Orientación e Inclinación de las placas solares

La inclinación y la orientación de las placas solares es un factor fundamental a la hora de optimizar la captación de energía solar en una instalación fotovoltaica. Determinar el ángulo apropiado para la latitud donde se encuentre ubicado el sistema fotovoltaico es uno de los primeros pasos que debemos abordar con cualquier diseño fotovoltaico.

Irradiancia en superficies inclinadas:

La radiación solar que llega a las placas solares colocadas perpendicularmente a la dirección de propagación de la radiación solar, será siempre mayor que si esa misma placa se coloca con un ángulo diferente a ese óptimo perpendicular a la radiación.

Al variar el azimut y la altura solar a lo largo del día y del año, el ángulo de inclinación de placas solares óptimo en una superficie dada no es siempre constante, pues como decimos, varía a lo largo de cada hora del día y a lo largo de cada día del año.

Lo vemos más claramente en la siguiente imagen donde se ha resaltado el ángulo de inclinación y el azimut:

Orientación de las placas solares:

No solo la inclinación, sino también hacia dónde se orientan las placas solares, o dicho de otro modo, su desviación respecto al Sur (que se define cómo azimut) afectarán en mayor o menor medida a la generación de energía.

Por tanto, la situación ideal sería colocar las placas solares de la instalación fotovoltaica en una estructura cuya inclinación y orientación se fuera adaptando progresivamente a cada hora del día y a cada día del año para poder estar siempre perpendicular a la radiación solar incidente.

Esto suele lograrse con sistemas tipo seguidor solar de uno o dos ejes, que, como su nombre ya indica, realizan un trabajo de seguimiento del punto óptimo de inclinación en cada momento.

Sin embargo, debido a que los seguidores solares tienen un mantenimiento elevado, son muy caros, y que solamente son utilizados en grandes huertos solares sobre suelo.

Lo más habitual en instalaciones fotovoltaicas de conexión a red o de autoconsumo fotovoltaico es utilizar algún tipo de soportes de aluminio, o estructura paneles solares de montaje fija, con un ángulo de inclinación fijo.

Como muestra de como afecta la variación de inclinación de las placas solares en relación a la irradiancia recibida, y por tanto en la mayor o menor energía que podrá generar a partir de esa irradiancia, se muestra un ejemplo de gráfico para una instalación fotovoltaica en España en donde se ha calculado la radiación solar recibida durante un año sobre una placa solar dependiendo del azimut y del ángulo de inclinación como porcentaje respecto del máximo:

Se puede apreciar claramente lo que hemos comentado a lo largo del artículo, como también que hay una región (resaltada en oscuro) donde la irradiancia recibida es casi idéntica aunque la inclinación no sea óptima.

Es decir, ligeras desviaciones en el ángulo de inclinación y azimut no afectan casi a la irradiancia recibida.

Esto también lo puedes comprobar si utilizas la herramienta de cálculo online PVGIS. Ahí podrás introducir los datos y ver como varía la producción de energía en función de parámetros que puedes modificar como la orientación e inclinación.

Inclinación de los paneles solares:

Otro de los aspectos fundamentales en el diseño de un sistema fotovoltaico es determinar el ángulo de inclinación óptimo.

¿Qué es el ángulo de inclinación de los paneles solares?

Cuando hablamos de ángulo de inclinación, se refiere al ángulo que forman el plano donde se colocarán los paneles y el superficie captadora de los paneles. En la figura, va indicada como beta.

 

Para determinar la inclinación óptima de los paneles solares nos podríamos encontrar con diferentes opciones.

Una posible opción es que los paneles se vayan a colocar en el tejado existente de un edificio o vivienda. Este tejado tendrá una determinada inclinación y orientación y la colocación de los paneles se tendría que ajustar a dicho tejado y, por tanto, a no ser que la inclinación y orientación estén muy desviados a lo óptimo, la inclinación y orientación sería la del propio tejado.

Supongamos, sin embargo, que se nos presenta la opción de situar los módulos fotovoltaicos en aquella posición que sea más favorable para optimizar el funcionamiento del sistema. Ésto suele ocurrir en tejados industriales planos o en huertas solares, donde casi no hay limitación de espacio ni de impacto visual negativo. En estos casos la orientación óptima para optimizar el sistema será la dirección sur, y para calcular la inclinación óptima se buscará aquella que maximice la producción para los meses dónde haya mayor consumo.

Al final, lo que se busca es que los paneles reciban la mayor parte del tiempo durante el año la radiación solar lo más perpendicular posible sin comprometer el impacto visual del sistema fotovoltaico, cuando lo haya. De este modo la producción será mayor.

¿Cuál es el ángulo de inclinación recomendado?

Como norma, la el ángulo de inclinación óptimo viene determinado por la latitud del lugar. Es decir, en España por ejemplo, podríamos hablar de que la inclinación sería de entre 20 a 40º grados, dependiendo si el sistema fotovoltaico se coloca en el Sur o en el Norte de España respectivamente.

Si, por ejemplo, hablamos de un sistema fotovoltaico en el Ecuador, la inclinación recomendada sería entre 0-5º. Aunque cero grados no es lo óptimo, por que se provocaría acumulación de suciedad, por ello, mínimo esos 5º en zonas ecuatoriales.

Esto quiere decir que, un ángulo de inclinación de 30º grados sería un criterio bastante estandarizado para España.

Además, hay que tener en cuenta que las estructuras de soporte para paneles solares rara vez tienen más de 30º de inclinación por qué para ángulos superiores los paneles soportan mucha presión de viento y puede provocar accidentes.

Pero también hay matices, como por ejemplo, si la inclinación es menor de la óptima, la producción será mayor en verano (cuando los rayos del sol son más perpendiculares) y será menor en invierno. Y viceversa.

Por otro lado, siempre hay que valorar el impacto visual, pues en la mayoría de los casos, sobre todo en viviendas, aunque el tejado no tenga la inclinación perfecta no vale la pena colocar un soporte para elevar los paneles. Esto provocaría un impacto visual muy negativo, y una diferencia de 10-15º de inclinación, casi no tiene impacto apreciable anual en la producción.

Casos especiales:

Debes recordar que, por ejemplo para sistemas fotovoltaicos de autoconsumo, se busca una producción anual. Sin embargo, puede haber casos que por requerimientos del propietario, se precise de mayor producción en verano o en invierno. En esos casos, habrá que diseñar la inclinación para maximizar la producción en esas épocas del año.

Si se se necesita mayor producción en verano, la inclinación será a menos grados que la latitud del lugar (unos 10 o 15º grados de inclinación menos), si se necesita más producción en invierno, la inclinación será mayor a la latitud (unos 10 o 15º grados de inclinación más).

Conclusiones:

A la vista queda que los ángulos de inclinación en placas solares, así como su orientación azimut (desviación respecto al sur) son fundamentales a la hora de un buen diseño de sistemas fotovoltaicos, pues afectarán directamente al rendimiento y captación de energía solar de la instalación.

Bien es cierto que no es necesario cumplir con una inclinación y orientación única y estricta, pues cómo hemos visto, ligeras desviaciones no tienen prácticamente incidencia en la captación y, para casos como España, un ángulo de inclinación de 30º grados es lo más estandarizado.

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