Nuevo método para optimizar el rendimiento de sistemas fotovoltaicos bifaciales en aplicaciones residenciales

Un equipo de investigación dirigido por científicos de la Universidad de Doha para la Ciencia y la Tecnología de Catar investigó la optimización de paneles fotovoltaicos bifaciales en un entorno residencial, centrándose en maximizar los beneficios económicos en función de los perfiles de carga.

«Esta investigación introduce un enfoque innovador para optimizar los paneles fotovoltaicos bifaciales en entornos residenciales mediante la combinación de configuraciones orientadas al sur y orientadas al este montadas verticalmente», declaró el autor correspondiente, Muhammad Zubair, a la pv magazine.

Utilizando el programa informático System Advisory Model (SAM), el equipo de investigación comparó primero sistemas monofaciales y bifaciales, optimizando después estos últimos en distintos regímenes de carga.

«Al comparar las configuraciones de medición neta y de conexión a la red con cero exportaciones, este estudio proporciona información útil para maximizar el valor actual neto (VAN) de las inversiones fotovoltaicas en condiciones de recompra en tiempo real», afirman los científicos. «A diferencia de estudios anteriores que se centraban principalmente en configuraciones orientadas al sur, esta investigación introduce un sistema fotovoltaico bifacial híbrido que combina orientaciones sur y este-oeste. Este enfoque innovador optimiza los ángulos de acimut e inclinación basándose en perfiles de carga residenciales reales, lo que permite tres picos distintos de generación de energía a lo largo del día».

Los sistemas fotovoltaicos se simularon en un tejado de Islamabad, la capital de Pakistán. La ciudad recibe una irradiancia horizontal global (GHI, por sus iniciales en inglés) de 5,24 kWh/m2/día con una temperatura media de 21,3 ºC y una velocidad media del viento de 1,7 m/s. La carga de clientes residenciales es un valor medio de 70 casas en la ciudad. Los costos locales de la electricidad y el costo de los distintos componentes del sistema se basaron en varias bases de datos. En todos los casos, la capacidad del sistema era de 5 kW.

La simulación demostró que los paneles fotovoltaicos bifaciales producen un 10% más de energía que un panel fotovoltaico monofacial colocado en la configuración orientada al sur. Además, demostró que los paneles bifaciales alcanzaban un VAN un 13,6% superior, un costo nivelado de la energía (LCOE) un 4,5% inferior y un periodo de amortización un 5% inferior.

Analizando la altura de un sistema bifacial vertical, con un rango de 0 m a 2,5 m, los académicos descubrieron que debería colocarse al menos a 2 m por encima de la superficie. También observaron que un sistema fotovoltaico bifacial instalado a una altura de 2 m tiene un VAN 7,6 veces superior al de los paneles fotovoltaicos bifaciales colocados directamente en el tejado.

En el caso de un sistema de exportación cero conectado a la red, habitual en Pakistán, el sistema bifacial optimizado para paneles orientados al sur requería un ángulo de inclinación de 30º y un ángulo acimutal de 190º, para producir el VAN más alto de 2.451 dólares para el perfil de carga del cliente. Si se optimizaba el sistema para orientarlo hacia el este, los resultados óptimos requerían colocar los paneles verticalmente, lo que produjo un VAN un 9,7% superior, de 2.787 dólares. Sin embargo, este último sistema producía un 18,5% menos de energía eléctrica a lo largo de un año, en comparación con el orientado al sur.

«Estos mayores beneficios económicos a la vez que se produce menos energía en los sistemas fotovoltaicos bifaciales verticales orientados al este se deben a un mayor tiempo de generación de energía fotovoltaica en comparación con un panel fotovoltaico orientado al sur con un solo pico», explicaron los investigadores. «En el primer año, el sistema orientado al este pudo satisfacer totalmente la carga durante 3.427h, mientras que el sistema orientado al sur pudo satisfacer la carga durante 3.147h, lo que supone un 8,9% menos que un sistema orientado al este».

Un análisis final incluyó la división del sistema en dos: una unidad de 2,5 kW orientada al sur y otra de 2,5 kW orientada al este. Se demostró que el tiempo durante el cual puede suministrarse energía fotovoltaica para satisfacer completamente la carga es de 4.226 h al año, lo que supone 1.079 h más que un sistema fotovoltaico bifacial orientado al sur. El VAN de este sistema es un 21,6% superior al de un sistema fotovoltaico bifacial orientado al sur, de 3.091 dólares, con un LCOE de 1,87 céntimos dólares/kWh. El periodo de amortización es de sólo 3,43 años».

Para concluir su artículo, los investigadores afirmaron que los sistemas fotovoltaicos bifaciales deberían colocarse verticalmente orientados al este para los regímenes de medición neta con recompra en tiempo real para disponer de energía en dos picos cuando otras plantas fotovoltaicas no están produciendo en su pico. «El sistema fotovoltaico bifacial orientado al este proporciona 362 h más de generación de energía al año que el sistema fotovoltaico bifacial orientado al sur», afirmaron.

Sus conclusiones aparecen en «Optimization of bifacial PV panels in a residential sector for maximum economic benefits based on load profile» (Optimización de paneles fotovoltaicos bifaciales en un sector residencial para obtener los máximos beneficios económicos en función del perfil de carga), publicado en Energy Reports. Investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Doha, en Catar, y de la Universidad de Lahore, en Pakistán, han realizado el estudio.

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