¿En qué dirección deben estar orientados los paneles solares y con qué ángulo deben inclinarse?
La respuesta a esta pregunta puede parecer bastante sencilla en un principio, pero en realidad, hay varias respuestas; cuando tenemos en cuenta los diversos factores que a menudo tendemos a pasar por alto.
En este artículo, exploramos todos los elementos que influyen en la orientación y el ángulo de inclinación de los paneles solares.
En primer lugar, hay que preguntarse: «¿En qué región geográfica quiero colocar los paneles?»
La dirección ideal a la que deben orientarse los paneles solares cambia según se viva en el hemisferio norte o en el hemisferio sur.
En el hemisferio norte, los paneles deben estar orientados hacia el sur, y el norte funciona mejor para el hemisferio sur.
Ahora, la siguiente pregunta que podría hacerse es: «¿Por qué el sur o el norte? ¿Por qué no al este o al oeste?»
Para entender la respuesta, piense en un edificio en el hemisferio norte. El lado norte del edificio siempre está en la sombra. Por la mañana, el oeste está en la sombra y el este está iluminado por el sol, y al atardecer, el oeste está iluminado por el sol y el este está en la sombra.
Esto se debe a que el sol tiene un desplazamiento hacia el sur en el hemisferio norte y un desplazamiento hacia el norte en el hemisferio sur.
Si los paneles se colocaran orientados hacia el este o el oeste, generarían una buena cantidad de energía sólo durante la mañana o la tarde. Sin embargo, para obtener lo mejor de ambos momentos, se necesita un sistema orientado al norte o al sur.
Todavía no hemos terminado.
Hay una tendencia nueva y emergente denominada precio por tiempo de uso (TOU). Se trata de un sistema de fijación de precios en el que las tarifas eléctricas son más elevadas en un momento predefinido del día, normalmente cuando el uso de la energía en el estado/país es mayor.
Normalmente, el uso es mayor entre la 1 PM y las 7 PM. Durante este tiempo, el suministro de electricidad de las centrales eléctricas ya activas se estira hasta sus límites. Llega un momento en que las centrales más alejadas se encienden como contingencia para evitar el fallo de suministro. Esto, por razones obvias, aumenta el coste de funcionamiento de la red. Con el sistema TOU, el cliente desembolsa más dinero para pagar sus facturas.
En lugares como éste, resulta que los paneles orientados al oeste son más económicos en comparación con los orientados al sur o al norte. Esto se debe principalmente a que los paneles orientados al oeste generan un 49% más de electricidad durante los picos de demanda en comparación con los paneles orientados al sur, tal y como registró un estudio realizado en Austin, Texas (en el hemisferio norte).
El factor de inclinación.
El hecho es que, independientemente de la precisión con la que calcule el ángulo de inclinación de sus paneles, tendrá ciertas pérdidas. El escurridizo ángulo óptimo del panel va cambiando a lo largo del día y de las estaciones (a menos que haya instalado un seguidor solar, en cuyo caso, el panel se ajusta a sí mismo para encarar el ángulo óptimo a intervalos regulares de tiempo utilizando un algoritmo incorporado).
Así que lo mejor que puede hacer es calcular un ángulo que tenga la menor pérdida media anual.
La forma más común que se ha adoptado ampliamente es:
(latitud * 0,9) + 29 = ángulo de inclinación óptimo para el invierno.
(latitud * 0,9) – 23,5 = ángulo de inclinación óptimo para el verano.
En este método, tome la latitud: que es una indicación de cuánto necesita para inclinar el panel. A continuación, tenga en cuenta el cambio en el movimiento del sol durante el verano y el invierno mediante la adición de algunas constantes predeterminadas como el sol es más bajo en el cielo durante el invierno, y restando otra constante predeterminada durante el verano, como el sol es más alto en el cielo durante el verano.
Calcular las pérdidas.
Digamos que el ángulo de inclinación óptimo para una determinada región se calcula utilizando el enfoque que acabamos de comentar. Las pérdidas en las que incurriría este sistema en cualquier minuto pueden calcularse o medirse utilizando instrumentos como el piranómetro (utilizado para medir la radiación solar sobre una superficie), el pirheliómetro (utilizado para medir la radiación solar de haz directo), el registrador de rayos solares (utilizado para medir el tiempo de luz solar disponible), y más (cosas de los gadgets).
Estos artilugios son caros y la rentabilidad de invertir en ellos, especialmente para las pequeñas empresas o los particulares, no es grande.
Pero no te preocupes. Existe una solución de bajo presupuesto. Puede calcular los factores de los que dependen estas pérdidas, como la declinación de la tierra, el ángulo horario, la latitud, el ángulo de inclinación del panel, la hora solar y el ángulo acimutal de la superficie utilizando datos fácilmente disponibles y accesibles como la latitud, la longitud y la hora local.
La declinación es básicamente el ángulo subtendido por una línea recta proyectada desde el plano ecuatorial y una línea del centro del sol proyectada sobre la Tierra.
El ángulo horario es una expresión que describe la diferencia entre la hora solar local y el mediodía solar.
El «ángulo acimutal de la superficie» se mide en el plano horizontal desde el sur verdadero hasta la proyección horizontal de la normal a la superficie.
El tiempo solar es el concepto en el que el paso del tiempo se calcula con respecto a la posición aparente del sol en el cielo.
Utilizando estos factores, podrá encontrar definitivamente el ángulo por el que los rayos solares inciden en el panel. A continuación, podrá comparar el ángulo de incidencia de los rayos del sol cuando el panel está orientado en la dirección óptima, el ángulo, y el ángulo de incidencia a cuando el panel no está orientado en un ángulo óptimo, las direcciones; y así encontrar las pérdidas porcentuales con respecto a los cambios en la dirección y/o el ángulo.
Qué nos depara el futuro.
Los seguidores solares parecen ser la opción más popular que se está explorando actualmente. Es una tecnología ya existente, pero su aplicación se limita a los sistemas de gran escala montados en el suelo. Esto se debe principalmente a que los sistemas de seguimiento solar son caros, necesitan más mantenimiento y, lo que es más importante, no son adecuados para las velocidades del viento y las precipitaciones a las que están expuestos en una azotea.
Los sistemas de seguimiento autolimpiables y automantenidos que incorporan diseños que soportan las condiciones de una azotea son lo que los fabricantes están trabajando actualmente en sus laboratorios de I+D.
Una de estas empresas, Edisun Microgrids, ya ha diseñado un nuevo sistema de seguimiento. En este caso, en lugar de los tradicionales seguidores montados en postes que requieren ser elevados 6 pies, los sistemas de seguimiento están a sólo unos centímetros del techo. Otro cambio notable en el diseño es que estos paneles pivotan desde su borde, a diferencia de los seguidores tradicionales que pivotan desde el centro. La organización ha completado con éxito el mayor sistema de seguimiento solar sobre tejado del mundo, con 2.900 seguidores en paneles individuales en Oxnard, California.
La empresa cree que su equipo de seguimiento sobre tejado puede aumentar la producción de energía de un proyecto solar en un 30% en comparación con los seguidores de inclinación fija.
Una simple pregunta puede dar lugar a las respuestas más poderosas. En este artículo, empezamos con una de esas preguntas. Está claro que la exploración honesta de los problemas puede dar lugar a más cosas, y no hay límite para lo que el sector energético del mañana podría ofrecer al mundo.
Escrito por Pavan Balakrishna, Ingeniero de Operaciones de Solarify