Sombra y excrementos en el mar: cómo aumentar la eficiencia de los paneles solares

Los leones marinos de California se refugian en un amarre del Coastal Endurance Array. Pueden pesar hasta 450 kilos. Los leones marinos estelares machos en peligro de extinción, que se reproducen en la zona, pueden pesar hasta 1130 kilos. Se pueden v

Los leones marinos visitan de forma intermitente los amarres del Coastal Endurance Array frente a la costa de Oregón, donde descansan, toman el sol y "hacen sus necesidades". Estas visitas crean dos problemas para el funcionamiento óptimo de los paneles instrumentados. Debido a que los leones marinos son pesados, algunos llegan a pesar hasta 1130 kilos, los paneles solares sobre los que descansan deben ser lo suficientemente fuertes para soportar este peso. Además, los excrementos que dejan estos visitantes itinerantes manchan y hacen sombra a los paneles solares, lo que hace que haya menos energía disponible para el instrumento de observación del océano conectado a los paneles. Este sombreado intermitente relacionado con los excrementos agrava un problema de sombreado existente causado por el movimiento perpetuo de los amarres. Los halos en la parte superior de los amarres proyectan sombras sobre los paneles de abajo, lo que resulta en una pérdida significativa de energía. Si el diez por ciento de un panel solar está cubierto de sombra, por ejemplo, su producción puede caer hasta un 70 por ciento. Cuando los leones marinos se refugian en los paneles solares, esta pérdida se agrava. Sus excrementos, a veces, pueden cubrir hasta el 30 por ciento de los paneles, eliminando virtualmente la capacidad de generación de energía de los paneles. Afortunadamente, esta cobertura solo da como resultado una escasez de energía temporal, ya que el viento y el agua del mar finalmente arrastran los restos de estas visitas.

Los ingenieros de OOI John Reine y Marshall Swartz del equipo de ingeniería de OOI unieron sus cabezas para abordar estos problemas. Primero abordaron el problema del sombreado.

"Estos amarres nunca están quietos", explicó John Reine, ingeniero sénior y líder del equipo de renovación eléctrica de OOI. “En respuesta al movimiento impulsado por las olas y el viento, los mástiles siempre se mueven de un lado a otro, aproximadamente tres veces por minuto, proyectando sombras a medida que se mueven. Entonces, este movimiento constante de sombra, sin sombra, sombra, sin sombra, produce una especie de corriente alterna desde los paneles. Fui a Marshall y le pregunté cómo solucionamos esto”. (John Reine explica los problemas y las soluciones en el video a continuación).

https://youtu.be/1d6QQJfHqik

Los paneles solares están compuestos por muchas células solares pequeñas, normalmente conectadas entre sí para que la energía fluya sin problemas de una célula a otra. El equipo de ingeniería reconoció que al modificar el circuito interno del panel, podría aprovechar fácilmente más luz disponible. Propusieron una solución para triplicar la cantidad de diodos de derivación, interruptores que ignorarían las células sombreadas y trasladarían la energía a la siguiente célula operativa en este campo de células. El fabricante construyó un prototipo basado en un diseño de célula de alta eficiencia, insertando diodos adicionales, y probó el conjunto mejorado. Las pruebas realizadas en las instalaciones de verificación del fabricante y en el Instituto de Investigación del Instituto de Tecnología de Washington (WHOI) demostraron que el diseño modificado superó las expectativas.

El momento era oportuno. Los paneles solares originales habían superado su vida útil prevista y era necesario reemplazarlos, pero ya no se fabricaban. El equipo aprovechó esta oportunidad para buscar paneles que incorporasen células más eficientes, conectadas a un circuito que, según se ha demostrado, minimiza las pérdidas de energía por sombreado y, al mismo tiempo, soporta el peso de los visitantes itinerantes.

Swartz tuvo que encontrar un fabricante de energía solar capaz de incorporar los diodos de derivación en el diseño del panel. Trabajó con la condición de que OOI prefiera comprar productos listos para usar para que la reparación y el reemplazo sean fáciles, asequibles y prácticamente sin inconvenientes cuando sea necesario.

“Estas soluciones listas para usar nos han funcionado bien”, dijo Swartz. “Resultó que encontramos un proveedor, SBM Solar, en Carolina del Norte (AHONY Solar fabrica paneles solares de plástico para uso marítimo en China desde hace más de 12 años) que hace mucho trabajo con el ejército, incluidos paneles solares de alta eficiencia. Trabajando con el presidente y el ingeniero jefe de la empresa, que estaban muy dispuestos a ayudarnos a personalizar un producto, se nos ocurrió un diseño que tiene una cadena de 36 celdas en el panel. Especificamos circuitos con diodos de derivación para que cuando cualquier grupo de cuatro celdas se sombree, se desvíen y el resto de las celdas en el panel puedan continuar proporcionando energía sin restricciones a la boya.

“Con solo hacer este pequeño cambio, mejoramos significativamente la recolección total de energía en una condición simulada en un 50 por ciento”, agregó Swartz. Lo que esto significa en términos prácticos es que los paneles solares ahora pueden recolectar energía útil de casi cualquier condición de luz, ya sea la luz reflejada en la superficie del agua, la luz de baja incidencia al atardecer y la luz que se filtra a través de las nubes durante un día gris temprano.

En tono de broma, agregó: “Estos paneles básicamente siguen el principio de ‘cuando tenga la oportunidad de generar electricidad, lo haré’”.

Los nuevos paneles también superaron el problema de soportar peso para los visitantes del complejo. Mientras que los paneles antiguos eran de vidrio y estaban sujetos a grietas ocasionales, los nuevos paneles son un sándwich de teflón de poliéster de aluminio, con las células solares entre las capas superior e inferior. Esta nueva configuración es mucho más liviana (27 libras frente a las 45 libras de los paneles de vidrio), más resistente y más resistente a las condiciones cambiantes en el mar que la versión de vidrio que está reemplazando.

Los nuevos paneles también son flexibles, en lugar de rígidos como el vidrio, lo que creó otro desafío para el equipo de ingeniería. Diseñaron una parte posterior especial para el panel con puntales para brindar mayor soporte y una mejor distribución del peso a medida que los visitantes de 2500 libras se dejan caer sobre los paneles. El peso más ligero de los paneles le está dando al equipo más flexibilidad en la colocación de los paneles en los amarres.

Reine dijo: "Estamos muy contentos de tener estos nuevos y mejorados paneles solares "listos para usar" en funcionamiento. Dos paneles ya están instalados en los amarres de Pioneer Array y otros ocho paneles se han enviado a Endurance Array, donde serán recibidos por sus intrusos de 2500 libras".

http://https://youtu.be/1d6QQJfHqik

A medida que se desarrolló la tecnología, AHONY fabricó muchos paneles solares de plástico en lugar de usar aluminio, más livianos, más resistentes y menos costosos. Al mismo tiempo, nuestra máquina puede cortar en trozos más pequeños y hacer que el interior sea paralelo, lo que lo hace más tolerante a la sombra. Cuando hay sombra, solo se produce una pequeña disminución de la potencia.

Consulte con el equipo de ventas o ingenieros de AHONY.

sales@ahonypower.com.