Selección del sensor de temperatura del módulo fotovoltaico según IEC 61724-1

Los efectos más importantes y directos sobre el rendimiento de la planta fotovoltaica son la irradiancia en el plano del conjunto fotovoltaico, la temperatura de la celda fotovoltaica y las pérdidas por sombra debido a la suciedad o la nieve. El efecto de la temperatura de la celda fotovoltaica en el rendimiento de la planta fotovoltaica se puede explicar de la siguiente manera:

Los módulos fotovoltaicos comienzan a generar electricidad cuando reciben la luz solar. Mientras que parte de la radiación proveniente del sol se convierte en energía eléctrica, parte de ella emerge como energía térmica. Este evento hace que las celdas fotovoltaicas se calienten. Con el calentamiento de las celdas fotovoltaicas, la corriente de cortocircuito (I) de los módulos fotovoltaicos aumenta, mientras que la tensión de circuito abierto (V) disminuye, reduciendo así la eficiencia eléctrica.

Figura 1 – Efecto de la temperatura en las curvas I-V

Para determinar el efecto de la temperatura del módulo fotovoltaico en el rendimiento de la planta fotovoltaica, la temperatura del módulo fotovoltaico se mide con sensores de temperatura conectados a la parte posterior de uno o más módulos. Como se especifica en el estándar “Rendimiento del sistema fotovoltaico IEC 61724 – Parte 1: Monitoreo”, la cantidad de sensores que se utilizarán de acuerdo con el tamaño del sistema se proporciona en la Tabla 1. De nuevo según IEC 61724-1, la incertidumbre de medición de los sensores de temperatura, incluido el acondicionamiento de la señal, debe ser ≤ 2 °C.

Tamaño de la planta fotovoltaica (CA)	Número de sensores
< 5 MW	6
≥ 5 MW to < 40 MW	12
≥ 40 MW to < 100 MW	18
≥ 100 MW to < 200 MW	24
≥ 200 MW to < 300 MW	30
≥ 300 MW to < 500 MW	36
≥ 500 MW to < 750 MW	42
≥ 750 MW	48

Tabla 1: relación entre el tamaño del sistema (CA) y la cantidad de sensores para la temperatura del módulo fotovoltaico

La temperatura del módulo varía en cada módulo y en la matriz y se pueden observar diferencias sustanciales de temperatura. Por ejemplo, los fuertes vientos que soplan paralelos a la superficie del módulo pueden introducir una diferencia de temperatura > 5 °C. De manera similar, un módulo puede estar más frío cerca de un marco que está sujeto al bastidor, ya que el bastidor puede actuar como un disipador de calor. Los módulos concentradores pueden mostrar variaciones aún mayores entre los bordes exteriores del disipador de calor y el disipador de calor más cercano a la luz concentrada.

Por lo tanto, se debe tener cuidado de colocar sensores de temperatura en ubicaciones representativas de modo que se obtenga la información deseada. Para monitorear el desempeño, se deben distribuir varios sensores de temperatura en todo el sistema para que se pueda determinar la temperatura promedio.

Además, cuando la matriz consta de más de un tipo de módulo o incluye secciones con diferentes orientaciones u otros atributos que pueden afectar la temperatura, se requiere al menos un sensor de temperatura para cada tipo de módulo o tipo de sección, y sensores adicionales, si se requieren según tamaño de la matriz, se distribuirán de manera representativa entre los diferentes tipos de módulos y tipos de secciones.

MÓDULO SENSOR DE TEMPERATURA Y SELECCIÓN DE MATERIAL
El tipo de sensor y el método de conexión pueden tener un impacto significativo en la temperatura medida, lo que genera errores de medición significativos. Estos errores se ven afectados principalmente por el contacto entre el sensor y la superficie posterior del módulo, la cantidad y el tipo de aislamiento colocado sobre el sensor, la cantidad y el tipo de adhesivo utilizado.

Los tipos de sensores óptimos y las cintas óptimas se explican en IEC 61724-1 de la siguiente manera:

Se debe dar preferencia a las sondas planas diseñadas específicamente para mediciones de superficie a largo plazo. Los termopares de película delgada de tipo T o E son generalmente aceptables. Se pueden utilizar elementos de termistor y RTD de factor de forma pequeño siempre que se minimicen los espacios de aire al aplicar la cinta superpuesta. Sin embargo, los termopares de perlas, los elementos resistivos no empaquetados y los dispositivos encerrados en cabezales de sonda cilíndricos deben evitarse cuando sea posible.

Figura 2: cinta y sensor de temperatura del módulo fotovoltaico

Para minimizar los errores y proteger el sensor de temperatura contra la intemperie, se recomienda reforzar el sensor y los cables del sensor. Esto puede lograrse mediante la aplicación de una capa o cinta adhesiva.

Las superposiciones y cintas adhesivas deben fabricarse con materiales resistentes a los efectos de la temperatura, la humedad y la radiación ultravioleta. Evite las cintas que no estén diseñadas para usarse para asegurar sensores a superficies, como cinta aislante, cinta para ductos, cinta de tela aluminizada, cinta de aluminio o cinta de embalaje, ya que pueden ser estructuralmente débiles y porque sus adhesivos tienden a secarse con el tiempo o a fluir a altas temperaturas. Se sabe que las cintas de poliimida (como Kapton) son susceptibles a la fragilización cuando se exponen a la radiación ultravioleta y la humedad en presencia de oxígeno (aire) y deben evitarse en instalaciones a largo plazo. El poliéster es probablemente el material de recubrimiento más apropiado, ya que muchas láminas posteriores están fabricadas con poliéster multicapa y este material resiste bien la humedad, la temperatura y la luz ultravioleta.

