Wiki – Administración – Smart Formula producción teórica o simulada y Performance Ratio (PR)

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SmartFormula Producción teórica o simulada

Objetivos

Permitir generar una variable que calcule la producción teórica o simulada de una instalación fotovoltaica en base a la radiación sobre los paneles instalados
El objeto del cálculo es basarse en la simulación según los datos físicos, que principalmente serán los paneles y su potencia, y no en la operación del sistema: si un inversor deja de comunicar o producir, o bien los inversores limitan su capacidad de generación debido a la existencia de un sistema antivertido, etc.

Detalles técnicos:

La fórmula se basará en el método propuesto en (Osterwald, 1986), que nos da la potencia generada por un generador fotovoltaico en función de la irradiancia incidente sobre los paneles, además de aplicar otras correcciones como las pérdidas por año, la temperatura de los paneles, entre otras pérdidas
La variable más importante para estimar la producción fotovoltaica es sin duda la radiación incidente en los paneles solares, esta variable la podemos extraer de dos fuentes de datos:
- Sondas físicas en la instalación fotovoltaica: con la misma inclinación y orientación que los paneles, ofrecen los valores de radiación incidente idéntica a la recibida en los paneles. Por defecto la formula utilizará las sondas físicas para cada una de las cubiertas, en caso de no encontrar una sonda, se utilizará la sonda virtual creada automáticamente por W-Manager.
- Sondas virtuales: calculadas a partir de estaciones meteorológicas que ofrecen sus datos a plataforma, estas estaciones ofrecen valores de temperatura ambiente, humedad, radiación horizontal, entre otras. Dado que los datos de radiación son horizontales, mientras que los paneles están inclinados y orientados, se aplica una corrección por cubierta:
  - Sondas virtuales inclinadas: se calcula mediante simuladores la diferencia de la radiación en función del mes y la hora del día, para cada una de las cubiertas dada su inclinación y orientación. Con esta operación se podrán transformar datos horizontales en inclinados.
El cálculo de la producción teórica se realiza con mayor o menor granularidad según la configuración realizada.

1. Opción A: Agregación inversores: En primer lugar se utilizarán los valores indicados de inclinación y orientación en cada inversor, por su potencia pico configurada
2. Opción B: Datos generales de instalación: En caso de no disponer de esta configuración se utilizarán los valores generales de instalación configurados en la ficha técnica y en la SmartFormula

Principales pérdidas de una instalación fotovoltaica:

Pérdidas por temperatura: los paneles solares generan pérdidas por alcanzar una temperatura superior a 25ºC, cada grado adicional suele causar entre 0,35%-0,5% de pérdidas sobre la producción (este factor depende de las especificaciones técnicas de los paneles instalados). Es decir, si la temperatura de los paneles es de 40ºC, tendremos una pérdidas entre el 5,25% y el 7,5%. En caso de no disponer de una sonda de temperatura instalada, la plataforma calculará una estimación basada en la temperatura ambiente y la radiación incidente.
Pérdidas por antigüedad: los diferentes elementos de una instalación, como los paneles, los inversores o el cableado pueden perder eficiencia de producción con los años. Las especificaciones técnicas de los paneles indican las pérdidas anuales, generalmente del 0,5%
Pérdidas de sombras: efectivamente si en el diseño de la instalación no se han previsto de sombras en algún momento del día, éstas pueden causar pérdidas de producción, no sólo en los paneles afectados, sinó en todo el MPPT.

Configuración en Plataforma W-Manager:

A nivel de plataforma se permite generar la variable de producción teórica, basada en las siguientes características que ayudarán a calcular la producción y pérdidas de la instalación:

Potencia pico o instalada (kWp): potencia instalada en la instalación
Pérdida de módulos (%/ºC): % de pérdidas por cada grado superior a 25º, dato especificado en los paneles
Pérdidas de sombras (%): % de pérdidas producida por sombras, en caso de existir.
Otras pérdidas (%): otras pérdidas no contampladas
Año de instalación: año de puesta en marcha de la instalación, el año más importante es el de instalación de los paneles
Pérdidas por año (%/año): pérdida porcentual anual indicada en las especificaciones de los paneles instalados
Inclinación (º): dato por defecto de inclinación, se aplicará solamente en aquellas instalaciones donde no se hayan indicado datos por inversor
Orientación (º): dato por defecto de orientación, se aplicará solamente en aquellas instalaciones donde no se hayan indicado datos por inversor

Para las diferentes opciones se permite dar un valor a nivel de proyecto, o bien utilizar el dato existente por instalación en un campo numérico de la ficha técnica.

Recordar utilizar nuestro sistema de coordenadas en las configuraciones, Sur=0, Este=-90, Oeste=90, en caso de disponer de datos donde Norte=0 y Sur=180, se deberá aplicar previamente la corrección de -180º

Resultados:

Los siguientes resultados se han analizado sobre una instalación de 800kWp ubicada en España, la cual dispone de sonda de radiación instalada con las mismas características que los paneles

Resultado de instalación con sonda de radiación instalada:

Una vez generala la variable de producción teórica, podemos graficarla y compararla con la producción real:

Si comparamos periodos cortos de unos 5 días entre semana, podemos obervar que tanto a nivel gráfico como de totales la fórmula consigue valores de eficiencia cercanos al 100%

Producción fotovoltaica real: 22.144,70 kWh
Producción estimada: 22.623,65 kWh
Eficiencia SmartFormula: 97,88%

Aunque, si comparamos todo un mes, podemos observar gráficamente que hay días, marcados con franjas de fin de semana, que la producción real no alcanza la simulada:

Producción fotovoltaica real: 114.463,90 kWh
Producción estimada: 117.837,57 kWh
Eficiencia SmartFormula: 97,13%

Esto es debido a la operación del sistema antivertido, por lo que la eficiencia de la fórmula puede variar drásticamente al no tener en cuenta las bajadas de producción derivadas de estos sistemas, pero si nos ayuda e detectar y contabilizar la energía perdida debido a este tipo de sistemas. La formula PR si tiene en cuenta el funcionamiento del sistema antivertido.

