Cuando la producción real no coincide con las previsiones: los archivos Peter PAN

De la revista pv magazine 04/2022

El analista de datos Hao Shen tiene una creciente sospecha que le preocupa. «Pensamos que los sistemas fotovoltaicos más modernos serían más fiables y eficientes que los puestos en marcha hace 10 años». Shen es el jefe de productos de datos de la empresa de análisis de datos y seguros climáticos kWh-Analytics.

La empresa ha recopilado datos de rendimiento de las carteras de 15 de los 20 mayores operadores de sistemas de Estados Unidos. A continuación, comparó los informes de ingresos elaborados antes de que las centrales entraran en funcionamiento y los datos de producción reales. Esa comparación, que abarca el 30% de las centrales terrestres de Estados Unidos, demostró «justo lo contrario», dice Shen. La discrepancia entre las predicciones y la producción real ha aumentado.

El motivo de preocupación es que la discrepancia entre las previsiones y la producción tiene consecuencias. Que se prevea que un sistema fotovoltaico genere 4.000, 3.920 o incluso 3.760 GWh en un periodo de 20 años no es un asunto menor. A 0,07 euros/kWh, 240 GWh menos de rendimiento suponen una pérdida de ingresos de 16,8 millones de euros.

Si de un activo fotovoltaico salen menos electrones de los previstos, el propietario puede tener problemas financieros. Esto se debe a que los planificadores de proyectos utilizan la previsión del informe de rendimiento para determinar el valor de la planta. Los bancos y los inversores también quieren ver el informe de rendimiento antes de invertir en una planta. Utilizan el informe para calcular el flujo de caja mensual. Esto determina el nivel de reembolso de los préstamos.

Si el informe se desvía unos pocos puntos porcentuales, los reembolsos se convierten en una carga para el operador. Y eso es exactamente lo que está ocurriendo cada vez más.

«Hemos comprobado que las tasaciones son cada vez más inexactas», dice Hao Shen. Las nuevas previsiones de rendimiento sobreestiman estadísticamente el rendimiento de la planta con más frecuencia, aproximadamente un 6% de media. En cambio, la media de las valoraciones de las plantas antiguas se ajusta más a la producción real.

Valoraciones «exageradas»

Shen ofrece varias explicaciones para la discrepancia. Por ejemplo, afirma que las hipótesis actuales sobre la disponibilidad del sistema y los índices de degradación de los componentes son demasiado optimistas. Otro problema es que los archivos PAN en los que se basan las previsiones de rendimiento son demasiado «agresivos», afirma.

Los archivos PAN contienen información detallada sobre un módulo que va más allá de su data sheet. Los tasadores pueden utilizar los valores de los archivos para calcular el rendimiento con poca luz o el efecto del ángulo de incidencia en el rendimiento. Sin embargo, cualquier persona que prepare un dictamen pericial debe mirar con atención de dónde procede el archivo PAN. Muchos cambios pequeños -y por tanto difíciles de comprender- en parámetros decisivos pueden hacer que el rendimiento de un módulo fotovoltaico parezca mejor de lo que es.

Si se calcula con archivos PAN de cuento, no se puede esperar que el rendimiento previsto se cumpla en la realidad. Esto no deja de tener consecuencias. Para los proyectos fotovoltaicos en Estados Unidos, el riesgo básico anual de impago es del 16% si la línea de crédito es 1,25 veces el flujo de caja, dice Shen. Como los errores en los informes de ingresos se acumulan con cada año que pasa, Shen calcula que el riesgo de impago es ahora del 70% después de siete años.

Aun así, hay muchos incentivos financieros para espolvorear un poco de polvo de hadas en los expedientes del PAN y así hacer subir las valoraciones de rendimiento. Cuando un promotor de proyectos planifica una planta, se ofrecen módulos y los fabricantes proporcionan los archivos PAN correspondientes. Si el rendimiento de un módulo en la previsión es entre un 1% y un 2% superior al de un competidor, significa que el proyecto puede generar varios millones más de ingresos, al menos sobre el papel.

«Entonces también puede ocurrir que el promotor del proyecto se ponga en contacto con el fabricante del módulo de peor rendimiento y le diga que está un poco atrasado», dice Tristan Erion-Lorico, responsable del negocio de módulos del instituto de pruebas PV Evolution Labs. «Aquí tienes un nuevo archivo PAN. Inténtelo de nuevo», viene a veces como respuesta. Los promotores de proyectos pueden estar interesados en este enfoque. «Si un promotor construye sistemas fotovoltaicos para venderlos con beneficio poco después de la fase de construcción, cada mejora en el archivo PAN significa más dinero», dice Erion-Lorico.

