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Orientación de los paneles fotovoltaicos: como definirla correctamente

En el hemisferio norte, la orientación óptima de los paneles fotovoltaicos es hacia el sur con una inclinación igual a la latitud. Descubre cómo orientar tu sistema para maximizar el rendimiento

Estimar adecuadamente la orientación y la inclinación de los paneles fotovoltaicos puede afectar significativamente el rendimiento de los mismos.

Definir estas variables no es fácil porque durante el día la incidencia de los rayos cambia según la posición del sol.

Para facilitarte el proceso, te aconsejo que utilices un software fotovoltaico que te ayude a orientar correctamente las instalaciones, teniendo en cuenta los datos geográficos y la estación en la que hay mayor necesidad energética.

Acimut y tilt: ¿qué son?

Como todos sabemos, el sol se desplaza de Este a Oeste en una trayectoria parabólica; para definir la dirección de los rayos solares con respecto a la superficie del módulo fotovoltaico, es necesario considerar dos ángulos:

  • acimut;
  • tilt.

Se define acimut o azimut al ángulo de orientación del plano del dispositivo fotovoltaico con respecto al meridiano correspondiente. En la práctica, mide la desviación del plano con respecto a la orientación hacia el Sur (para los sitios en el hemisferio norte de la Tierra) o hacia el Norte (para los sitios en el hemisferio sur). Los valores positivos del ángulo de azimut indican una orientación hacia el oeste y los valores negativos indican una orientación hacia el este (CEI EN 61194).

El ángulo aumenta a medida que incrementa la rotación en el sentido de las agujas de reloj del vector. Esto significa que:

  • con acimut = 0° el panel está orientado hacia el sur;
  • con acimut = 90° el panel está orientado hacia el oeste;
  • con acimut = 180° el panel está orientado hacia el norte.

Conocer el ángulo de acimut del sol es un valor fundamental para definir la orientación de los paneles solares.

En cambio, se define tilt, o grado de elevación, la inclinación de un objeto con respecto al plano de tierra. Es decir, el ángulo que un objeto, viéndolo desde un lado, forma con la línea del suelo.

En los sistemas fotovoltaicos, el tilt representa la inclinación del plano del dispositivo fotovoltaico con respecto al plano horizontal (de IEC/TS 61836).

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Inclinación 30-35° – Dirección Sur

¿Que orientacion deben tener los paneles solares?

La mayor eficiencia energética de un sistema fotovoltaico no solo proviene de la calidad del sistema, sino también de la orientación e inclinación de los paneles fotovoltaicos.

Un sistema fotovoltaico alcanza su pico máximo de productividad cuando los rayos solares son perpendiculares a los paneles. Esta es una condición óptima que no ocurre permanentemente, ya que que cambia a lo largo del día y según las estaciones.

Por lo tanto, para optimizar el sistema, es necesario orientar los paneles en la dirección en la que la incidencia de los rayos es mayor. Además, es necesario estimar los siguientes factores:

  • radiación solar;
  • dirección de los paneles solares;
  • inclinación de los paneles fotovoltaicos.

Estimación de la radiación solar

El primer factor a calcular para verificar si un sitio es adecuado para la instalación de un sistema fotovoltaico es la estimación de la cantidad de energía solar que llega a ese lugar.

A lo largo del año, el sol varía sus trayectorias en la superficie de la tierra y la radiación solar que llega a la tierra no es constante. Por lo tanto, la energía solar no es una energía programable y no siempre se puede utilizar cuando se necesita, por ejemplo, durante las horas nocturnas.

Sin embargo, para comprender el valor de la radiación solar promedio de un lugar determinado, los caminos del sol se muestran en mapas o diagramas solares, que se organizan en coordenadas polares o cartesianas.

Mapas solares en coordenadas polares

Los mapas solares en coordenadas polares son gráficos en los que la esfera celeste se proyecta y se reduce a un plano horizontal. Estos diagramas están compuestos por circunferencias concéntricas, desde el perímetro exterior hasta el centro, que representan diferentes valores de la altura solar.

