Cómo optimizar el rendimiento de una placa solar

El origen de la primera célula fotovoltaica se remonta al siglo XIX, en concreto al año 1883. Está primera célula contaba con una eficiencia del 1%. Setenta años después, en la década de los 50 surgió la primera célula solar comercial que lograba una conversión del 6%. Durante los siguientes años las investigaciones continuaron y en los años 90 se llegó a una eficiencia del 20%. Este crecimiento ha seguido a muy buen ritmo en el siglo XXI, alcanzando conversiones del 30% a nivel comercial y del 45% en aplicaciones espaciales.

Esta sustancial mejoría en la generación de energía de las placas solares junto a la mayor concienciación de gran parte de la población mundial por el uso de las energías renovables, ha logrado que la energía solar sea cada vez más común en la arquitectura. Aquí en España el CTE (Código Técnico de la Edificación) implantó la contribución solar mínima para edificaciones nuevas y rehabilitaciones en todo el territorio español. Aunque está normativa nos permite colocar placas termosolares (calientan agua pero no generan energía) en lugar de fotovoltaicas, es un importante paso en el buen camino y no dudamos de que en los próximos años la normativa será mucho más exigente con estos temas.

Ahora que la energía solar es algo común, algo que encontramos con facilidad tanto en viviendas pequeñas como grandes edificios y que cada vez hay más empresas fabricando paneles fotovoltaicos, debemos saber que el rendimiento de estas instalaciones depende de múltiples factores. Siempre que vayamos a realizar una instalación de este tipo debemos contar con un profesional o técnico especializado en la materia al que, al menos, podamos consultarle sobre los siguientes puntos:

 

El tipo de panel solar

Es el primer factor que debemos estudiar y también es el más importante. Lo primero de todo es que si queremos tener una instalación solar fiable nos fijemos que en los paneles que compremos estén los sellos de certificación de algún organismo acreditado en la materia. Partiendo de que estamos comprando los paneles a una empresa fiable entonces debemos fijarnos en su potencia pico (Wp). Esta potencia dependerá de dos factores, el número de células y de si el panel es monocristalino, mejor rendimiento pero precio elevado, o policristalino, peor rendimiento pero precios más ajustados. Por número de células podemos encontrarnos paneles de 32 (~150 Wp), 60 (~300 Wp) o 72 (~350 Wp).

Aunque los paneles solares de células fotovoltaicas monocristalinas ofrecen rendimientos superiores a las policristalinas, la mayoría de instalaciones se hacen con estas últimas debido a su diferencia de precio. En cuanto al número de células lo más habitual son los paneles de 72 células con potencias de entre 320 y 330 W. Esta resulta ser la combinación que ofrece el mejor rendimiento en relación a su precio, pero si el precio no es problema y, en cambio, sí lo es la falta de espacio en cubierta, entonces podemos recurrir a paneles de menos células y monocristalinos.

Como curiosidad, los paneles monocristalinos tienen un color azulado muy característico que los distingue claramente del color casi negro de los paneles policristalinos.

 

La inclinación y orientación de los paneles

Una vez elegido el panel que vamos a colocar llegamos al punto más importante para sacar la mayor partida a nuestra instalación solar, el posicionamiento de las placas. El objetivo aquí es muy sencillo, cuanta más radiación solar puedan captar los paneles, mejor. Aunque esto puede sonar sencillo aparentemente, si lo que buscamos es un rendimiento óptimo de los paneles solares debemos conocer perfectamente las condiciones climáticas y de soleamiento del lugar donde se va a realizar la instalación.

En general, podemos asumir que en el hemisferio sur los paneles deben mirar al norte y en el hemisferio norte deben mirar al sur. Por lo tanto, en el caso de Madrid nos interesa colocar las placas orientadas al sur, aún así, es recomendable consultar los datos de radiación solar de una ciudad según la orientación antes de confiarnos e ir a lo que asumimos que es obvio. Si no podemos colocar el panel exactamente en la orientación necesaria y nos desviamos unos grados hacia el este o el oeste, no debemos preocuparnos ya que la diferencia es casi despreciable (entre un 1 y un 3% menos de captación). Si, en cambio, colocamos los paneles directamente a este u oeste podemos perder el 30% de la captación y, obviamente, si colocamos el panel en la orientación opuesta a la que deberíamos podemos llegar al 100% de pérdida del rendimiento.  

