Científicos arrojan luz sobre el misterioso mayor rendimiento energético de los sistemas fotovoltaicos verticales

Un grupo de investigadores de la Organización de los Países Bajos para la Investigación Científica Aplicada (TNO) ha realizado una serie de pruebas y simulaciones para entender por qué los sistemas fotovoltaicos verticales tienden a proporcionar coeficientes de rendimiento inesperados en comparación con los conjuntos horizontales y han descubierto que las instalaciones verticales tienen temperaturas de funcionamiento mucho más bajas.

“Aunque en conferencias y talleres se ha informado de que el rendimiento de las instalaciones verticales fotovoltaicas bifaciales es mejor de lo esperado, no hemos visto ninguna publicación que demuestre que esto vaya acompañado de una temperatura de funcionamiento mucho más baja de lo que cabría esperar de una instalación fotovoltaica independiente de inclinación fija con la misma irradiancia total”, declaró a pv magazine el corresponding author de la investigación, Bas B. Van Aken. “Estas temperaturas de funcionamiento más bajas tienen un efecto positivo en la tensión de funcionamiento. Y, por tanto, en la generación total de energía, sobre todo en condiciones de alta irradiancia”.

En el estudio “Thermal model in digital twin of vertical PV system helps to explain unexpected yield gains”, publicado en EPJ Photovoltaics, Van Aken y sus colegas explicaron que la tensión se ve influida tanto por la cantidad de luz como por la temperatura de las células solares. Al aumentar las condiciones de irradiación, el voltaje aumenta logarítmicamente, mientras que al aumentar la temperatura, el voltaje disminuye, normalmente entre un 0,3 y un 0,4% por C.

“Para un sistema estándar, observamos que en condiciones de alta irradiancia, el aumento debido a la luz se compensa con la disminución debida a la mayor temperatura de funcionamiento”, subraya Van Aken. “Sin embargo, para el sistema vertical, observamos que la temperatura de funcionamiento no aumenta tanto y el aumento y la disminución de la tensión se equilibran más o menos”.

Para su modelado, el grupo utilizó gemelos digitales, que son representaciones virtuales que conectan y visualizan activos del mundo real, para crear gemelos formados por un sistema fotovoltaico real y una copia en formato digital. Los gemelos digitales se utilizan habitualmente para la operación y mantenimiento (O&M) de las centrales solares. “La versión digital imita la producción de los paneles fotovoltaicos basándose en series temporales de datos meteorológicos y otros datos ambientales. Los valores simulados se comparan con los datos observados”, explican los científicos.

Realizaron sus mediciones en un sistema fotovoltaico vertical situado cerca de las instalaciones de TNO en Petten (Países Bajos). El sistema, de este a oeste, consta de nueve filas equipadas cada una con ocho módulos bifaciales de 315 W, con una separación entre filas de módulos de 2 m, 4 m o 6 m, respectivamente. De los 72 módulos desplegados en el sistema, 60 se basan en células solares TOPCon M2 de tipo n. Todos los paneles están equipados con optimizadores de potencia suministrados por Solaredge, con sede en Israel.

Para su análisis, el grupo utilizó un método de extracción de desarrollo propio y descubrió que los coeficientes de transferencia de calor de los paneles verticales son casi el doble que los de los horizontales. Los coeficientes de transferencia de calor definen cómo pasa la energía térmica de un material a otro y se utilizan habitualmente, por ejemplo, para fabricar aislamientos en viviendas.

También comprobaron que el conjunto vertical funciona con una diferencia de temperatura con respecto a la ambiente “casi reducida a la mitad”, lo que, según ellos, se traduce en un rendimiento energético anual un 2,5% superior.

“Estos resultados demuestran la importancia de comprobar las condiciones reales de funcionamiento de las nuevas aplicaciones de los paneles solares”, concluye Van Aken. “Esperamos que este efecto tenga un aumento del 2-3% en el rendimiento eléctrico anual en los Países Bajos, la menor temperatura de funcionamiento tiene un efecto ralentizador sobre los mecanismos de degradación y el efecto podría ser más significativo en lugares con condiciones de mayor irradiancia”.