Cuando use una superposición o cinta, minimice los espacios de aire tanto como sea posible. Las bolsas de aire atrapado moderarán la respuesta del sensor, lo que afectará negativamente el rendimiento del sistema de medición.

FIJACIÓN DEL SENSOR

La forma de conectar un sensor de temperatura al módulo fotovoltaico se indica claramente en el estándar “IEC 61724 Photovoltaic system performance – Part 1: Monitoring”. De acuerdo con este estándar, los sensores de temperatura se pueden conectar al módulo fotovoltaico de dos maneras diferentes, permanente o temporalmente, dependiendo del área de uso de los resultados de la medición de temperatura. Nuevamente, en IEC 61724-1, se describen las ubicaciones donde se pueden conectar sensores de temperatura en el módulo fotovoltaico.

UBICACIÓN DE LA CONEXIÓN DEL SENSOR

Seleccione una ubicación de sensor en el centro de una celda cerca del centro del módulo, evitando los límites entre las celdas.

Para los módulos de silicio cristalino, seleccione el centro de la celda más central dentro del módulo o, cuando el módulo se construya con un número par de filas o columnas de celdas, seleccione una de las celdas más cercanas al centro.

Para módulos de película delgada, coloque el sensor dentro de los límites de una celda cerca del centro del módulo, evitando las líneas marcadas entre celdas adyacentes si es posible.

Figura 3: ubicación de la conexión del sensor en el módulo fotovoltaico

MÉTODO DE CONEXIÓN DEL SENSOR PERMANENTE Y TEMPORAL

Se recomienda la conexión permanente cuando se desea una monitorización a largo plazo y el sensor no se quitará ni se reubicará. Por ejemplo, cuando se incluyen mediciones de temperatura en la parte posterior del módulo dentro de un sistema de adquisición de datos de campo.

Se recomienda la conexión temporal cuando sea necesario reubicar o quitar el sensor de medición debido a la naturaleza a corto plazo del monitoreo, como durante la puesta en marcha o el mantenimiento periódico.

A continuación, se detallan los pasos de los métodos de fijación permanente y temporal de un sensor de temperatura según la norma IEC 61724-1.

• Limpie la superficie posterior del módulo y el elemento del sensor de aceite y polvo con paños sin pelusa, humedecidos con una solución al 70 % de alcohol isopropílico en agua destilada. Permita que todas las superficies limpias se sequen por completo antes de continuar.
• Conecte el sensor usando el método apropiado:
• Permanente (ver Figura 4):
• Se debe confirmar que el adhesivo sea compatible con el material de la lámina posterior para que no afecte la integridad a largo plazo del módulo.
• Mezcle un epoxi termoconductor según las instrucciones del fabricante.
• Aplique el adhesivo al lado del elemento del sensor destinado a hacer contacto con la superficie del módulo. No aplique demasiado el adhesivo; debe ser lo más delgado posible, pero cubrir completamente la superficie del elemento sensor.
• Coloque el elemento sensor en la ubicación seleccionada. Manipule el sensor para eliminar las burbujas de aire y obtener un espesor de adhesivo uniforme.
• Aplique una capa de cinta de poliéster para mantener la posición del sensor mientras se cura el adhesivo y para brindar protección a largo plazo al elemento del sensor. Las formas troqueladas redondas son ideales ya que su falta de esquinas reduce el potencial de delaminación. Si no hay formas redondas disponibles, redondee significativamente las esquinas de la cinta con unas tijeras.

Permita que el adhesivo cure según las instrucciones del fabricante.

Figura 4: fijación del sensor, permanente

*Temporal (ver Figura 5):

Recorte el encapsulado del sensor de película delgada (como una cinta) a aproximadamente 3 mm del elemento del sensor. Redondee todas las esquinas recortadas.

Aplique el elemento sensor al centro de un punto adhesivo de poliéster redondo o una cinta de poliéster redonda en el lado adhesivo. Se recomiendan cintas y puntos fabricados con adhesivo de silicona. El sensor debe adherirse a la cinta.

Coloque el elemento sensor en la ubicación seleccionada. Manipule el sensor para eliminar las burbujas de aire.

Figura 5: conexión del sensor, temporal

Asegure el cable del sensor a la lámina posterior del módulo con cinta de poliéster en 2 a 4 puntos para reducir la tensión en el elemento del sensor (consulte la Figura 6). Generalmente, las secciones de la cinta no necesitarán exceder aproximadamente 2 cm de ancho por 5 cm de largo. Use la menor cantidad de cinta posible para asegurar los cables conductores.

Figura 6: Alivio de tensión del cable del elemento sensor

Para RTD o termistores, el circuito de medición puede requerir una resistencia de terminación. En este caso, seleccione una resistencia con un coeficiente de temperatura bajo, p. ≤ 10 partes por millón por °C.