Obtener la orientación óptima es muy sencillo pero saber cómo debemos inclinar los paneles solares en cada caso es bastante más complejo. Para hacerlo lo más sencillo posible de entender lo explicaremos por puntos:

  • Los paneles fotovoltaicos generan más electricidad si los rayos solares inciden perpendicularmente al panel. Si no llegan perpendiculares una parte de esa energía se reflejará.

  • El Sol varía su altura a lo largo del año. Siendo el solsticio de verano el día de mayor altura y el solsticio de invierno el de menor altura.

  • La altura del Sol (y, a su vez, la inclinación con la que inciden los rayos solares) en cada punto del mundo depende de la latitud. En Madrid, por ejemplo, la latitud es de 40,4º.

  • La altura máxima del Sol se calcula: 90º + 23º - (latitud). Para Madrid es 72,6º.

  • La altura mínima del Sol se calcula: 90º - 23º - (latitud). Para Madrid es 26,6º.

  • Si queremos obtener energía de los paneles a lo largo de todo el año los colocaremos con una inclinación igual a la latitud. 40,4º en Madrid.

  • Si buscamos un mayor aprovechamiento energético en verano la inclinación deberá ser menor que la latitud, sin llegar a pasarnos del mínimo que viene marcado por el solsticio de verano (90º - altura máxima del Sol). Entre 17,4º y 40,4º en Madrid.

  • Si buscamos un mayor aprovechamiento energético en invierno la inclinación deberá ser mayor que la latitud, sin llegar a pasarnos del máximo que viene marcado por el solsticio de invierno (90º - altura mínima del Sol). Entre 40,4º y 63,4º en Madrid.

Por regla general, colocaremos los paneles con una inclinación similar a la latitud del lugar en el que estemos realizando la instalación. Esto quiere decir que, en el ecuador los paneles deberían estar planos y en los polos los deberíamos inclinar 90º.

 

Evitar sombreamientos

Esto suena bastante obvio y razonable, si queremos que nuestro panel reciba toda la radiación posible debemos evitar por completo las posibles sombras arrojadas de elementos cercanos. Como todo el mundo llega fácilmente a este razonamiento, la grandísima mayoría de instalaciones solares fotovoltaicas se sitúan en las cubiertas y tejados de los edificios. Y, por supuesto, colocar los paneles lo más alto posible para evitar sombras tiene todo el sentido del mundo, el problema está en que muchos instaladores se limitan a subir los paneles a la cubierta sin estudiar ni pensar en otras posibles sombras que pueden arruinar el rendimiento de nuestra instalación. Hay una serie de elementos muy habituales a esas alturas que nos puedan dar problemas, los más típicos son las chimeneas y las antenas. Para optimizar una instalación solar, es conveniente estudiar el sombreamiento que van a ejercer estos elementos sobre la cubierta del edificio para buscar el mejor sitio para los paneles. De forma similar, debemos tener mucho cuidado con el crecimiento de los árboles y realizar las podas necesarias para evitar las sombras sobre las placas solares.

Aunque pensemos que un poco de sombra sobre una de las células no va a tener un efecto notable en el rendimiento total del panel, debemos tener en cuenta que las células están unidas en serie. Esto quiere decir que, por ejemplo, en un panel de 72 células formado por 6 columnas de 12 células cada una,  al sombrear una sola célula dejamos de recibir energía de la columna al completo, por lo que la pérdida de rendimiento es mayor de lo que cabría esperar de una pequeña sombra.