Matthias Hadamscheck también conoce la influencia que pueden tener los expedientes optimistas del PAN en las evaluaciones de rendimiento. Dirige la consultoría técnica de la empresa Meteocontrol, que, entre otras cosas, elabora dictámenes para promotores de proyectos, inversores y bancos de financiación. «Para una evaluación de rendimiento, la planta se construye virtualmente en el software de simulación basándose en la información sobre la planta, como la ubicación, los componentes y su configuración», dice. «Con los datos meteorológicos adecuados, se calcula el rendimiento del emplazamiento».

En PVsyst, un programa de modelado muy utilizado para sistemas fotovoltaicos, se almacena la información de las hojas de datos de los módulos. Esto incluye, por ejemplo, la medición en condiciones de prueba estándar, es decir, con una intensidad de irradiación de 1.000 vatios por metro cuadrado y a 25 C. Pero la cantidad de electricidad que genera el módulo a 400 W/m2 y 10 C no puede leerse simplemente en la hoja de datos.

Parámetros inciertos

Para estimar el comportamiento de un módulo en diferentes condiciones de iluminación y temperaturas, hay que medir parámetros que normalmente solo conocen los expertos en módulos. Entre ellos se encuentran la resistencia en serie y la resistencia en derivación, incluido su denominado factor exponencial. Además, está el factor de corrección del ángulo de irradiación (IAM) y el factor gamma de los diodos.

Este espectro de mediciones no está disponible fácilmente, ni siquiera en un laboratorio de I+D o de pruebas. Un total de cinco parámetros, también llamados parámetros inciertos, son decisivos al final. PVsyst establece los valores de estos parámetros como una suposición básica, los «valores por defecto», en el programa, basándose en sus propios valores empíricos.

«Los parámetros inciertos más importantes son la resistencia en serie y la resistencia en derivación», dice André Mermoud, fundador y desarrollador de PVsyst. En el pasado, muchos fabricantes de módulos se quejaron de que los supuestos de «Rserie» y «Rshunt», como se denominan en PVsyst, se hacían de forma demasiado conservadora, haciendo que los módulos en PVsyst parecieran peores de lo que son.

Los laboratorios independientes también han informado de que los «valores por defecto» de PVsyst han llevado a predicciones de rendimiento conservadoras en el pasado. Sin embargo, los supuestos básicos de la versión actual de PVsyst, dice Mermoud, «se acercan bastante o están justo por debajo de lo que vemos con la mayoría de los módulos con mediciones válidas de baja luminosidad».

Los fabricantes de módulos pueden hacer que un laboratorio acreditado realice una medición válida de la luz baja para corregir los supuestos básicos demasiado conservadores que se perciben en la biblioteca de PVsyst. A continuación, los módulos se prueban no solo una vez a 1.000 W y 25 C, sino a 22 temperaturas e intensidades de radiación diferentes: a 15 C, 25 C, 50 C y 75 C y a varios niveles de intensidad de radiación entre 100 W/m2 y 1.100 W/m2.

El procedimiento para esta gama de mediciones se establece en la norma IEC 61853. PVsyst utiliza la medición de baja luminosidad según esta norma IEC para ajustar los parámetros inciertos según los 22 puntos de medición. Al hacerlo, PVsyst modifica los parámetros inciertos según un procedimiento muy específico hasta que la curva de eficiencia simulada coincide con la medición.

Mediciones y procedimientos

«Pero en los últimos años, hemos recibido muy pocas mediciones de luz baja de los fabricantes», dice Mermoud. Calcula que entre 20 y 25 fabricantes han presentado mediciones válidas de luz baja. Esta cifra, informa, era mayor en el caso de los módulos más antiguos. En los últimos dos o tres años, dice, apenas ha recibido mediciones de laboratorio de este tipo.

¿Cómo pueden protegerse los desarrolladores de proyectos? Por un lado, pueden prestar atención a dónde obtienen sus archivos PAN. Los laboratorios que realizan las mediciones de baja luminosidad también pueden definir los cinco parámetros inciertos, basados en la medición.

