La energía solar ofrece muchos beneficios en la generación de electricidad. Tiene cero costos de combustible crudo, suministro ilimitado y no tiene problemas ambientales como transporte, almacenamiento o contaminación. La energía solar está disponible en todas partes, incluso en la luna. Pero para aprovechar al máximo un panel solar o una matriz solar, es necesario apuntar o “apuntar” directamente a la energía radiante del sol. De hecho, como sabemos, cuanto mayor es la superficie expuesta a la luz solar directa, mayor es el rendimiento del panel, pero aquí radica el problema. Entonces, ¿cuál es la mejor orientación de los paneles fotovoltaicos ?
El panel solar fotovoltaico puede estar perfectamente alineado para recibir la energía del sol, sin embargo es un objeto fijo. Sin embargo, el sol no está en una posición estacionaria y cambia constantemente su posición en el cielo en relación con la tierra desde la mañana hasta la tarde. Esto dificulta la orientación correcta del panel solar.
Por lo que el reto para obtener el máximo beneficio de la energía solar gratuita es asegurar la correcta orientación del panel solar fotovoltaico. Esto debe hacerse con respecto a la luz solar directa proveniente del sol en cualquier momento del día. Además de la orientación del panel solar, también son importantes la cantidad de horas de luz solar por día que recibe el panel solar y la intensidad.
Diferencias en las orientaciones entre invierno y verano
Por ejemplo, cuando el sol está más bajo en el cielo durante los meses de invierno, la orientación de los paneles solares debe ser más vertical . Esto se debe a que la radiación solar atraviesa una mayor parte de la atmósfera para llegar al panel solar. Por tanto, su intensidad se ve reducida por el efecto de dispersión y absorción de la atmósfera y las nubes. En los meses de verano, cuando el sol está más alto en el cielo, la radiación solar es más directa y por lo tanto más fuerte ya que tiene una distancia más corta para viajar a través de la atmósfera terrestre. Entonces la orientación del panel solar es más horizontal .
Orientación azimutal y cenital del panel solar
Los módulos y paneles solares fotovoltaicos funcionan mejor cuando su superficie absorbente es perpendicular a la luz solar entrante. La posición del sol en el cielo se puede trazar usando dos ángulos, azimut y cenit. El ángulo de orientación del panel solar se basa en estos dos valores.
Orientación acimutal del panel solar
Acimut: este es el ángulo del sol a medida que se mueve por el cielo de este a oeste a lo largo del día. Generalmente, el acimut se calcula como un ángulo desde el sur verdadero. En el mediodía solar, que se define como un ángulo de azimut de cero grados, por lo que Azimut = 0 °, el sol estará orientado hacia el sur en el hemisferio norte y hacia el norte en el hemisferio sur.
Los ángulos de azimut solar al este del sur son de naturaleza negativa, y el este tiene un ángulo de azimut de -90 °. Los ángulos de azimut solar al oeste del sur son de naturaleza positiva, y el oeste tiene un ángulo de azimut de + 90 °. Sin embargo, en general, el ángulo de acimut requerido para la orientación correcta del panel solar varía según la latitud y la época del año.
Orientación cenital del panel solar
Cenit: este es el ángulo del sol mirando hacia arriba desde el nivel del suelo o el horizonte. El ángulo cenital del sol varía a lo largo del día en forma de arco y el sol alcanza su máxima elevación (también llamada altitud solar) alrededor del mediodía. La elevación del sol se define como 0 ° al amanecer y al atardecer y 90 ° al mediodía cuando el sol está directamente sobre la cabeza.
Sin embargo, la elevación del sol al mediodía es diferente entre el solsticio de verano y el solsticio de invierno, que representan los días más largos y más cortos del año.
La elevación solar y el acimut durante un año completo se pueden trazar en un gráfico solar. Una carta solar te permite localizar la posición del sol en cualquier momento del día, durante cualquier mes y para cualquier ubicación, facilitando mucho la orientación del panel solar. Los gráficos solares o los diagramas de la trayectoria solar se pueden comprar, descargar de Internet o construir usando papel cuadriculado para cualquier ubicación en la superficie de la tierra usando el mismo principio que el reloj de sol en el jardín.
Orientación e inclinación del panel solar
Entonces podemos ver que además de moverse en el cielo (azimut solar), el sol también se mueve hacia arriba y hacia abajo (cenit solar) durante todo el año. Esto dificulta proporcionar una orientación fija del panel solar. Para una conversión máxima de la luz solar en electricidad solar, los paneles solares deben montarse en ángulo para que puedan apuntar directamente al sol.
Dependiendo de cómo se monte el panel, se puede mantener en un ángulo permanente o ajustar durante todo el año para aprovechar al máximo la energía solar. El ajuste de un sistema solar fotovoltaico de montaje estático puede generar entre un 10 % y un 40 % más de potencia de salida por año , lo que marca una diferencia considerable en el tiempo de recarga de la batería.
Orientación del panel solar.
La orientación del panel solar se refiere a nuestra configuración de azimut. La mayor parte de la energía del sol viene en línea recta. Un panel solar o matriz solar capturará más energía si está orientado directamente hacia el sol, perpendicular a la línea recta entre la ubicación de instalación de los paneles y el sol.
Por lo tanto, debemos tener el panel solar orientado hacia el ecuador de la Tierra (hacia el sur en el hemisferio norte o hacia el norte en el hemisferio sur). Esto es para que durante el día su orientación permita que el panel capte la mayor cantidad de radiación solar posible.
