Modelado, simulación y ensayo de puntos calientes en sistemas fotovoltaicos

• Autores: Piccardi, Federico; Saragia, Damián; Socolovsky, Hernán
• Año de publicación: 2025
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: artículo
• Materia: Arquitectura; Ingeniería; sombras; puntos calientes; sistema fotovoltaico; generación distribuida; shading; hot spots; photovoltaic system; distributed generation
• Institución: Universidad Nacional de La Plata

Se presenta en el siguiente trabajo la realización del modelado eléctrico de sistemas fotovoltaicos basados en celdas solares de silicio cristalino a fin de simular diferentes escenarios de sombreamiento que permitan magnificar al fenómeno de puntos calientes en celdas sometidas a estados de iluminación dispares. Cuando esto sucede, el dispositivo deja de entregar energía y se comporta como una carga resistiva, disipando potencia en forma de calor. El modelo permite cuantificar la potencia disipada y obtener el escenario de sombreamiento que maximiza este fenómeno y evidenciar incluso que en situación de punto caliente las celdas pueden trabajar en zona de ruptura (avalancha). Posteriormente, se realizan ensayos experimentales utilizando los datos de las simulaciones para recrear el peor caso de disipación para una celda dentro de un módulo. Para obtener el modelo eléctrico (basado en el modelo de un diodo de una celda solar) se trazan experimentalmente las curvas de corriente vs. tensión de módulos y diodos puente comerciales (llamados en inglés “bypass diodes”), y se realizan ajustes, con sus respectivos parámetros característicos y tensiones de ruptura.Los resultados de las simulaciones mostraron que la polarización inversa de celdas sombreadas puede disipar potencias superiores a los 100 W, desarrollar temperaturas cercanas a 200 °C y pérdidas de potencia a nivel sistema de hasta el '0%.
This work presents the electrical modeling of photovoltaic systems based on crystalline silicon solar cells to simulate different shading scenarios that magnify the "hot spot" phenomenon in cells subjected to non-uniform illumination. When this occurs, the device doesn´t generates energy and behaves like a resistive load, dissipating power in the form of heat. The model allows quantifying the dissipated power and identifying the shading scenario that maximizes this phenomenon, demonstrating that in hot spot situations, the cells can even operate in the breakdown (avalanche) region. Subsequently, experimental tests are conducted using the simulation data to recreate the worst-case dissipation scenario for a cell within a module. To obtain the electrical model (based on the one-diode model of a solar cell), current versus voltage curves for commercial modules, cells, and bypass diodes are experimentally plotted, and adjustments are made with their respective characteristic parameters and breakdown voltages. The simulation results showed that the reverse polarization of shaded cells can dissipate powers exceeding 100 W, develop temperatures close to 200 °C, and cause system-level power losses of up to 56%.
Asociación Argentina de Energías Renovables y Medio Ambiente