Orientación e inclinación de placas solares

La orientación de las placas solares es la dirección respecto a los puntos cardinales para maximizar la captación solar. Se calcula determinando el ángulo óptimo que maximiza la exposición al sol. En el hemisferio norte, se orientan hacia el sur y en el hemisferio sur, hacia el norte. Una orientación incorrecta reduce la eficiencia, ya que los paneles no captan la máxima luz solar posible.

La inclinación de las placas es el ángulo que forman con la horizontal. Se calcula según la latitud del lugar, ajustando el ángulo de inclinación igual a la latitud. Por ejemplo, a una latitud de 30 grados, los módulos se inclinan a 30 grados.

El clima afecta la inclinación de las placas fotovoltaicas. En zonas con nieve, se inclinan más para evitar acumulación. En áreas lluviosas, una inclinación adecuada evita la acumulación de agua y suciedad, mejorando el rendimiento del sistema. En lugares con alta radiación solar el ángulo se ajusta para evitar el sobrecalentamiento y mantener la eficiencia.

¿Qué es la orientación de las placas solares?

La orientación de los paneles solares es la dirección en la que miran los paneles en relación con los puntos cardinales (norte, sur, este, oeste). En el hemisferio norte, la orientación óptima suele ser hacia el sur geográfico (no confundir con el sur magnético que marca una brújula) para maximizar la exposición al sol durante todo el día.

Una orientación adecuada es fundamental para maximizar la eficiencia y la producción de energía de los paneles solares. Los paneles orientados hacia el sur reciben más luz solar y directa, lo que aumenta la producción de electricidad de los paneles solares. Una mala orientación puede reducir significativamente el rendimiento general del sistema y la producción de energía.

¿Cómo se calcula la orientación de los paneles solares?

Para calcular la orientación óptima de las placas solares sigue los pasos listados a continuación.

1. Ubicación y latitud: La ubicación geográfica y la latitud influyen en la orientación óptima de los paneles solares. En España, esto se puede clasificar en diferentes zonas de irradiación (Zona 1, Zona 2, Zona 3, Zona 4 y Zona 5), que influyen en la cantidad de energía solar que se puede aprovechar.
2. Zonas de irradiación en España: España está dividida en varias zonas de irradiación que influyen en el potencial de energía solar. La irradiación solar anual de algunas de las principales ciudades españolas, se muestra a continuación.

   Ciudad	Zona	Latitud	Irradiación Anual (kWh/m²/año)
   Madrid	III	40°N	1,531 - 1,683
   Barcelona	II	41°N	1,389 - 1,531
   Sevilla	V	37°N	> 1,825
   Valencia	III	39°N	1,531 - 1,683
   Bilbao	II	43°N	1,389 - 1,531
   Málaga	IV	36.7°N	1,683 - 1,825
   Zaragoza	III	41.6°N	1,531 - 1,683

   

3. Orientación Óptima: En España, los paneles deben estar orientados idealmente hacia el sur para maximizar la exposición solar. En  caso de no poder orientar a Sur por limitaciones de la ubicación o estética, una desviación del Sur de hasta +15º / -15º ° al este u oeste del sur tiene un impacto mínimo en la producción anual que no suele superar el 5% de merma.
4. Variaciones Estacionales: La trayectoria del sol varía según la estación del año, siendo más alta en verano y más baja en invierno. Esto puede ser importante para algunos sistemas que necesiten más captación en una época del año concreto (como viviendas de vacaciones de verano por ejemplo).
5. Adaptarse a la orientación del tejado: La disposición del tejado en viviendas influye en la orientación de los paneles hacia el sol y debes adaptarte a ella. Evita las zonas sombreadas por árboles, edificios u otros obstáculos para garantizar la máxima captación de luz.

Para calcular una orientación óptima de los paneles solares para cada sistema fotovoltaico, dispones varias herramientas online que pueden ayudarte, como por ejemplo PVGIS.

La herramienta PVGIS proporciona datos sobre la radiación solar y ayuda a calcular la orientación e inclinación óptimas de los paneles para cualquier lugar del mundo.

¿Cómo varía el rendimiento de las placas solares según la orientación?

El rendimiento de los paneles solares depende en gran medida de su orientación, definida por el ángulo acimutal. El ángulo acimutal (Azimut) es el ángulo entre la dirección Sur del Sol en el hemisferio Norte, o Norte en el hemisferio Sur, y la dirección de orientación de los paneles solares.