Conclusiones:

Los datos de eficiencia de la formula con datos de radiación de sensores instalados, varía entre el 95% y el 99%
Problemas en la operación, como una caída de inversores, puede provocar caídas en la producción real.
El uso de un sistema antivertido desvirtua la eficiencia de esta formula, dado que puede reducir un 30% la producción mensual cuando el consumo baja el fin de semana, e incluso más si entre semana la producción supera a la demanda. Para calcular la eficiencia de una instalación es mejor utilizar la SmartFormula PR, la producción estimada se basa en el potencial de la instalación y no en la operación.
Si al configurar una instalación el resultado es que la producción es sólo el 60% de la estimada con una sonda física, ¿podemos decir que la instalación no funciona correctamente? En ese caso se deberán comprobar los datos de las potencias instaladas, que todos los inversores, MPPTS y strings son los mismos que estamos visualizando ahora. Si no se encuentra nada a nivel de operación, hay múltiples motivos, paneles o inversores poco eficientes, suciedad. Una última opción, es dar por correcta la eficiencia actual, por lo que podemos añadir unas pérdidas por defecto en la instalación del 40%, y utilizar la monitorización para detectar pérdidas a partir de este momento.

Resultado en instalación con sonda de la estación meteorològica más cercana:

La formula aplicada sobre una sonda virtual es la misma que se aplica sobre una sonda real, por ello, procedemos a comparar los datos de la misma instalación, de su sonda instalada y la simulada.

Para cada sonda virtual, podemos graficar la diferencia de radiación respecto la horizontal u otras sondas virtuales:

A niveles mensuales para este caso la comparativa es del 81.66%, estas comparativas influirán sobre la eficiencia del cálculo de producción teórica, provocando una posible ineficiencia del 20%

Sonda radiación instalada: 126.849 Wh/m2
Sonda radiación virtual: 155.430 Wh/m2
Comparativa: 81.66%

Son datos a analizar con largos periodos de tiempo como meses o años, dado que los datos horarios pueden provocar una diferencia del 70% en días concretos, instalación fotovoltaica con sol y estación meteo con nubes, o al revés.

Ejemplo de día con radiación sobre sonda y virtual es similar:

Ejemplo de día con radiación sobre sonda y virtual es muy diferente, con diferencias del 70%:

Conclusiones:

En periodos cortos, como días, la diferencia puede ser del 2% o del 70%, en periodos más largos como meses, el error porcentual disminuye, alcanzando un 20% en algunos casos. Hay varios motivos geográficos que dirigen el error, como la distancia de la instalación fotovoltaica con la estación meteorológica, la diferencia de altura, o zona que la estación está instalada en el pico de una montaña mientras que la instalación fotovoltaica se encuentra en una valle.

Performance Ratio (PR)

Objetivos

El Performance Ratio PR es un indicador que permite calcular la eficiencia de la instalación en momentos de operación. La SmartFormula permite basarse en momentos de operación: cuando los inversores producen o cuando éstos no estén limitados por el sistema antivertido.
A diferencia de la Producción teórica, el PR se calcula por cada dato recibido, generalmente granularidad de 5 minutos, a nivel de potencia de cada uno de los inversores y revisando diferentes aspectos de la operación.
El PR, no tiene en cuenta pérdidas producidas por temperatura, antigüedad u otros motivos. Por lo tanto será normal ver como el PR disminuye los meses con mayor calor y año tras año.
Como en la Producción teórica, el PR basará sus datos en sensores de radiación instalados, pero en caso de no existir, utilizará las sondas virtuales inclinadas generadas por la plataforma

Detalles técnicos:

Utiliza los datos de potencia pico de los inversores, la radiación y diferentes correcciones para calcular la potencia estimada
El cálculo de PR se tiene en cuenta si se superan diferentes aspectos de radiación mínima y de operación configurados
- Radiaciones superiores a 100W/m2
- Inversores sin comunicar: opcionalmente se pueden descartar datos de los inversores sin comunicar
- Inversores sin producir: opcionalmente se pueden descartar datos de los inversores sin producir
- Inversores con potencia limitada por sistema antivertido: opcionalmente se pueden descartar datos de los inversores con limitación de potencia activa

Configuración en Plataforma W-Manager:

A nivel de plataforma se permite generar la variable PR, basada en las siguientes entradas:

Performance Ratio Máximo (PRmax)

Objetivos

El principal objetivo de generar un indicador porcentual que disminuye temporalmente por una anomalia: necesidad de limpieza o problemas en la instalación
PRmax es una variante del PR, que se basa en datos pico de producción de la instalación en un periodo temporal

Detalles técnicos:

- El PRmax mensual devolverá potencias máximas alcanzadas por los inversores en ese mes, en función de la radiación máxima
- La radiación, siempre se basará en sondas virtuales inclinadas, y no sobre las sondas físicas instaladas. El motivo es que generalmente las sondas de radiación físicas suelen tener el mismo problema que los paneles instalados.
- A diferencia del PR, PRmax si tiene en cuenta las pérdidas de temperatura ocasionadas sobre los paneles, así se convierte en un indicador constante mes a mes en condiciones óptimas

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