Clipping Solar
¿Qué es el clipping o recorte solar?
En el mundo de las energías renovables, el término «clipping solar», «recorte solar» o «clipping fotovoltaico» ha ganado relevancia como un concepto crucial a entender para aquellos inmersos en la transición energética.
Este fenómeno se refiere a una situación puntual que puede surgir en sistemas fotovoltaicos y que afecta su eficiencia y, en última estancia, la producción total de energía.
En esencia, el efecto clipping ocurre cuando la potencia generada por la instalación fotovoltaica excede la capacidad máxima de inversor conectado al sistema. Para entenderlo mejor, consideremos el inversor como el «cerebro» del sistema fotovoltaico, encargado de convertir la corriente continua generada por los paneles solares en corriente alterna utilizable en nuestros hogares.
En condiciones muy favorables (días frescos y con mucha irradiancia) el sistema fotovoltaico alcanza su potencia nominal en corriente continua DC) e incluso la puede llegar a superar. Pero por capacidad técnica, el inversor está diseñado para convertir una determinada potencia en corriente alterna (AC). Por lo tanto, cuando un inversor está exportando su potencia nominal en AC, es probable que estemos teniendo algo de clipping.
Pero el clipping no es intrínsicamente negativo; de hecho los propios inversores están diseñados para soportar una mayor corriente a su entrada en DC que a su salida en AC. Los días con mayor clipping serán los que tendremos una mayor producción fotovoltaica.
En la siguiente imagen obtenida de la web de Solarama podréis entender mejor el porqué de la última afirmación. Se muestra un sistema fotovoltaico con un ratio DC/AC de 1 frente a uno de 7. En el caso de ratio 1 se aprecia como el máximo de la curva solar coincide prácticamente con la potencia del inversor. Sin embargo, para ratio 7 estamos “desperdiciando” toda la zona naranja pero se ha generado más energía que en caso de ratio 1, concretamente la representada en azul.
Con todo lo comentado, el clipping foltovoltaico no solo es que no sea negativo, sino que se busca a la hora de diseñar una instalación fotovoltaica. En función de distintas necesidades, se buscará una mayor o menor clipping. En los siguientes apartados vamos a explicarlo en detalle.
¿Qué es el Ratio DC/AC?
El ratio DC/AC, también conocido como la relación entre corriente continua y corriente alterna, es un término utilizado en el contexto de sistemas de energía solar fotovoltaica. Este ratio se refiere a la relación entre la potencia de corriente continua (DC) generada por los paneles solares y la potencia de corriente alterna (AC) producida después de que la corriente continua se ha convertido mediante un inversor.
En un sistema fotovoltaico, los paneles solares generan electricidad en forma de corriente continua. Sin embargo, la red eléctrica funciona en corriente alterna a una determinada frecuencia de red. Es el inversor solar, basado en electrónica de potencia, el encargado de hacer esta conversión de una forma que la señal pueda ser introducida en la red.
Lo habitual es diseñar las instalaciones fotovoltaicas con un ratio de 1.2 ó superior. Esto significa que se desea construir una planta fotovoltaica de 5MW en el punto de conexión a red (AC) se diseñará con una potencia en paneles de 6MWp.
Optimizar el ratio DC/AC es esencial para maximizar la eficiencia de un sistema de energía solar. Un adecuado dimensionamiento del inversor y el sistema en general puede ayudar a garantizar que se aproveche al máximo la energía generada por los paneles solares, evitando pérdidas innecesarias y mejorando la rentabilidad del sistema fotovoltaico.
Como se ve en la foto del apartado anterior, hay que encontrar el punto de equilibrio que se busca a la hora de plantear la instalación. Un ratio alto indica un sobredimensionamiento de la planta y un aumento en la energía que se va a exportar a lo largo del año, pero hay que valorar si vale la pena hacer esa inversión de más para ganar esa energía extra.
Por lo tanto, habrá que estudiar las distintas casuísticas para nuestro emplazamiento determinado y estimar el LCOE para cada ratio. Para hacerlo, podemos apoyarnos en herramientas como PVSyst para calcular la energía generada. Vamos a explicar brevemente y con algunas imágenes obtenidas de una de las fuentes que os dejo en la descripción cómo se encuentra este punto óptimo.
En cuanto a la energía generada para un tiempo de vida útil de 25 años, en la siguiente gráfica se representa a energía en función del ratio DC/AC para una planta de 25 MWac. Puede observarse cómo la energía aumenta a mayor ratio pero al llegar a un ratio de 2 la pendiente ya es mínima, por lo que aumentar el ratio no generará mucha más energía.
