Análisis del rendimiento de paneles bifaciales en parques fotovoltaicos en Canarias

Abstract

El objeto del presente Trabajo de Fin de Máster es el análisis del rendimiento de las placas bifaciales en parques fotovoltaicos y la comparación con los paneles estándar para el territorio de Canarias. El proyecto incluye el análisis técnico y económico en diferentes escenarios en Canarias que permitan obtener conclusiones sobre la viabilidad de esta tecnología como elemento de mejora del rendimiento en parques fotovoltaicos. La primera parte del proyecto se centra en el análisis del estado actual de la técnica de los paneles solares bifaciales y un desarrollo de sus principales características para entender su potencial y sus posibles puntos de mejora. Posteriormente se planteará la simulación de funcionamiento de un panel estándar frente al de un panel bifacial, ambos con la misma potencia pico, sometidos a las mismas condiciones ambientales. El objetivo será plantear la comparativa del rendimiento y la producción fotovoltaica entre ambas tecnologías. Además, se proponen distintos emplazamientos para la comparativa, de modo que se observe cuál de las ubicaciones es más beneficiada por el empleo de la bifacial. Por último, se planteará como caso de estudio el modelado y simulación de un parque fotovoltaico para unas características preestablecidas de potencia instalada. La función de la instalación estudiada es la generación de energía eléctrica a gran escala para verterla directamente a la red eléctrica, mediante la tecnología solar fotovoltaica. Para este estudio no se incluye un sistema de seguimiento para los paneles solares ni tampoco el empleo de baterías para el almacenamiento y gestión de la energía solar, pero se considera un aspecto de interés para futuros estudios. Se decide ubicar el parque de estudio en la isla de Tenerife, en España, porque reúne unas condiciones idóneas para el uso de energías renovables, y porque hasta día de hoy la tecnología bifacial no se encuentra muy desarrollada. Concretamente, se elige la zona sur de la isla, el municipio de Arona, y las condiciones climatológicas se obtienen de la web “Photovoltaic Geographical Information System” (PVGIS). Para el análisis, se parte de los datos disponibles para un parque fotovoltaico instalado en Canarias con una potencia instalada de 1,1 MW, proporcionados por una empresa dedicada al sector de las energías renovables. El parque de referencia emplea tecnología fotovoltaica estándar, donde los paneles absorben radiación solar solo por su cara frontal. Se plantea el análisis del impacto producido en la producción fotovoltaica y en el rendimiento empleando paneles bifaciales y con los datos de irradiancia solar del parque real. Adicionalmente se propondrá una evaluación económica para determinar la rentabilidad del parque fotovoltaico si usara tecnología bifacial. Para la simulación del parque fotovoltaico se ha llevado a cabo mediante el uso del lenguaje de programación de Python. En concreto, se ha utilizado la librería PVLIB, que es un software de código abierto para la simulación de sistemas de energía fotovoltaica. La herramienta permitirá el modelado del parque definiendo los paneles solares e inversores, junto con la orientación e inclinación de la instalación, para la obtención de la producción fotovoltaica

The aim of the following end-of-degree project is the analysis of the performance of bifacial modules in photovoltaic (from now on called as PV) power stations compared to standard panels. The project includes the technoeconomic analysis in different scenarios in the Canary Islands, that allow to conclude the viability of this technology as an element to improve the performance of PV power stations. The first part of the project focuses on the analysis of the current state of the art of bifacial PV modules and a development of their main characteristics, in order to understand their potential and possible features that could be improved. Then, it is proposed the simulation of the operation of a monofacial PV module versus a bifacial PV module, both with the same peak power and subjected to the same environmental conditions. The objective will be to propose the comparison of performance and PV production between both technologies. In addition, different locations are proposed, so that it can be compared which of the locations is most benefited by the use of the bifacial modules. Finally, it is proposed the modelling and simulation of a PV power station with a determined installed capacity as a case of study. The function of the installation is the generation of electricity on a large scale to supply it directly into the electrical network, through PV solar technology. For this study, an axis solar tracker for PV panels is not included, nor is the use of batteries for the storage and management of solar energy, but it is considered an aspect of interest for future studies. It is decided to locate the study power station on the island of Tenerife, in Spain, because it meets ideal conditions for the use of renewable energies, and because, as of today, the bifacial PV technology is not very developed. Specifically, the municipality of Arona, in the southern part of the island, is chosen, and the weather conditions are obtained from the “Photovoltaic Geographical Information System” (PVGIS) website. For the analysis, we start from the data available for a PV power station installed in the Canary Islands with an installed power of 1,1 MW. These data is provided by a company dedicated to the renewable energy sector. The reference power station is compound by standard PV modules, where the panels absorb solar radiation only on their front face. The evaluation of the impact produced in the electricity production and in the performance using bifacial modules and with the solar irradiance data of the real power station is proposed. Additionally, an economic evaluation will be proposed to determine the profitability of the PV power station if it uses bifacial technology. The simulation of the PV power station has been carried out using the programming language Python. Specifically, the PVLIB library has been used, which is an open-source software for the simulation of PV energy systems. The software will allow the modelling of solar panels and inverters, together with distribution and connections of them, the orientation and inclination of the panels, in order to obtain electrical production