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Steven KwokLos sistemas fotovoltaicos (PV) se instalan tradicionalmente con una orientación y un ángulo de inclinación fijos, diseñados para optimizar la producción de energía durante todo el año. Como la posición del sol cambios en el cielo debido a la inclinación del eje de la tierra y su órbita alrededor del sol, la producción de energía solar del sistema fotovoltaico puede disminuir, que es donde los sistemas de seguimiento solar resultan útiles.
Los sistemas de seguimiento solar son una herramienta importante diseñada para mantener la producción de energía para los sistemas fotovoltaicos. en su apogeo durante todo el año. Estos sistemas de seguimiento vienen con diferentes grados de movimiento, sistemas de conducción y más.
En este artículo, aprenderá los conceptos básicos de los sistemas de seguimiento solar, sus diferentes configuraciones e información relevante que lo ayudará a determinar si son los adecuados para usted.
¿Qué son los seguidores solares y cómo funcionan? Captando lo básico
Los seguidores solares mejoran los sistemas fotovoltaicos otorgando a los módulos la capacidad para modificar la dirección en la que están mirando. Esto se consigue instalando una o varias juntas mecánicas o electromecánicas que introducen movimiento en la base de uno o varios módulos. Un rastreador de panel solar puede clasificarse por su sistema de conducción o grado de movimiento.
Los sistemas fotovoltaicos convencionales se instalan en una orientación fija desde el acimut y un ángulo de inclinación. La configuración óptima requiere enfrentar los módulos verdadero sur o 180º desde el acimut, con un ángulo de inclinación igual a la latitud de su ubicación.
Un sistema de seguimiento solar permite exponer los módulos perpendicularmente al sol durante todo el año y durante todo el día, aumentar la producción de energía máxima para todo el sistema. Dado que los seguidores solares son más costosos, son más comunes en aplicaciones industriales y de servicios públicos que en aplicaciones residenciales.
Implementando tecnología moderna, los sistemas de seguimiento solar se han vuelto más robustos y tecnológicamente complejos. Los rastreadores solares ahora incluyen anemómetros, sensores solares, unidades GPS y otros sensores que se integran con el software del Sistema de Información Geográfica (GIS). Los sensores inteligentes pueden rastrear el clima y trabajar de la mano con el software de seguimiento solar que utiliza el aprendizaje automático para predecir patrones de nubes, la posición del sol en el cielo y otros eventos relacionados con el clima.
Grado de movimiento en seguidores solares: Monoeje vs Bieje
Uno de los principales aspectos que se utilizan para categorizar un seguidor solar es su grado de movimiento. Los sistemas de seguimiento solar suelen tener un sistema de un solo eje o de dos ejes.
Seguidor inclinado de un solo eje (TSAT)
Uno de los seguidores solares disponibles más utilizados y de menor costo es el seguidor de un solo eje inclinado (TSAT). Estos seguidores solares pueden estar diseñados para movimiento del eje horizontal o vertical, con el seguidor particular requerido para cada sistema fotovoltaico que varía en la ubicación geográfica donde se instalan los módulos.
El seguidor solar de eje horizontal modifica el ángulo de inclinación del módulo fotovoltaico con el movimiento de este a oeste, manteniendo la orientación constante a lo largo del día. Estos seguidores solares son ideales para obtener el mejor rendimiento de los sistemas fotovoltaicos ubicados en regiones tropicales o de baja latitud. En estos lugares, los días son más cortos y el sol alcanza una posición más alta en el cielo al mediodía.
El seguidor solar de eje vertical mantiene un ángulo de inclinación fijo mientras usa un movimiento de norte a sur para que la orientación siga al sol durante todo el día. Los sistemas fotovoltaicos que obtendrán el mejor rendimiento de los seguidores solares verticales son los que se instalan en lugares de latitud alta, donde los días duran más durante el verano, pero el sol no alcanza una posición tan alta en el cielo.
Seguidor solar de doble eje
Los sistemas de seguimiento solar más versátiles y potentes del mercado cuentan con dos grados de movimiento, conocidos como seguidores solares de doble eje. Un seguidor solar de doble eje puede inclinar el ángulo del módulo con un movimiento horizontal de este a oeste y la orientación con un movimiento vertical de norte a sur, siguiendo al sol con los módulos fotovoltaicos durante todo el día.
