Pérdidas por sombreado: por qué un poco de sombra cuesta mucho.

Las células de un módulo están conectadas en serie y comparten la misma corriente. Una célula sombreada genera menos corriente que las demás y, sin protección, se ve obligada a conducirla en polarización inversa. Pasa entonces a comportarse como una carga que se calienta: el llamado punto caliente (hot spot).

El diodo de bypass va en paralelo con un grupo de células. Cuando el grupo queda polarizado en inversa, el diodo desvía la corriente y la tensión sobre el grupo sombreado se limita aproximadamente a la caída de un diodo. PVEducation indica unas 15 células de silicio como límite superior por diodo; por eso un módulo se divide en varias subcadenas, cada una con su propio diodo.

El precio es que se puentea la subcadena entera. En un módulo con tres subcadenas, una sombra sobre unas pocas células puede llevarse un tercio de la potencia, y una sombra que cruce las tres puede llevarse casi toda.

En un string sin optimizadores todos los módulos comparten la misma corriente. El inversor busca el punto de trabajo que da más potencia al string completo: o bien el string trabaja con la corriente del módulo más débil, o bien se puentean las subcadenas de ese módulo y baja la tensión del string. La curva de potencia presenta varios máximos, y la diferencia frente a la suma de las potencias máximas de cada módulo son las pérdidas por desajuste (mismatch).

En un módulo habitual con tres subcadenas, estas discurren a lo largo del lado largo. Una sombra a lo largo del borde inferior del módulo, de la fila delantera en una cubierta plana o de nieve acumulada, alcanza por tanto las tres subcadenas de un módulo en vertical, pero solo la inferior de uno en horizontal. Es un motivo para colocar los módulos en horizontal cuando van en filas. Compruebe en la ficha técnica del módulo el número de diodos de bypass y cómo están conectadas las células.

España: en Madrid el sol está a 26° sobre el horizonte al mediodía en diciembre y el invierno aporta casi una quinta parte de la producción. Las sombras de invierno pesan más que en el norte, mientras que una distancia entre filas calculada para el sol de invierno ocupa menos superficie de cubierta, porque la sombra por metro es más corta.

Suecia: en Estocolmo el sol está algo más de 7° sobre el horizonte al mediodía en diciembre, de modo que una chimenea de un metro proyecta una sombra de casi ocho metros. De noviembre a enero se produce solo en torno al 5 % de la producción anual, así que las largas sombras de invierno cuestan poca energía. Lo que decide el total anual es la sombra de marzo a octubre.

Alemania: en Múnich la altura solar es de 18° y de noviembre a enero se produce algo más del 13 % del año. Una sombra que solo alcanza los módulos en invierno se nota en el total anual.

Italia: en Roma la altura solar es de 25° y el invierno aporta el 17 %. El panorama se parece al de Madrid. En valles y cerca de montañas, el horizonte suele pesar más que la altura solar.

El cálculo sigue al sol a lo largo del año. Para cada instante se determina si la luz directa llega a un punto del módulo o queda tapada, y la pérdida se pondera con la irradiación de ese momento. Una sombra una mañana de diciembre pesa, por tanto, poco; una sombra a mediodía en junio, mucho.

La luz difusa llega de todo el cielo. El factor de visión del cielo (sky view factor) es la parte del cielo que ve un punto del módulo, ponderada según la inclinación del módulo. Una buhardilla o una pared contigua quitan un trozo de cielo aunque no tapen el sol, y por eso también reducen la luz difusa.

El horizonte se añade como un perfil alrededor del emplazamiento: cuando el sol está por debajo del perfil, la luz directa se considera tapada. PVGIS, la herramienta de cálculo de la Comisión Europea, obtiene ese perfil a partir de un modelo del terreno.

Por último, el string se calcula eléctricamente. La sombra sobre cada subcadena da la curva del módulo, y el punto de trabajo del string determina cuánto se pierde. Esa es la diferencia entre una fracción geométrica de sombra y la pérdida real de potencia.

Con un optimizador o un microinversor por módulo, cada módulo trabaja en su propio punto de máxima potencia. El desajuste entre los módulos de un string se reduce, pero los diodos de bypass siguen puenteando las subcadenas dentro de un módulo sombreado. Estos componentes tienen pérdidas y coste propios, y el beneficio depende de con qué frecuencia y con qué desigualdad se sombrean los módulos. Calcule la producción con y sin ellos y compare la diferencia con el sobrecoste.