Desde el centro también salen líneas que cruzan las diversas circunferencias considerando las diferentes épocas del año e identificando diferentes valores de acimut. En estos mapas se muestran las trayectorias del sol en los diferentes meses del año, como líneas curvas.

Por ejemplo, el camino del sol en febrero coincide con el de octubre y, por lo tanto, están representados por una sola línea. Por último, cada diagrama solar es específico para una latitud determinada.

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Diagrama solar polar

 

Mapas solares en coordenadas cartesianas

Los mapas en coordenadas cartesianas son diagramas sobre los que se proyecta la esfera celeste, como si fuera la superficie de un cilindro proyectada sobre un plano.

Así, los extremos se tienen los puntos cardinales y el centro de referencia es el Sur (dirección en la que se orientarán los paneles si estamos en el hemisferio norte). La curva más alta es la trayectoria del sol durante el periodo estival, mientras que la más baja es la trayectoria que sigue durante el periodo del solsticio de invierno. Al lado de las ordenadas, se tienen los valores llamados elevaciones.

Para producir estos mapas, te sugiero que utilices un software fotovoltaico con el que puedas proyectar tu sombra directamente en el diagrama solar y verificar la cantidad de energía en una determinada época del año.

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Diagrama solar Solarius PV

Curvas de isoradiación

Otra representación gráfica para comprender la cantidad real de energía proyectada en un lugar determinado son las curvas de isoradiación. Se trata de la representación en líneas curvas de la radiación solar incidente en un lugar determinado. Estas radiaciones varían según la latitud. Por lo tanto, cuanto más baja es la latitud, mayor incidencia tiene la radiación solar, ya que el Sol llega de forma ortogonal respecto a la superficie captante.

Por ejemplo, en Italia, de sur a norte, la radiación tenderá a disminuir. De hecho, tendrá 5.2 kWh/m²/día en las islas y 3.8 kWh/m²/día en los Alpes.

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Curvas de isoradiación

Dirección de los paneles solares

Un sistema fotovoltaico es más productivo cuando los rayos solares son perpendiculares a los paneles y la mejor orientación de los mismos en el hemisferio norte es hacia el sur, con un ángulo de acimut de 0°.

En el caso de que la instalación en dirección Sur no sea posible o hubieran obstáculos que causaran fenómenos de sombreado, es posible cambiar la orientación de los paneles:

  • orientando los paneles máximo de 45° Sureste y Suroeste, la producción anual sufriría una reducción bastante contenida (1-3%);
  • si la orientación es superior a 45° con respecto al Sur, la producción comenzará a disminuir considerablemente.

En cambio, es menos significativa la radiación que puede tener un panel expuesto al Este o, menos aún, un panel expuesto al Oeste, ya que captaría sólo la radiación matutina o vespertina.

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Orientación de los paneles solares: dirección Sur

Inclinación de los paneles fotovoltaicos

La inclinación óptima de los paneles fotovoltaicos se ve afectada por la latitud del lugar geográfico donde se montarán los paneles.

Como regla general, se puede decir que la inclinación óptima de los paneles para una producción máxima anual es igual a la latitud L del sitio de instalación. Por ejemplo, si tienes una latitud de 40°, instalarás el panel con una inclinación de entre 30° y 40°.

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Inclinación de los paneles fotovoltaicos

Para determinar la inclinación correcta de un panel, también es necesario considerar la superficie en la que se instalarán los mismos:

  • si se instala un sistema fotovoltaico en la cubierta de un techo, los paneles se instalarán de forma coplanar con el faldón del techo;
  • si el sistema se instala en el suelo o en una cubierta plana, es necesario calcular con precisión la inclinación para evitar que los paneles colocados en la parte delantera no causen, en algún momento del año, sombras en los paneles colocados en la fila posterior.

