Científicos de la Universidad de Ciencia y Tecnología Kwame Nkrumah de Ghana, la Bui Power Authority y la Universidad Noruega de Ciencias de la Vida han evaluado el rendimiento de instalaciones solares monofaciales terrestres y flotantes existentes y simuladas en Ghana y las han comparado con el rendimiento energético de sistemas bifaciales simulados de las mismas dimensiones y diseño.
Las instalaciones existentes son una instalación fotovoltaica terrestre de 50 MW y un conjunto fotovoltaico flotante de 400 kW. Ambas están conectadas a la central hidroeléctrica de 404 MW de la presa de Bui.
“Una de las principales lagunas de conocimiento científico que faltan en la revisión bibliográfica es la falta de datos exhaustivos sobre el rendimiento de los sistemas solares fotovoltaicos terrestres y flotantes (monofaciales y bifaciales) diseñados y probados específicamente en las regiones de baja latitud de África Occidental”, destacaron los investigadores. Utilizando distintos enfoques de integración solar en la central hidroeléctrica, el grupo trató de determinar los parámetros óptimos del sistema para mejorar el rendimiento.
Los resultados de la evaluación del grupo muestran que la ganancia de los sistemas fotovoltaicos terrestres bifaciales no optimizados y de los sistemas fotovoltaicos flotantes bifaciales (FPV, por sus siglas en inglés) es del 2,51% y el 4,57%, respectivamente, en comparación con sus homólogos monofaciales. Los investigadores señalaron que, si bien esto no era lo suficientemente significativo como para justificar la instalación de un nuevo sistema, se podían conseguir ganancias adicionales optimizando las características del sistema.
Por ejemplo, cambiar el albedo del suelo de un sistema fotovoltaico terrestre de grava a una superficie blanca aumentó la ganancia bifacial del 5,25% al 14,5%. El equipo también determinó que el ángulo de inclinación óptimo para los sistemas fotovoltaicos terrestres bifaciales y FPV era del 15% para lograr una generación máxima de energía anual de 79,5 GWh y 620,9 MWh respectivamente.
Para el estudio, Bui Power Authority obtuvo datos meteorológicos medidos diariamente en pasos de 15 minutos para 2022, incluida la irradiancia horizontal global sobre una superficie horizontal, la temperatura ambiente y la velocidad del viento. Los datos de generación de energía disponibles de Bui para el sistema FPV monofacial operativo de 400 kW abarcan el periodo de septiembre de 2022 a febrero de 2023, mientras que los datos de la energía generada por el sistema monofacial terrestre de 50 MW son de todo el año 2022.
Los investigadores utilizaron la herramienta System Advisor Model (SAM) y un archivo meteorológico modificado de la National Solar Radiation Database para simular el rendimiento de un sistema FPV bifacial sobre agua y tierra. Basándose en la evaluación, el equipo descubrió que para obtener el mejor rendimiento y aumentar la ganancia bifacial, los parámetros del albedo, el ángulo de inclinación y la proporción de cobertura del suelo deberían ser 0,5, 15 y 0,3 respectivamente.
“Con el 1% de la superficie total de masas de agua de África, la FPV tiene potencial para generar 101 GWp de energía, una adición anual de 46,04 TWh y un ahorro de agua de 743 millones de m3/año”, subrayaron los académicos. “La instalación de paneles fotovoltaicos flotantes (FPV) en los embalses de energía hidroeléctrica podría ayudar a estabilizar la generación de energía hidroeléctrica durante las estaciones secas, disminuir las pérdidas por evaporación, mejorar la eficiencia energética y apoyar la creciente demanda de energía de la población africana en rápida expansión”.
Los resultados completos de la evaluación están disponibles en el estudio “Comparison of ground-based and floating solar photovoltaic systems performance based on monofacial and bifacial modules in Ghana – ScienceDirect” (Comparación del rendimiento de sistemas solares fotovoltaicos terrestres y flotantes basados en módulos monofaciales y bifaciales en Ghana – ScienceDirect), publicado en Energy Nexus. Los científicos recomendaron que se realizaran análisis económicos debido a la diferencia de costos entre los módulos fotovoltaicos monofaciales y bifaciales.
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