El mejor ángulo de inclinación para mejorar el rendimiento de los módulos fotovoltaicos en la peor zona de acumulación de suciedad del mundo

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Un grupo de investigación formado por científicos de Arabia Saudí y el Reino Unido ha llevado a cabo un experimento de un año de duración para analizar el impacto del polvo y el ángulo de inclinación del rendimiento fotovoltaico en un entorno desértico y ha descubierto que la intensidad de la lluvia, el polvo, las tormentas de arena y la nubosidad desempeñan un papel clave en el rendimiento de los módulos solares.

«Jeddah es una de las peores zonas de acumulación de suciedad del mundo, concretamente de la región de Oriente Medio y Norte de África (MENA) y de Asia Central», explicó el grupo. «La ciudad se caracteriza por un entorno desértico con altas temperaturas, escasas precipitaciones, condiciones de sequía y vientos que provocan tormentas de polvo y arena».

El montaje experimental incluía siete pares de módulos fotovoltaicos instalados en la ciudad de Yeda con ángulos de 0◦, 15◦, 25◦, 45◦, 60◦, 75◦ y 90◦. Un panel de cada par se limpiaba a diario, mientras que el otro acumulaba polvo a lo largo del año.

Durante los 12 meses que duró la prueba, se controló y registró minuto a minuto el rendimiento del módulo fotovoltaico. Además, un sistema de control de la calidad del aire midió las partículas suspendidas en el aire (PM), lo que permitió establecer una correlación entre los episodios de polvo y las variaciones de rendimiento. Para un análisis más profundo, el equipo también marcó los periodos de lluvia ligera, tormentas de polvo, lluvia intensa, acumulación de polvo a largo plazo y días nublados.

Los paneles fotovoltaicos estaban basados en células policristalinas y tenían cada uno una potencia nominal de 10 W. Todos los paneles estaban orientados al sur en postes de 150 cm. Los paneles limpios se instalaron a una altura de 80 cm, mientras que los polvorientos se instalaron por encima. Se mantuvo una distancia de 120 cm entre cada par de paneles inclinados. Los módulos de ángulo 90◦ experimentaron problemas técnicos, lo que llevó a eliminarlos parcialmente del análisis.


Media mensual bajo polvo.
Imagen: Universidad de Taif, Energía solar, CC BY 4.0

«Los resultados revelaron que la acumulación de polvo reduce significativamente la producción de energía, con una reducción de hasta el 80,4% observada después de 183 días sin lluvia para un módulo en ángulo 0◦», dijo el grupo. «La lluvia ayudó significativamente a limpiar los módulos fotovoltaicos eliminando la acumulación de suciedad de forma natural, especialmente en aquellos con ángulos más pronunciados. Sin embargo, las intensidades de lluvia más bajas (<1 mm/día) aumentaron la acumulación de polvo y la adherencia, causando cementación en el módulo en ángulo 0◦.»


El montaje experimental.
Imagen: Universidad de Taif, Energía Solar, CC BY 4.0

Más por los resultados, a lo largo del año, el 25◦ fue capaz de mantener los mejores resultados con el polvo, con una producción media de 4,76 W. Eso representa una potencia normalizada de 0,73 a lo largo del período de 12 meses. 0◦, 15◦, 45◦, 60◦, 75◦ y 90◦ fueron capaces de producir 0,5, 0,61, 0,65. 0,48, 0,37 y 0,23, respectivamente. Los paneles de 25◦ también se mantuvieron a la cabeza en el periodo seco, con una potencia media de salida de 4,28 W. Por otro lado, en el periodo lluvioso, los paneles de 45◦ han demostrado los mejores rendimientos, con una potencia media de salida de 6,05 W.

«El estudio puso de relieve el papel fundamental de los factores ambientales, como la intensidad de la lluvia, el polvo, las tormentas de arena y la nubosidad, en el rendimiento del módulo fotovoltaico», concluyó el equipo. «Al identificar la inclinación óptima y comprender los patrones ambientales, esta investigación proporcionó valiosas directrices para mejorar la eficiencia y la longevidad de las instalaciones de paneles solares en entornos desérticos».

Los resultados se presentaron en «Impact of dust and tilt angle on the photovoltaic performance in a desert environment» (Efecto del polvo y del ángulo de inclinación sobre el rendimiento fotovoltaico en un entorno desértico), publicado en Solar Energy. Científicos de la Universidad saudí de Taif, King Abdulaziz, y de la Universidad británica de Southampton han llevado a cabo el estudio.

 

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