Adicionalmente, todo el mundo sabe que en un día nublado el panel capta menos radiación y, por lo tanto, produce menos energía (entre un 10 y un 15% de lo producido en un día soleado), pero lo que no sabe tanta gente es que las altas temperaturas también pueden perjudicar el rendimiento. En concreto, cuando los paneles sobrepasan los 25º (algo extremadamente fácil en climas como el de Madrid) empiezan a reducir la producción eléctrica, pudiendo notar pérdidas de entre el 10 y el 25%.

 

Mantener los paneles limpios

Ya hemos comprado el panel solar perfecto, lo hemos instalado con su orientación e inclinación óptimas y nos hemos asegurado de que ningún elemento va a arrojar sombra sobre nuestra instalación y, al cabo de unos meses, sin saber el porqué el rendimiento de los paneles ha bajado y estamos generando menos energía de lo habitual. Esto, muy probablemente, se deba a la acumulación de polvo y suciedad sobre los paneles solares. Aunque este factor varía enormemente dependiendo de donde se encuentren las placas solares, nunca debemos ignorarlo por completo.

Es posible que al colocar tus paneles solares, el instalador te haya comentado que no necesitan ningún tipo de mantenimiento, que gracias a su inclinación y a las lluvias intermitentes los paneles se limpian solos. Puede que esa afirmación sea cierta en algún lugar del mundo, pero en la gran mayoría de países es conveniente limpiar nuestras placas solares al menos una vez al año. Si prefieres dejarle a la madre naturaleza la limpieza de tus placas entonces piensa por un momento en el parabrisas de tu coche, al igual que los paneles solares es un vidrio inclinado y expuesto a la intemperie (siempre y cuando no tengamos un garaje cubierto) y, muy raro sería, encontrarse un parabrisas perfectamente transparente que no ha sido lavado o limpiado a propósito y no gracias a la lluvia.

 

La solución fácil

Si todo esto de las orientaciones, inclinaciones, sombreamientos y limpiezas te parece muy complicado y quieres sacar el máximo rendimiento posible de una instalación solar, entonces puedes optar por instalar un girasol solar. Este sistema funciona como la planta que le da nombre, ya que los paneles solares que lo componen van girando y orientándose según la posición del Sol de forma que la captación solar es siempre óptima. Estos “girasoles” no se instalan sobre las cubiertas, como es habitual en el resto de paneles, sino que suelen ir a nivel del suelo en un patio o jardín.

El modelo de girasol más comercializado en España es el Smartflower, procedente de Austria. Este sistema puede generar hasta un 40% más de energía que la misma superficie de placas solares con la orientación e inclinación perfecta. Además cuenta con un sistema automático de limpieza que funciona por las noches cuando los pétalos se cierran y un sistema de refrigeración para reducir las pérdidas por exceso de temperatura.

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Todo esto tiene, por supuesto, un coste que cada uno debe valorar si merece la pena o no. En el momento de publicar este artículo, la página web de Smartflower vende su girasol solar completamente instalado por 35.000 dólares, aunque mirando en webs españolas vemos precios que van desde los 12.000 hasta los 24.000 € sin transporte ni instalación. Aunque esos precios pueden parecernos muy elevados cuando los comparamos con una instalación tradicional de placas solares policristalinas (podemos encontrar paneles por hasta 100 €), hay que tener en cuenta que Smartflower está compuesto de 18 m2 de paneles monocristalinos, que como comentamos al inicio de este artículo, tienen mejor rendimiento pero son más caros.

 

CONCLUSIÓN

La energía solar fotovoltaica comenzó con poca fuerza en el mercado y poco interés por parte de los consumidores, pero en la actualidad las placas solares son algo normal, algo común, y en el futuro raro será ver un edificio sin placas en su tejado. La combinación de este sistema de energía renovable con medidas de arquitectura bioclimática y una posible caldera de biomasa para los inviernos, es la mejor y más sencilla solución para lograr edificios de consumo casi nulo. Pero si queremos asegurarnos de que nuestras placas están aprovechando al máximo su rendimiento, siempre debemos tener en cuenta los puntos explicados en este artículo y contar con el asesoramiento de un profesional del sector.