Elección de la inclinación de módulos fotovoltaicos en estructuras triangulares

Determinar el ángulo de inclinación de módulos fotovoltaicos instalados en tejados con estructuras triangulares o en plantas sobre suelo no es una tarea tan sencilla como en el caso de módulos instalados sobre una única superficie plana. De eso es de lo que vamos a hablar en este artículo.

Sabemos que para cada ubicación existe un ángulo de inclinación óptimo para los módulos fotovoltaicos, que proporciona el mejor rendimiento en la generación de energía durante todo el año.

Cuando no hay preocupación por las sombras, determinar el mejor ángulo de inclinación es un problema relativamente sencillo, que puede resolverse mediante un análisis geométrico de las posiciones de la Tierra y el Sol, del que resulta la famosa recomendación de una inclinación cercana a la latitud. de la ubicación.

Sin embargo, cuando los módulos se instalan en filas, como en instalaciones de losa o en plantas de suelo, inclinar los módulos puede producir sombras en los módulos traseros (Figura 2).

Por lo tanto, el ángulo de pendiente óptimo para una ubicación puede no ser el ángulo óptimo para un proyecto determinado. En plantas de planta baja y cubiertas horizontales (o losas) tenemos entonces el problema de las sombras que provocan las filas de módulos entre sí. La máxima captación de luz ahora no sólo está relacionada con la inclinación y orientación de los módulos, sino también con el espacio entre las filas y sus características constructivas.

Cómo determinar el ángulo de inclinación y la distancia entre filas.

La respuesta a la mejor pendiente y distancia adecuada entre filas será diferente para cada ubicación y para cada proyecto específico, lo que imposibilita que los fabricantes de estructuras presenten una tabla de pendientes y distancias estandarizadas – o incluso una fórmula simple que permita resolver este problema directamente.

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¿Cómo determinar el ángulo de inclinación de los módulos fotovoltaicos?

En plantas de suelo, la distancia entre hileras debe determinarse principalmente en función de la necesidad de circulación. Son necesarias distancias mínimas de unos 3 metros para permitir la circulación de las máquinas de limpieza de módulos y eliminación de vegetación.

Este espaciado también es necesario para evitar que las filas provoquen sombras entre sí. Una vez determinado el espaciado adecuado, se debe determinar el ángulo de inclinación, como veremos a continuación. En sistemas fotovoltaicos montados sobre estructuras triangulares (sobre losas o cubiertas), determinar el espaciamiento no es tan obvio. La elección natural sería una separación grande, que evitaría la aparición de sombras.

Sin embargo, en losas planas (o cubiertas metálicas con poca pendiente), el área disponible es limitada. No es deseable un gran espacio entre filas debido a la limitación del número de paneles en el área disponible. Es normal encontrar estructuras triangulares con espaciamientos de 1 metro o menos.

Y aquí tenemos de nuevo un problema: con una separación pequeña, ¿podemos inclinar los módulos en el ángulo que queramos? La forma más práctica de cuantificar el sombreado entre hileras y decidir el espaciamiento y su inclinación es mediante estudios en software específicos, como PVSyst y SOLergo.

En este artículo, cubriremos el uso del software PVSyst para respaldar las decisiones sobre la distancia y la inclinación de los módulos fotovoltaicos.

Determinar el ángulo de inclinación con PVsyst

Como no existe una fórmula sencilla ni una tabla estandarizada para determinar la pendiente y la distancia entre filas, la mejor opción del diseñador fotovoltaico en estos casos es utilizar una herramienta de diseño.

Herramienta de orientación

La Figura 3 muestra el botón para acceder a la herramienta “Orientación” de PVSyst. En esta herramienta tenemos varias construcciones de módulos posibles. Usemos la opción "Cobertizos ilimitados", que se muestra en la Figura 4.

Determinar la mejor pendiente y distancia entre hileras es un proceso iterativo. La búsqueda del mejor resultado requiere un compromiso entre estas dos variables (pendiente y distancia). Normalmente la distancia es la primera variable que elige el proyectista en función de la distancia más conveniente para cada proyecto (planta o losa), como se ha comentado anteriormente.

Luego, utilizando la herramienta de diseño PVSyst, se determina el mejor ángulo de inclinación para esa condición. En la opción “Cobertizos Ilimitados” de la herramienta “Orientación”, primero debemos llenar los datos constructivos de las filas: número de cobertizos (tablas o filas), distancia entre cobertizos, altura de los cobertizos (que depende del tamaño de los módulos fotovoltaicos y el número de filas dentro de la misma tabla), altura de banda muerta inferior y altura de banda muerta superior (normalmente cero).

Para tener en cuenta los efectos eléctricos del sombreado, es decir, la activación de diodos de bypass provocados por el sombreado mutuo, debemos marcar la casilla “Usar efecto eléctrico in simul”. El “Nb. módulos de ancho” representa cuántos módulos “de alto” tenemos en la mesa. Por ejemplo: en una fila o tabla con 40 módulos organizados en dos filas de 20, este número es 2.

Luego, luego de completar los datos, debemos ingresar a la vista gráfica haciendo clic en “Ver optimización”, como se muestra en la Figura 5. La gráfica de la Figura 5 es muy importante en el proceso de elección del ángulo de inclinación del módulo fotovoltaico. Este gráfico muestra la ganancia de captación de energía solar del módulo inclinado en relación a la captación en posición horizontal.