Hay 5 orientaciones que influyen en la eficiencia y rendimiento de los paneles solares fotovoltaicos en España. Las orientaciones están listadas a continuación, ordenadas de mayor a menor eficiencia.

• Orientación Sur (0° Azimut): Las placas fotovoltaicas orientadas directamente al sur son óptimas para la producción de energía solar en España. Esta orientación garantiza que los módulos solares reciban la mayor cantidad de luz solar a lo largo del día, maximizando la generación de energía.
• Orientación Este-Oeste (90°/270° Azimut): La orientación este-oeste consiste en dividir los paneles para orientarlos en ambas direcciones. Esta configuración puede ser beneficiosa para distribuir la captación solar en tramos de mañana y tarde. Los paneles fotovoltaicos orientados de este a oeste producen entre un 5% y 15% menos de energía que los orientados al sur.
• Orientación Oeste (Azimut 270°): Las placas solares orientadas al oeste (azimut de 270°) captan más luz solar durante la tarde después del mediodía, lo que las hace útiles para hogares y empresas con un mayor consumo de energía a última hora del día. Las placas orientadas al oeste reducen su producción entre un 5% y un 15% respecto a la orientación Sur.
• Orientación Este (azimut 90°): Los paneles solares orientados al este (azimut de 90°) captan más luz solar por la mañana hasta el mediodía. Esta orientación es beneficiosa para los hogares y empresas que tengan mayor consumo de energía por las mañanas. Los paneles orientados al oeste reducen su producción un 5% o 15% respecto a la orientación Sur.
• Orientación Norte (0° Azimut): En el hemisferio norte, los paneles orientados al norte (0° azimut) son los menos eficientes, ya que no reciben luz solar directa a lo largo del día, únicamente difusa y albedo según el caso. Los paneles orientados al norte producen entre el 50% y el 60% menos que la producción de los orientados al sur.

¿Cómo afectan las sombras la orientación?

Al hacer la planificación de la orientación hay que tener muy en cuenta que no se proyecten sombras sobre las placas solares. Las sombras provocan pérdida de rendimiento de todo el sistema fotovoltaico y potencialmente puntos calientes (hot-spots).

El impacto de las sombras en los paneles solares varía según la hora del día y la estación. Las sombras son más largas en invierno debido al menor ángulo del sol, lo que afecta más al rendimiento de los paneles que en verano, cuando el sol está más alto.

La orientación sur de los módulos fotovoltaicos minimiza la duración y el impacto de las sombras, especialmente durante las horas de mayor radiación solar, en torno al mediodía solar. Si la instalación orientada al sur no es factible debido al sombreado o al diseño del tejado, se pueden valorar orientaciones este-oeste.

Si no se puede evitar la sombra de estructuras o árboles cercanos, en la instalación es fundamental tener en cuenta las horas y estaciones concretas en las que las sombras incidirán sobre los paneles. Por ejemplo, agrupar los módulos sombreados por separado en cadenas paralelas puede ayudar a mitigar la pérdida de rendimiento. Simular patrones de sombreado a lo largo del año con herramientas como PVGIS permite diseñar el sistema minimizando el impacto de las sombras.

¿Qué es la inclinación de las placas solares?

La inclinación de los paneles solares es el ángulo que se forma entre el plano del panel solar y el suelo horizontal. Se determina en función de la latitud del lugar geográfico de la instalación. En España la inclinación óptima varía entre los 20º y los 40º.

Este ángulo determina la perpendicularidad de la superficie del panel con respecto a la luz solar entrante, lo que influye directamente en la cantidad de energía solar que puede captar el panel y en la producción de energía.

Una inclinación adecuada hace que los paneles reciban luz solar directa durante más horas al día, lo que mejora la eficiencia y producción de energía de un sistema fotovoltaico.

¿Cómo se calcula la inclinación de los paneles solares?

Hay 2 formas de calcular la inclinación de los paneles solares, utilizando la latitud del lugar, y con fórmulas anuales genéricas como 3,1 + (0,76 x Latitud).

Por ejemplo, si van a instalar paneles solares en Madrid (España), que se encuentra aproximadamente a 40° de latitud norte, el ángulo de inclinación óptimo sería entre 33,4º y 40°.

 Cálculo de inclinación óptima con fórmula genérica anual:

Ángulo de inclinación óptimo genérico = 3,1 + (0,76 x Latitud) = 3,1 + (0,76 x 40) = 33,4º

Cálculo de inclinación básico para todo el año por criterio de Latitud:

Ángulo de inclinación óptimo =  Latitud del Lugar = 40°

¿Cómo afecta el clima a la inclinación de las placas solares?