Para calcular con precisión la distancia mínima de instalación de las filas de paneles fotovoltaicos y la inclinación correcta, te sugiero que uses un software fotovoltaico que pueda calcular automáticamente esta dimensión en cualquier superficie (horizontal, vertical o inclinada).

Cómo optimizar la orientación de los paneles: Seguidores solares

Entonces, dijimos que la orientación de los paneles fotovoltaicos es crucial para maximizar el rendimiento del sistema fotovoltaico. De igual modo, para optimizar la disposición solar durante todo el año, es posible instalar dispositivos electrónicos específicos que permiten seguir la trayectoria del sol. Hablamos de un sistema de seguimiento solar o solar tracker.

¿Qué son los seguidores solares?

Los seguidores solares son dispositivos y mecanismos especiales que permiten mover y girar el panel fotovoltaico para que siempre estén orientados en la dirección del Sol. Con este sistema, el panel no es fijo, sino móvil.

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Sistema de seguimiento solar

¿Cómo funcionan los seguidores solares?

Los seguidores solares permiten mantener siempre la inclinación de 90° entre el panel y los rayos del sol para optimizar la orientación de los paneles fotovoltaicos y, por lo tanto, la eficiencia energética.

Existen diferentes seguidores y, según el tipo, varía el mecanismo de funcionamiento.

Los principales tipos de seguidores solares son:

  • uniaxiales (de un eje);
  • biaxiales (de dos ejes).

Seguidores uniaxiales

Los seguidores solares uniaxiales “persiguen” la radiación solar girando alrededor de su propio eje y, en función de su orientación, se pueden clasificar en:

  • seguidores de eje inclinado: giran alrededor del ángulo tilt, es decir, Este-Oeste y persiguen la altura del sol en el cielo;
  • seguidores de eje horizontal: persiguen al sol durante su trayectoria en el cielo; en este caso, el eje de rotación es Norte-Sur;
  • seguidores de eje vertical: giran alrededor de un eje vertical perpendicular al suelo y necesitan grandes espacios para su instalación.
  • seguidores de eje polar: persiguen la radiación solar, girando alrededor de un eje paralelo al eje de rotación de la Tierra.

Seguidores biaxiales

En cambio, los seguidores solares biaxiales tienen dos ejes de rotación perpendiculares entre sí que permiten, a través de un sistema eléctrico, apuntar perfectamente los paneles en la dirección del sol. Según su orientación se dividen en:

  • seguidores de acimut-elevación: su funcionamiento intercepta las radiaciones, permitiendo a los paneles orientarse de manera perfectamente perpendicular respecto a los rayos del sol, durante todo el día;
  • seguidores de inclinación y balanceo: evitan las zonas de sombra.

Clasificación de seguidores solares

Por último, según el tipo de sistema que permite el movimiento para orientarse hacia el sol, se pueden clasificar en:

  • seguidores solares activos;
  • seguidores solares pasivos.

Seguidores solares activos

Están compuestos por motores eléctricos que permiten el movimiento lento de los paneles fotovoltaicos. Se dividen en:

  • analógicos: el movimiento es generado por sensores que identifican la mejor posición para la absorción de la radiación solar.
  • digitales: son accionados por un microprocesador que, a través de la memorización de los datos sobre el posicionamiento del sol, consigue orientar los paneles en la dirección con mayor luz.

Seguidores solares pasivos

Utilizan fenómenos físicos autónomos e independientes del posicionamiento del sol respecto al panel. Un ejemplo es la dilatación térmica de un gas fluido comprimido que se calienta por el sol. Esto genera una presión hidráulica que permite el movimiento de la estructura de los paneles solares.

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Rendimiento de los paneles fotovoltaicos Solarius PV

Para definir de manera óptima la orientación de los paneles (sin sistema de segumiento solar), te recomiendo que pruebes gratuitamente un software fotovoltaico, donde ingresando la ubicación de la instalación y los valores de acimut e inclinación, puedes detectar los datos de irradiación diaria media mensual y obtener una imagen general del análisis del rendimiento de los paneles fotovoltaicos.

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