La escala numérica en el eje Y (vertical) muestra el porcentaje de ganancia (o pérdida) de energía en relación con la instalación de los módulos en horizontal. El valor “1.00” en el gráfico corresponde a la posición horizontal. Un valor como “1.10” (ver Figura 5) muestra que tenemos un 10% más de captura de luz en comparación con la situación cuando el módulo está instalado horizontalmente.

Observamos tres curvas en la Figura 5: verde, negra y naranja. La primera curva (verde) representa la cantidad de energía luminosa que recibirían los módulos si estuvieran separados infinitamente, es decir, sin considerar el sombreado mutuo entre las filas. Este sería el caso de instalar los módulos en una única zona plana, sin formar filas.

La línea negra muestra la ganancia en la captura de energía luminosa del módulo inclinado, considerando ya el efecto del sombreado mutuo, sin embargo, descartando los efectos eléctricos, es decir, la activación del diodos evitar. La curva naranja, que es la curva más importante para el dimensionamiento, representa la ganancia en captación de energía de los módulos fotovoltaicos, teniendo en cuenta el efecto de sombreado mutuo entre filas y también la activación de los diodos. evitar.

Las curvas negra y naranja están muy juntas y, en algunos casos, cuando la distancia entre las filas es grande, pueden aparecer superpuestas. La información “Pérdidas por sombra” (ver Figura 5) indica el porcentaje de pérdida de energía luminosa (¡no de energía eléctrica generada!) dependiendo de la geometría elegida (espaciamiento entre filas e inclinación).

En este primer ejemplo (Figura 5), ​​tenemos una pérdida del 2,8%. Los porcentajes en los cuadros azules representan el “GCR – Índice de cobertura del suelo”, que es la medida relativa del área ocupada por los módulos. Un GCR del 100% significa que en la vista superior de la planta solar no “veríamos el suelo” detrás de los módulos, es decir, el suelo estaría completamente cubierto por módulos instalados horizontalmente.

Las figuras 6 y 7 a continuación muestran el comportamiento de las sombras mutuas con espacios variables entre módulos. Es importante tener en cuenta que en la herramienta “Orientación” de PVSyst, la distancia es la medida entre el comienzo de una estructura y el comienzo de otra, y no la distancia (o corredor) entre las filas. Siempre debemos recordar esto, ya que esta medida puede causar cierta confusión.

Interpretemos las figuras anteriores. Primero mire la Figura 6, en la que las filas están separadas 5 metros. La pendiente es la misma en ambos casos, pero en la Figura 6 vemos una gran pérdida del 6,8%. Esta pérdida se muestra en el gráfico, indicada como la distancia entre las líneas verde y negra.

Si consideramos la línea naranja (efecto eléctrico) la pérdida es aún mayor. Definitivamente no es una buena opción mantener los módulos fotovoltaicos inclinados en este ángulo (30 grados, en el ejemplo) tan juntos. Ahora veamos la Figura 7, en la que mantenemos el ángulo de 30 grados, pero con mayor espaciado.

El hecho de espaciar los módulos (en el mismo ángulo) reduce el efecto de sombras entre ellos. Vemos que las líneas negra y naranja casi se superponen y se acercan a la línea verde. Y la pérdida es sólo del 2,2%. Es decir, en esta geometría elegida se pierde un 2,2% de la energía captada respecto a una situación en la que los módulos estarían todos en la misma superficie, no organizados en filas, con la misma inclinación de 30 grados.

Regla general para el proyecto.

Al analizar una estructura tipo cobertizo en PVSyst, se deben utilizar dos enfoques:

1. Para una pendiente determinada, se debe elegir la distancia que proporcione la menor pérdida;
2. Para una distancia determinada entre las casetas, se debe elegir el ángulo que proporcione la menor pérdida.

En los dos casos anteriores, la regla general es buscar siempre, durante el análisis gráfico, colocar la bola violeta encima de las líneas negra y naranja. Lo ideal es que las líneas negra y naranja estén muy juntas o incluso superpuestas.

Al colocar la bola violeta encima de la línea negra (o naranja, si se superponen), el diseñador puede encontrar la mejor inclinación de los módulos para ese proyecto, considerando ya el efecto de sombras causado entre las diferentes filas. Mire más de cerca la Figura 8 para comprender la posición de la bola violeta.

En este ejemplo, los módulos están inclinados a 30 grados y la pérdida de sombreado es del 2,1%. La línea negra no aparece porque está superpuesta con la línea naranja. Esto normalmente sucede cuando el espacio entre las filas es lo suficientemente grande como para que el efecto eléctrico de las sombras sea insignificante.

Leyendo el gráfico de la Figura 8, vemos que el mejor ángulo de instalación, considerando que la distancia entre las filas se mantiene sin cambios, sería de aproximadamente 20 grados. Este punto corresponde a la parte superior de las líneas negra y naranja.

En el mismo ejemplo, manteniendo inalterada la distancia entre las casetas, optamos por una pendiente de 20 grados. El resultado se muestra en la Figura 9, donde vemos la bola violeta colocada encima de la línea naranja. En este caso tenemos la mejor inclinación posible para este proyecto, considerando la distancia entre casetas (o hileras) que eligió el diseñador.