Un sistema de seguimiento de paneles solares puede ser útil para los sistemas fotovoltaicos instalados en cualquier parte del mundo. Estos sistemas son precisos, pero también tienen un precio bastante más elevado, por lo que son mayormente usado en plantas termosolares y para fotovoltaica de concentración.
Interesantes variaciones de los seguidores del eje vertical.
Arquitectos visionarios de todo el mundo, trabajando mano a mano con ingenieros eléctricos, han ideado aplicaciones muy interesantes para los seguidores de eje vertical. En lugar de aplicar el típico seguidor de un solo eje en un módulo fotovoltaico, algunos diseños de viviendas llevan el seguimiento solar al siguiente nivel girando todo el edificio donde están instalados los módulos fotovoltaicos.
Uno de los prototipos es el Casa Gemini creada por Roland Mosl en 1991. Este diseño austriaco para una casa retrata una casa cilíndrica que gira constantemente siguiendo al sol para exponer una instalación fotovoltaica de 150 metros cuadrados.
Un concepto similar a la Casa Gemini fue creado por el arquitecto Ralph Disch con la creación de El Heliotropo. Heliotrope es una casa elevada que presenta una instalación fotovoltaica montada en la azotea expuesta constantemente al sol con el movimiento del eje vertical de la casa. Esta casa de energía cero también incluye tuberías de energía solar térmica y puede generar hasta cinco veces lo que consume la familia.
Otro concepto interesante es el Revolt House propuesta por el equipo de Delft. The Revolt House es una casa flotante que gira sobre el agua, que si bien no está diseñada específicamente para aplicaciones fotovoltaicas, está diseñada para rastrear el sol y aprovechar la radiación solar para calentar la casa en invierno y enfriarla durante el verano, sin embargo, se puede instalar un sistema fotovoltaico para aprovechar la casa que ya gira.
Sistemas de conducción de seguidores solares: Seguidores solares manuales, pasivos y activos
El segundo aspecto más importante utilizado para categorizar un seguidor de panel solar es su sistema de conducción. Este es el mecanismo utilizado para mover el eje para ajustar la posición del módulo. El sistema de accionamiento de los seguidores solares puede ser manual, pasivo o activo.
Seguidor solar manual
El sistema de seguimiento manual del panel solar es el sistema de conducción más básico. Los seguidores solares que incorporan este sistema de accionamiento incorporan una o varias articulaciones mecánicas que sirven para ajustar la posición del módulo, el número de piezas móviles varía si el seguidor solar es de un solo eje o de dos ejes.
Seguidor solar pasivo
Seguidores solares pasivos implementar un fluido de gas comprimido de bajo punto de ebullición para el actuador encargado de reposicionar el módulo como consecuencia de la iluminación desequilibrada. A medida que el fluido de gas comprimido recibe luz solar parcial, cambia su densidad al expandirse cuando hierve o contraerse cuando se enfría, variando la densidad y restableciendo el equilibrio en el sistema de montaje.
Seguidor solar activo
Los seguidores solares activos implementan actuadores que modifican activamente la posición del módulo fotovoltaico en un eje simple o doble. Los actuadores utilizados para el sistema de conducción en seguidores solares activos puede incluir un motor eléctrico o un sistema mecánico compuesto por cilindros hidráulicos. Estos sistemas mueven automáticamente los módulos para exponerlos directamente al sol con sensores de seguimiento en tiempo real.
¿Dónde se instalan los sistemas de seguimiento solar?
Los sistemas de seguimiento solar son una gran herramienta para mejorar el rendimiento de un sistema fotovoltaico, pero no siempre son adecuados para todas las aplicaciones. En esta sección, explicamos dónde se instalan comúnmente los sistemas de seguimiento solar.
Aplicaciones residenciales
Los sistemas de seguimiento solar más avanzados no son adecuados para aplicaciones residenciales debido al alto costo de adquisición y mantenimiento. Otra razón por la que los seguidores solares no se utilizan en aplicaciones residenciales es que la mayoría de estos dispositivos de seguimiento están diseñados para instalaciones fotovoltaicas montadas en el suelo, mientras que la mayoría de los sistemas fotovoltaicos domésticos se instalan en la azotea de la casa.