La mayoría de los archivos PAN actuales se crean en laboratorios independientes. Cualquiera que utilice estos archivos PAN debe asegurarse de solicitar un informe sobre cómo se definieron los valores. Esto puede proporcionar a los responsables de la toma de decisiones, menos orientados técnicamente, la certeza de que los valores se han definido de acuerdo con las normas de calidad y, por lo tanto, también pueden utilizarse para hacer previsiones serias. No existe ninguna norma de la CEI que especifique cómo transfieren exactamente los laboratorios los valores medidos al modelo de módulo utilizado por PVsyst, el modelo de diodo único.

Para los archivos PAN, Fraunhofer ISE, al igual que otros conocidos laboratorios que crean archivos PAN, varía los parámetros hasta conseguir la mejor coincidencia posible entre las curvas de eficiencia simuladas y las medidas, afirma Ulli Kräling, responsable de calidad de Fraunhofer ISE. El procedimiento puede diferir en la metodología de PVsyst.

«Existen diferentes procedimientos para determinar la resistencia en serie Rserie, por ejemplo», dice Kräling. «Sin embargo, esta resistencia en serie no corresponde a una resistencia real, sino que solo representa un valor que proporciona el resultado correcto para el modelo de módulo correspondiente. Si el procedimiento o el modelo cambian, se obtienen otros valores para la resistencia en serie. Eso significa que no hay una resistencia en serie «correcta»». Pero también añade que no tendría sentido utilizar un modelo que difiere de PVsyst si los valores se utilizaran posteriormente para un cálculo de rendimiento con el software.

Prácticas de laboratorio

Lo que complica aún más las cosas es que no todos los laboratorios siguen el mismo proceso. Algunos laboratorios utilizan los cinco parámetros inciertos como variables, lo que conduce a resultados inestables, dice Mermoud. «Para mí, este método no puede ser fiable porque es imposible conseguir un ajuste estable para cinco parámetros en una ecuación tan no lineal y para unos puntos de datos tan inciertos», argumenta.

Como ejemplo, Mermoud cita el valor del factor exponencial de la resistencia de derivación. Según PVsyst, debería ser de unos 5,5 ohmios menos. Pero, según él, el valor es a veces tan bajo como 0 ohmios o tan alto como 10 o 15 ohmios cuando se utilizan todos los parámetros inciertos como variables.

En cuanto a si esta diferencia metodológica permitiría calcular varios puntos porcentuales más de rendimiento y, por tanto, explicar los resultados de Hao Shen de un seis por ciento de discrepancia, Mermoud lo niega. No obstante, recomienda tener cuidado para no incluir en la biblioteca de PVsyst los archivos PAN procesados de este modo sin realizar más trabajos. PVsyst no puede verificar la metodología exacta de cada archivo PAN de todos los laboratorios. Además de los laboratorios industriales de confianza, que tienen interés en mantener su reputación, hay laboratorios que son más propensos a producir archivos PAN muy ambiciosos, dijo.

Falta de integración

Por esta razón, PVsyst no integra los archivos PAN creados en el laboratorio en su propia base de datos. El proveedor de software quiere evitar que aparezcan archivos PAN poco realistas en su propia biblioteca. Y por ello no ofrece un control de calidad general de los archivos PAN, por lo que los evaluadores de la simulación de rendimiento tienen que hacer la comprobación ellos mismos. Merece la pena examinar detenidamente incluso los archivos PAN producidos por un laboratorio independiente, dice Hadamschek. Aunque los archivos PAN de laboratorios «reputados» son más fiables que otros, dice, «nosotros miramos todos los archivos PAN y los evaluamos».

Otra forma de estar seguros: Los archivos PAN creados por laboratorios de pruebas externos e independientes, con sus correspondientes informes sobre cómo se determinaron los valores, dan a todas las partes implicadas en un proyecto la garantía de que los datos son serios y fiables. En dicho informe, los usuarios técnicamente cualificados del archivo PAN pueden entender cómo el laboratorio llegó a los valores de los parámetros inciertos.

Por último, pero no menos importante, los informes de creación de archivos PAN también pueden evitar que la información sea falsificada posteriormente. Esto también es un problema, dice Erion-Lorico, de PVEL. Ya ha ocurrido que algunos fabricantes de módulos han cambiado posteriormente los valores del archivo PAN creado por un laboratorio de confianza. Hay muchos pequeños ajustes que los autores de los archivos PAN y los informes de rendimiento pueden hacer para obtener un mejor resultado.

