Circuito electrónico para mitigar los puntos calientes fotovoltaicos

Un equipo internacional de investigadores ha fabricado un circuito electrónico capaz de reducir la formación de puntos calientes y aumentar el rendimiento energético de los módulos fotovoltaicos.

El sistema propuesto utiliza dos comparadores de corriente, dos transistores NPN y un circuito espejo de corriente. Estos dispositivos se integran mediante un mecanismo de conmutación automática que, según los científicos, elimina la necesidad de diodos de derivación convencionales, ya que proporciona una respuesta dinámica a las condiciones térmicas fluctuantes.

En la configuración del sistema propuesto, el comparador de corriente identifica anomalías en el flujo de corriente indicativas de posibles puntos calientes, mientras que el circuito espejo de corriente reacciona a estas anomalías calibrando el flujo de corriente. “Este diseño permite un control preciso de la corriente de entrada y salida a través de un elemento puramente resistivo, lo que favorece un entorno operativo más estable y eficiente para el módulo fotovoltaico”, explican los investigadores.

El comparador de corriente funciona en dos etapas. En primer lugar, evalúa las corrientes de salida de la primera y la segunda subcadenas fotovoltaicas. A continuación, yuxtapone la corriente diferencial obtenida de esta evaluación con la última subcadena fotovoltaica. Los investigadores describen el último paso como el paso crítico que garantiza una corriente homogénea en todas las subcadenas, lo que, según ellos, evita la aparición de puntos calientes.

Circuito electrónico propuesto para mitigar los puntos calientes fotovoltaicos.
Imagen: Universidad de York, Optik, Licencia Creative Commons CC BY 4.0

El circuito electrónico puede funcionar obteniendo electricidad de los propios módulos solares y, según sus creadores, su consumo energético es mínimo.

Mediante una serie de pruebas de validación en las que se expuso el circuito a altas cargas de corriente, el grupo de investigación comprobó que podía garantizar una estabilidad térmica suficiente dentro de unos límites de funcionamiento seguros. “Este sólido rendimiento indica la idoneidad del circuito para una amplia gama de instalaciones fotovoltaicas, desde las residenciales a pequeña escala hasta las aplicaciones industriales a gran escala”, explicó, señalando que el dispositivo redujo “significativamente” las temperaturas de los puntos calientes desde el “peligroso” umbral de 55 ºC.

Los científicos también descubrieron que el uso del sistema puede dar lugar a un mayor rendimiento energético, que oscila entre el 3% y el 5,35%, en paneles solares afectados por puntos calientes adyacentes y no adyacentes. Sin embargo, también advirtieron de que, aunque el sistema garantiza una distribución más uniforme de la corriente, no es capaz de corregir las pérdidas de energía en el lugar de los defectos.

“Aunque el circuito redujo significativamente las temperaturas de los puntos calientes, acercándolas a las de las células sanas, no las normalizó por completo”, concluyeron, aludiendo a las limitaciones actuales del dispositivo.

El estudio se describe en el artículo “Photovoltaic hotspots: a mitigation technique and its thermal cycle” (Puntos calientes fotovoltaicos: una técnica de mitigación y su ciclo térmico), publicado recientemente en Optik. El equipo de investigación estaba formado por científicos de la Universidad de York (Reino Unido), los Laboratorios Nacionales Sandia del Departamento de Energía de EE.UU. y la Universidad de Nápoles Federico II (Italia).