencia es seguir las recomendaciones mostradas en el manual de instalación.

• Sobredimensionamiento acorde a la ficha técnica y no sobredimensionar la potencia en CC más allá de los límites estipulados para cada inversor.
• Respetar las distancias mínimas de instalación acorde a cada equipo.
• No instalar el equipo directamente expuesto a los rayos solares, evitando un sobrecalentamiento innecesario.

• Respetar los límites de tensión y corriente informados en la ficha técnica para una operación óptima dentro del rango MPP.
• Respetar los límites de altitud de la localidad, de acuerdo con la curva proporcionada con cada fabricante.

Conclusiones:

No todos los inversores presentan los mismos rangos en las curvas de operación y reducción, estos pueden llegar a variar por la calidad de los componentes electrónicos empleados, así como el proceso de construcción y robustez de cada equipo. Por lo tanto, siempre será recomendado acercarse con su distribuidor o fabricante con el objetivo de conocer éstos valores, y poder tomarlos en cuenta en el diseño de cada sistema fotovoltaico, a fin de evitar tener un bajo rendimiento debido a estas limitaciones.