Si bien no es común, los propietarios aún pueden adquirir un kit de seguimiento solar y usarlo para mejorar el rendimiento del sistema fotovoltaico en sus hogares. Los seguidores solares de bajo costo pueden mejorar el rendimiento de los módulos fotovoltaicos al hasta 37%, pero son económicamente más viables en lugares donde la electricidad es más cara y el rendimiento adicional puede proporcionar grandes ahorros en electricidad.
Los seguidores solares de doble eje pueden requerir casi el doble de piezas móviles que los de un solo eje. El elevado número de componentes se traduce en un mayor coste de los seguidores solares de doble eje frente a los de un solo eje. Esta es la razón por la que se recomienda instalar seguidores horizontales de un solo eje en ubicaciones de baja latitud y verticales de un solo eje en ubicaciones de alta latitud, en lugar de optar por seguidores de dos ejes.
Los rastreadores manuales con su bajo costo también se recomiendan para aplicaciones residenciales, ya que se pueden usar para ajustar módulos en un ángulo de 15 grados durante el invierno para compensar el cambio de posición del sol en el cielo. Los seguidores solares pasivos también tienen un coste relativamente bajo, por lo que son una opción viable, mientras que los seguidores solares activos con su elevado coste no representan una opción económicamente viable en la mayoría de los casos.
Aplicaciones comerciales e industriales
Los sistemas fotovoltaicos comerciales, industriales y de servicios públicos pueden beneficiarse enormemente de la implementación de sistemas de seguimiento de paneles solares. El aumento de potencia que puede obtener una instalación fotovoltaica de gran tamaño con seguidores solares sube al 45%, por lo que los sistemas de seguimiento son comunes en plantas de energía solar altamente rentables.
La instalación de seguidores solares de un solo eje en una planta de energía solar ha demostrado aumentar la producción de energía en un 25% en algunos estudios, mientras que otros muestran una aumento del rendimiento del 40%. Los seguidores solares de doble eje pueden tomar esos ganancias de potencia de hasta un 45%, pero algunos inversores de plantas de energía fotovoltaica tienden a optar por seguidores solares de un solo eje porque ofrecen una mayor ganancia por su menor costo.
El sistema de conducción para instalaciones fotovoltaicas a gran escala suele variar entre pasivos y activos. Los seguidores solares manuales representan un alto costo operativo, siendo económicamente viables solo en países en vías de desarrollo con menores costos de mano de obra. Los seguidores solares pasivos y activos representan una mejor opción en los países desarrollados, pero el sistema específico debe determinarse después de un análisis detallado considerando el Costo Nivelado de Energía (LCOE) y la rentabilidad considerando el costo de los seguidores y el mantenimiento.
Pros y contras de los seguidores solares
Los seguidores solares pueden tener diferentes grados de movimiento y sistemas de conducción, pero en general presentan muchas ventajas a los sistemas fotovoltaicos y representan solo algunas desventajas. En esta sección presentamos y analizamos las ventajas y desventajas más importantes de los seguidores solares.
Ventajas
La producción de energía solar se maximiza durante todo el día.
Los seguidores solares exponen Módulos fotovoltaicos perpendicularmente al sol o lo más cerca posible, aumentando la producción de energía solar en un sistema fotovoltaico. Esto aumenta las ganancias solares y el rendimiento del sistema. en un 20% hasta un 45% dependiendo del tipo de seguidor solar utilizado.
Los seguidores solares se adaptan a todo tipo de sistemas fotovoltaicos en todas las ubicaciones
Una de las mejores ventajas de un seguidor de panel solar es que se ha investigado mucho y proporciona soluciones adecuadas para los sistemas fotovoltaicos de todo el mundo. Según su ubicación y el espacio disponible, puede utilizar diferentes soluciones de seguimiento para mejorar el rendimiento de su sistema fotovoltaico.
Los sistemas fotovoltaicos con espacio limitado pueden mejorar las ganancias solares hasta en un 45 %
En algunos casos, los propietarios de sistemas fotovoltaicos pueden tener suficientes recursos pero espacio limitado para instalar un panel solar. En este caso, invertir en un sistema de seguimiento solar puede resultar rentable al mejorar las ganancias solares hasta en un 45 % cuando se utilizan seguidores solares de dos ejes.