La inclinación de las placas solares se ajusta según las condiciones climáticas predominantes en una región específica donde se realiza la instalación para maximizar la captación de energía solar.

La latitud del lugar es un factor determinante, y en general, se recomienda que la inclinación del panel sea igual a la latitud del lugar. La estación del año también influye en la inclinación óptima. En verano, reducir la inclinación ayuda a capturar el sol más alto en el cielo, mientras que en invierno aumentar la inclinación es beneficioso para captar el sol más bajo.

Las condiciones meteorológicas, como la nubosidad y las temperaturas frescas, influyen en la inclinación de las placas solares. Aumentar ligeramente la inclinación maximiza la captación de luz difusa en climas con días nublados frecuentes. En regiones con nevadas frecuentes, una mayor inclinación ayuda a que la nieve se deslice del panel, evitando bloqueos y acumulación de peso. En zonas lluviosas, la inclinación facilita la evacuación del agua y previene la acumulación de suciedad.

En áreas con vientos fuertes, una inclinación más baja reduce la resistencia al viento y el riesgo de daños estructurales. La inclinación se reduce para capturar la máxima cantidad de radiación solar directa en zonas áridas y soleadas. En áreas con mucho polvo, una mayor inclinación facilita que el polvo se deslice y no se acumule tanto, mejorando la eficiencia y reduciendo la frecuencia de limpieza.

Un ángulo de inclinación óptimo minimiza las sombras proyectadas por objetos cercanos, que afectan negativamente  a la producción de energía de los paneles solares.

¿Cuál es la inclinación óptima de las placas solares según la estación?

La inclinación óptima de las placas solares varía en función de las necesidades energéticas estacionales. Mientras hay sistemas que requieren una generación anual constante, otros necesitan mayor generación en invierno o en verano.

Para optimizar la captación de energía, el ángulo de inclinación puede ajustarse estacionalmente. Para ello, podemos tomar en cuenta el siguiente procedimiento de cálculo.

• Mayor captación en Invierno: Aumentar el ángulo de inclinación en 15° para captar el ángulo inferior del sol en invierno.
• Mayor captación Verano: Disminuir el ángulo de inclinación en 15° para captar el ángulo más alto del sol en verano.

Por ejemplo, para una instalación fotovoltaica en Madrid (España), cuya latitud es de 40º Norte, los cálculos posibles serían los siguientes. 

Cálculo de inclinación para mayor captación en invierno:

Ángulo de inclinación óptimo Invierno =  Latitud del Lugar + 15º =  55° 

Cálculo de inclinación para mayor captación en verano:

Ángulo de inclinación óptimo verano =  Latitud del Lugar - 15º =  35°

¿Cuál es la inclinación óptima de las placas solares según la latitud?

La inclinación óptima varía proporcionalmente a la latitud y, por consecuencia, al hemisferio donde se encuentre el país.

Teniendo en cuenta las fórmulas de ángulo de inclinación óptimo genérico = 3,1 + (0,76 x Latitud) para el hemisferio Norte, y ángulo de inclinación óptimo genérico = (0,76 x Latitud) - 3,1 para el hemisferio Sur, tenemos la siguiente tabla de ejemplo con inclinaciones medias óptimas por países.

¿Cuál es la inclinación óptima de las placas solares en las diferentes zonas de España?

Tomando como base de cálculo medio la fórmula de Ángulo de inclinación óptimo genérico = 3,1 + (0,76 x Latitud) para el hemisferio Norte, tenemos la siguiente tabla con los grados de inclinación óptimos medios para cada provincia Española.

¿Cómo la inclinación de las placas solares influye en su limpieza?

La inclinación de las placas solares fotovoltaicas favorece su limpieza porque facilita el drenaje del agua que arrastra la suciedad depositada sobre los paneles, ayudando a mejorar el rendimiento y las labores de mantenimiento.

Los paneles instalados en ángulos más pronunciados (por ejemplo, el de la latitud del lugar) facilitan una mejor evacuación del agua de lluvia. La lluvia limpia de forma natural la superficie arrastrando el polvo, la suciedad, los excrementos de pájaros y otros residuos, manteniendo la eficiencia de los paneles. También favorecen que resbale la nieve y que no se acumule sobre los paneles. Los paneles con ángulos más pronunciados sufren menos daños por efectos del granizo.