Investigadores de la Universidad de Miyazaki, en Japón, han publicado un informe sobre los avances en pruebas y protocolos reproducibles que abordan los retos de medir el rendimiento de los módulos fotovoltaicos curvos integrados en vehículos (VIPV).
En el estudio «Testing and rating of vehicle-integrated photovoltaics: Scientific background» (Pruebas y evaluación de sistemas fotovoltaicos integrados en vehículos: antecedentes científicos), publicado en Solar Energy Materials and Solar Cells, el equipo de investigación afirma que su trabajo aborda los aspectos singulares de los módulos VIPV, como la curvatura y el impacto de la irradiación causado por el sombreado, el sombreado parcial, el sombreado dinámico y las condiciones irregulares del terreno.
«El cálculo estándar de los sistemas fotovoltaicos suele basarse en suposiciones simplificadas, como la ausencia de sombras, un terreno llano, instalaciones estáticas e irradiación solar uniforme», explica a pv magazine Kenji Araki, coautor del trabajo. «Sin embargo, estas suposiciones no reflejan con exactitud las condiciones del mundo real. Es esencial tener en cuenta las imperfecciones reales, como la presencia de sombras, las irregularidades del terreno, los sistemas fotovoltaicos móviles y la irradiación solar no uniforme. Aunque estos factores no se suelen tener en cuenta, en la práctica afectan significativamente al rendimiento de los sistemas fotovoltaicos».
El equipo llevó a cabo las pruebas iniciales de los nuevos protocolos y la validación en laboratorios e institutos de investigación geográficamente diversos, así como pruebas en simuladores solares aplicando los protocolos acordados y utilizando los mismos datos de calibración, además de pruebas a ciegas. Para las pruebas «round-robin», Nanjing AGG Energy (China) proporcionó módulos rígidos recubiertos de vidrio, con cuatro niveles de radio de curvatura.
El grupo observó al menos ocho diferencias clave que deben abordarse para lograr modelos y mediciones precisos de los productos VIPV. Por ejemplo, la utilización de un sistema de coordenadas local que incluya la rotación 3D, la captura de las zonas de sombreado de las puertas, el capó, el parachoques y el parabrisas trasero del vehículo.
Se requieren cálculos vectoriales basados en una matriz de sombreado, en lugar de una relación de sombreado o un ángulo. Se utilizan formas tensoriales, 4-Tensor, para la respuesta angular a la luz incidente, en lugar de la curva lambariana, y en lugar de la pérdida de coseno por ángulos del panel fotovoltaico, se utiliza la descripción geométrica diferencial mediante la expresión vectorial de un elemento unitario, señalaron los investigadores.
Araki resumió algunas de las diferencias. «En el nuevo modelo, una matriz de sombreado tiene en cuenta el sombreado no uniforme en el cielo hemisférico. En cambio, el análisis clásico se basa en una relación escalar de sombreado», explicó, y añadió que el nuevo método considera las células solares con superficies curvas y las analiza utilizando principios de geometría diferencial, “a diferencia del cálculo clásico, que supone que las células solares tienen una superficie plana”.
Además, el nuevo modelo utiliza el trazado de rayos «realizado en forma vectorial» en lugar de emplear un enfoque coseno, y en lugar de representar la respuesta angular y la modificación del ángulo incidente (IAM) como curvas basadas en el ángulo incidente, «el nuevo cálculo las representa como cuatro tensores».
De cara al futuro, los investigadores planean desarrollar una «herramienta de estimación del ahorro de combustible» para camiones y autobuses con paneles fotovoltaicos. La validación basada en el seguimiento de 130 camiones, hasta ahora, está en curso, según Araki. Además, hay otros proyectos previstos para abordar los retos de las pruebas de módulos desarrollados para la agrovoltaica, la fotovoltaica integrada en edificios, así como la fotovoltaica alpina y la fotovoltaica integrada en aeronaves, como los pseudosatélites de gran altitud (HAPS).
El trabajo de investigación es el resultado de la contribución colectiva de los miembros de la iniciativa IEC TC82 PT600, cuyo objetivo es establecer normas para los sistemas VIPV.
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