Ángulos de incidencia

Un parámetro, dice Mermoud, que se ha potenciado mucho últimamente describe el comportamiento del vidrio cuando la luz incide sobre él en un ángulo. «Este parámetro puede aumentar significativamente la predicción en comparación con la realidad», dice Mermoud. «Muchos fabricantes ofrecen sus propios archivos PAN con rendimientos de ángulos de incidencia completamente diferentes. Esto puede dar lugar a un rendimiento inferior del uno al dos por ciento en la simulación».

Mermoud considera que los datos del factor de corrección del ángulo de irradiación proporcionados por muchos fabricantes a PVsyst son «completamente irreales.» PVsyst cita a los Laboratorios Nacionales de Sandia, en Estados Unidos, y dice que el factor modificador del ángulo de incidencia (IAM) debería ser del 95 al 96% de transmisión de la luz a 60 grados de incidencia, y también establece ese valor como hipótesis de base. Pero cada vez más fabricantes especifican valores del 99%.

Otra observación que hacen los autores de los informes de rendimiento es la reflectancia de la luz en el módulo. «Vemos que los fabricantes de módulos proporcionan cada vez más archivos PAN que muestran un comportamiento de reflectancia extremadamente bueno», dice Hadamscheck. Por otro lado, la labor de los tasadores es filtrar los supuestos demasiado optimistas, si es necesario. «Si nos dan valores muy buenos, nos ceñimos a ciertas pérdidas mínimas por reflexión», dice Hadamscheck. «La razón es que todavía no tenemos una explicación técnica buena y totalmente comprensible de por qué el comportamiento de la reflexión debe ser tan bueno».

Incertidumbre en las mediciones

Los usuarios de los archivos PAN también deben tener en cuenta la incertidumbre de las mediciones. «Por mi experiencia, he comprobado que los archivos PAN pueden dar valores diferentes incluso para el producto completamente idéntico medido en diferentes laboratorios de pruebas externos», dice un representante de un fabricante de módulos que pidió permanecer en el anonimato. «Esto se debe en parte a la precisión de las mediciones de algunos parámetros y también a otras posibles influencias de los procedimientos de ensayo».

Algunos fabricantes de módulos pueden aprovechar la incertidumbre de las mediciones, informa Erion-Lorico. Según el especialista en módulos, existe una incertidumbre de medición inherente a las pruebas de flash. Cree que es posible que algunos fabricantes envíen sus módulos a cinco laboratorios diferentes o más.

«Los resultados probablemente tengan una diferencia de más o menos un dos por ciento», afirma Erion-Lorico, lo cual es suficiente para desvirtuar las previsiones. Los fabricantes pueden entonces elegir el mejor archivo PAN y dárselo al proyectista o al revisor. Otra observación de Erion-Lorico debería llevarnos a ser precavidos con los archivos PAN: «No conozco ningún fabricante de módulos que ofrezca una garantía sobre el rendimiento calculado por un archivo PAN».

Todas estas variables, discrepancias y matices pueden aprovecharse y convertir las previsiones de cuento de hadas en una pesadilla para los propietarios de activos. «Es la muerte por mil cortes», dice Erion-Lorico. Al final, dice, es difícil rastrear qué partes del archivo PAN fueron objeto de suposiciones exageradas. Los que se descuidan se quedan con altos costes en caso de duda.

Sin embargo, la solución al problema no solo radica en unas previsiones de rendimiento cada vez más precisas. También habría que reconsiderar los «colchones de seguridad» que se incluyen en el importe del préstamo. En Estados Unidos, la norma del sector es 1,3 veces el flujo de capital, dice Hao Shen. Pero cada vez más bancos se inclinan por 1,25 veces el flujo de capital. Esto podría agravar el problema en el futuro.

Análisis de parámetros en PV Syst

Para el factor exponencial de la resistencia de derivación, PVsyst establece el valor inicial de menos 5,5 ohmios y lo modifica solo ligeramente, si es necesario. Para la resistencia en derivación, PVsyst divide la corriente en el punto de máxima potencia por la corriente de cortocircuito en la tensión del punto de máxima potencia (Impp/Isc en Vmpp). Normalmente, la resistencia en serie es de 1,3 a 0,5 ohmios por centímetro cuadrado de superficie de la célula y se corrige en un -3% a 200 Wm2 de radiación para el rango de baja luminosidad. Estos valores se fijan para PVsyst sin la medición de la luz baja. Sólo después de fijar estos valores, PVsyst consulta los 22 puntos de medición y ajusta sólo la resistencia en serie hasta que la curva de eficiencia simulada coincida con las mediciones.

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