La rentabilidad aumenta considerablemente en los sistemas fotovoltaicos montados en el suelo a gran escala
Los sistemas fotovoltaicos a pequeña escala presentan pequeñas ganancias cuando se compara el costo del sistema de seguimiento solar con las ganancias solares, pero la rentabilidad se vuelve más notable en las instalaciones fotovoltaicas montadas en el suelo a gran escala. La instalación del sistema de seguimiento de paneles solares correcto también aumentará las ganancias solares y mantendrá el costo al mínimo.
Integración con software de seguimiento solar
El software de seguimiento solar puede integrarse con los seguidores solares, analizando los patrones meteorológicos y climáticos futuros para predecir el Potencia de salida de los módulos. La información meteorológica recopilada también se puede utilizar para otros fines de investigación multidisciplinarios relacionados con el clima.
Contras
Más caro que los sistemas de montaje fijo
El elevado coste de los seguidores solares es una de las principales desventajas frente a los sistemas de montaje fijo. En algunos casos, el costo es tan alto que la implementación de seguidores solares puede aumentar el ROI unos años.
Mayor necesidad de mantenimiento.
Además de un costo inicial más alto, los seguidores solares también requieren un mantenimiento regular. Esto no solo introduce una tarea adicional a realizar en el sistema fotovoltaico, sino también un costo adicional para el LCOE.
¿Cuál es el costo estimado de los sistemas de seguimiento solar? ¿Son viables para aplicaciones residenciales?
Los seguidores solares pueden tener una amplia gama de precios teniendo en cuenta los diferentes sistemas de conducción y grados de movimiento que se pueden utilizar para diseñar el seguidor. Otros factores, como la cantidad de módulos asignados por rastreador, el diseño, la calidad de los materiales y el fabricante, pueden afectar el precio minorista.
El costo de un seguidor solar de un solo eje se puede estimar en alrededor de $ 500, mientras que un seguidor solar de doble eje puede aumentar el precio hasta alrededor de $ 1,000. Teniendo en cuenta estos altos costos para el sistema de seguimiento, agregar seguidores solares a un sistema fotovoltaico podría aumentar el precio en un 40% hasta un 100%.
Los sistemas fotovoltaicos en los EE. UU. tienen un retorno de la inversión (ROI) promedio de 10 años. Si bien los seguidores solares pueden aumentar el rendimiento del sistema fotovoltaico en un 40 %, también podrían aumentar el costo en un 40 % o más, manteniendo el ROI en 10 años o más. En este caso particular, la instalación de seguidores solares para una aplicación residencial no parece económicamente factible.
Una opción alternativa sería diseñar y fabricar un seguidor solar más asequible. Entre los proyectos disponibles, algunos incluyen la fabricación de un seguidor solar de doble eje usando un Arduino, y otro diseña un rastreador solar de bajo costo hecho a medida con un precio de poco menos de $ 150.
Prólogo: ¿Son los seguidores solares adecuados para su sistema fotovoltaico?
La viabilidad económica de un seguidor solar debe ser analizado teniendo en cuenta el ROI, rendimiento mejorado en la potencia de salida del sistema, LCOE y costo de operación y mantenimiento (O&M).
Para aplicaciones comerciales, industriales y a escala de servicios públicos, los seguidores solares incluidos en el LCOE han demostrado ser un ajuste perfecto para el sistema fotovoltaico, aumentando el rendimiento y la rentabilidad del sistema y haciendo que la inversión valga la pena.
Para aplicaciones residenciales recomendamos analizar cada caso en particular. Algunas ubicaciones con altos costos de electricidad pueden aprovechar un sistema de seguimiento de paneles solares, pero en general, no se recomiendan ya que los seguidores solares minoristas cuestan un centavo e introducen un requisito de mantenimiento innecesario, lo que demuestra ser más costoso que rentable.
Analizar el ROI de su sistema fotovoltaico y buscar rastreadores solares de bajo costo, incluidos proyectos de bricolaje o kits de rastreadores solares, podría terminar haciendo que los rastreadores solares sean adecuados para usted. La implementación de seguidores solares asequibles en un sistema fotovoltaico con ganancias solares de hasta un 40 % podría terminar reduciendo en gran medida el retorno de la inversión en algunos años e incluso aumentando el valor general de su sistema fotovoltaico.