Esta energía extra supondría más dinero que se obtiene de la venta de energía, pero para buscar el punto óptimo debemos estimar los costes de la instalación. Un mayor sobredimensionamiento supone un aumento de la inversión, aunque no será proporcional el aumento en potencia en DC con respecto al coste por economía de escala.
Sin embargo, el problema está en los coste de Operación y Mantenimiento (O&M). Éstos si crecen de manera proporcional con el aumento del ratio, como podemos ver en la siguiente gráfica para la misma planta de 25 MWac.
Si utilizamos todos estos datos para calcular el LCOE obtenemos la siguiente curva, en forma de parábola. Esta peculiar forma se debe a que hay un punto en el que no se genera suficiente energía para compensar todos los costes de O&M asociados a ese aumento del ratio. De tal modo, para esta instalación en concreto el ratio DC/AC óptimo se encuentra en 1.45.
¿Cuántas pérdidas produce el clipping?
Con todo lo visto anteriormente, podemos observar que parte de la energía que tenemos disponible en la parte de paneles fotovoltaicos no se aprovecha; lo cual podemos considerar una pérdida de energía.
Esta pérdida dependerá principalmente del emplazamiento y las condiciones climatológicas y del ratio DC/AC con el que se haya diseñado la planta. Con la siguiente imagen obtenida de Solar Power World (link más abajo) podemos observar cómo varía la producción anual tanto en AC como en DC y el porcentaje de pérdida en función del ratio DC/AC.
Se observa claramente que a ratios bajos las pérdidas se minimizan, mientas que llega un punto que el aumento en las pérdidas es exponencial prácticamente. Esto es porque los paneles generan proporcionalmente a su potencia instalada pero el inversor es capaz de producir un poco más.
Por lo tanto, habría que encontrar el equilibrio entre la parte económica y la parte de eficiencia energética y de materiales. Quizá económicamente un ratio algo más elevado es rentable pero estamos asumiendo un “desperdicio” de energía con todo el impacto ambiental que conlleva fabricar e instalar más paneles solares.
Aun así, hay maneras de aprovechar ese clipping y que no sea una pérdida de energía: hibridarlo con almacenamiento, por ejemplo, en baterías. Vamos a verlo!
Clipping solar e hibridación de baterías
Una de las maneras de aprovechar el clipping fotovoltaico y no suponga una pérdida es disponer de baterías de almacenamiento (BESS). Con éstas podemos almacenar toda esa energía que producimos de más en DC en baterías electroquímicas y liberarla en otro momento del día.
Hay distintas formas de integrar estos BESS con nuestras plantas fotovoltaicas. Una es teniendo en paralelo un inversor solar conectado a los paneles solares y un convertidor conectado a las baterías. Este convertidor funciona de forma muy similar al inversor (ya que las baterías trabajan en corriente continua también).
Otra forma es directamente teniendo un convertidor al que le puedes conectar en la parte de corriente continua tanto el campo fotovoltaico como el BESS. Esto ahorra costes pero limita la potencia y capacidad que puede instalarse en baterías.
De esta manera puede conseguirse tener mayores ingresos al no desperdiciar la energía y ser capaces de mantener la potencia nominal de la planta fotovoltaica en AC durante más horas. En la gráfica a continuación puede entenderse mejor el funcionamiento habitual de estos sistemas híbridos, solo que está hecha para un autoconsumo doméstico y no para el ejemplo de una planta de generación como hemos venido hablando.
En la gráfica se adapta la carga y descarga del BESS al consumo energético (Curva azul). Para una planta de generación se adaptará a la potencia máxima de la planta en AC. Pero, además de esta funcionalidad, un BESS aporta muchas otras ventajas como la regulación de frecuencia, la inercia sintética, peak shaving…
Hoy en día el coste de estas instalaciones es muy elevado y todavía no se ves demasiado estos sistemas. Todavía es más rentable desperdiciar esa energía que integrar un BESS para almacenarla. Con el tiempo serán más rentables por menores precios de las baterías y por la capacidad de dar otros servicios a la red eléctrica como es la estabilidad de red. Incluso si es una planta que vende a mercado podría liberar la energía en los momentos de alta demanda y precios mayores.
Ventajas y desventajas del clipping solar
Las ventajas de sobredimensionar un sistema fotovoltaico para tener clipping en días de producción óptima es que la energía que se va a generar va a ser mayor y, por tanto el beneficio económico y el ROI de la planta. Además, si lo integramos con sistemas de almacenamiento maximizamos el aprovechamiento de la energía.
Las desventajas sería asumir un coste de inversión (CAPEX) demasiado elevado y que posteriormente la producción generada no fuera la deseada. Sin conta el impacto ambiental que supone tener más campo solar para solo tener un poco más de energía.