Hay varias formas de lograr la orientación requerida del panel solar. Podríamos simplemente apuntar el panel fotovoltaico o la matriz hacia el sur o el norte usando una brújula, encontrar el ángulo central entre los ajustes de azimut de verano e invierno, o posicionar con mayor precisión los paneles en relación con el mediodía solar central.
El mediodía solar se refiere a la posición más alta del sol a medida que se arquea en el cielo. Generalmente el mediodía solar ocurre entre las 12:00 y las 14:00 dependiendo de la ubicación.
Cuidado con las sombras
Es muy importante al colocar y alinear un panel solar que ninguna parte quede a la sombra del sol. Esto se debe a que necesitamos 100% de radiación solar a través del panel. Revisar los elementos que rodean al panel o matriz (árboles, edificios, muros, otros paneles, etc.). Esto es para asegurarse de que no proyecten una sombra sobre los paneles en ningún momento del día o del año.
Inclinación del panel solar
La inclinación del panel solar se refiere a nuestra configuración de cenit o elevación. Una vez que se ha encontrado la mejor posición de azimut, el siguiente parámetro clave para producir la mayor parte de la electricidad solar es la elevación del panel fotovoltaico.
Para una instalación solar fija, es preferible que los paneles fotovoltaicos se instalen con un ángulo de inclinación centralizado que represente el equinoccio de primavera, o el equinoccio de otoño.
Sin embargo, esta orientación de inclinación no es tan crítica con respecto a la orientación de los paneles solares. Esto se debe a que, incluso con un ángulo de inclinación de casi 45 grados respecto a los rayos del sol, seguirán recibiendo más del 75 por ciento de la energía por unidad de área.
Por lo que una desalineación de hasta 15° positiva o negativa hace muy poca diferencia para un panel fotovoltaico. Idealmente, los paneles solares deben colocarse donde reciban la mayor cantidad de luz solar posible, en promedio a lo largo del día y durante el transcurso del año.
¿Optimizar un mes o una temporada?
La orientación y la inclinación del panel solar también se pueden optimizar para un mes o estación del año en particular. Por ejemplo, un sistema de energía solar podría diseñarse para producir la máxima potencia de salida solo en los meses de invierno. Esto es para reducir los costos pico de electricidad, por lo tanto, el sistema debe instalarse de modo que la orientación y la inclinación óptimas del panel solar se produzcan para obtener la máxima potencia de salida en invierno.
Uno de los sistemas de energía solar fijos más populares consiste en montar un panel fotovoltaico directamente en un techo inclinado. Se permite un ajuste mínimo tanto de la orientación del panel solar como de la inclinación. La optimización de la energía suministrada por un sistema solar doméstico es deseable tanto para aumentar la eficiencia de los paneles solares como para reducir el tiempo de amortización.
el seguimiento solar
Para maximizar la energía entregada por los paneles solares, necesitamos mantener los paneles perfectamente alineados con el sol. Como tal, se requiere un medio para seguir el sol en el cielo, y un panel fotovoltaico o matriz fotovoltaica con capacidad de seguimiento producirá aproximadamente un 25-30 % más de energía al año que uno montado en un techo en una ubicación fija. El seguimiento solar también puede reducir la cantidad de paneles fotovoltaicos necesarios al aumentar la eficiencia de conversión.
El seguimiento de la posición del sol para exponer un panel solar a la máxima radiación en un momento dado es el objetivo principal de un sistema fotovoltaico de seguimiento solar que proporciona la mejor orientación del panel solar en cualquier momento del día. Un sistema de seguimiento solar puede seguir el movimiento del sol en el cielo desde el amanecer hasta el atardecer creando una potencia óptima durante un período más largo y también puede adaptarse a los cambios estacionales en la dirección del sol.
El sistema ideal
La disposición de seguimiento solar ideal para un panel solar sería una montura ecuatorial motorizada, similar a las que se utilizan con telescopios sofisticados o antenas parabólicas. Esto permitiría que el panel fotovoltaico siguiera la trayectoria de rotación del sol todo el día, todos los días del año dándole la mejor orientación del panel solar y generando la máxima potencia de salida posible.
Sin embargo, estos grandes sistemas de seguimiento motorizados no son prácticos para la mayoría de las personas y el costo sería prohibitivo para paneles grandes o arreglos de paneles múltiples. Además, los seguidores solares no se pueden usar en una instalación en la azotea, ya que deben montarse en el suelo y tener suficiente espacio alrededor del panel para permitir que gire. Lo mejor de todo es un solo soporte de almohadilla que le permite orientar e inclinar manualmente el panel todo el día si es necesario.
Los seguidores solares disponibles comercialmente incluyen seguimiento de un solo eje que sigue al sol a través del cielo durante cada día en un ángulo de inclinación constante y fijo. Esto aumenta la radiación solar recibida hasta en un 25-30 % en comparación con la detección perdida. El seguimiento de doble eje rastrea el sol en el cielo durante cada día, pero también ajusta el ángulo de inclinación de la matriz más en invierno y menos en verano para identificar la posición del sol en el cielo. El seguimiento de doble eje aumenta la radiación solar recibida hasta en un 33-38 % en comparación con el no seguimiento. Las ubicaciones más soleadas se benefician más del seguimiento de doble eje.
