El ángulo de azimut es un concepto clave en la eficiencia de los paneles solares. Cuando los paneles están inclinados de manera que los rayos del sol los golpean en un ángulo de 90°, la cantidad de radiación directa que reciben es máxima. Esta sería la situación ideal en todo momento, pero la operación de los diferentes sistemas solares no siempre permite un seguimiento tan preciso. Las alternativas son el seguimiento de dos ejes, siguiendo la trayectoria del sol tanto en altitud como en azimut, y el seguimiento de un solo eje, que opta por una de las alternativas de seguimiento.
Seguimiento de dos ejes
El mecanismo de seguimiento de dos ejes recoge la máxima energía solar. La superficie está constantemente orientada hacia el sol y, por lo tanto, el ángulo de incidencia es θ = 0°. Luego, cos θ = El flujo solar recogido por la superficie es la radiación normal directa. La pendiente de la superficie es el ángulo cenital solar (complementario a la altitud solar) y la orientación de la superficie es en cada momento igual al ángulo de azimut solar.
Seguimiento de un solo eje
Cuando el seguimiento solar se enfrenta con un solo eje, obviamente no hay posibilidad de obtener cos θ = En su lugar, se determinará un valor de cos θ en cada momento, como se indica en la Figura El mecanismo se dedicará a seguir el sol ya sea en azimut o en altitud solar. Dependerá de la elección del mecanismo de la estructura. Luego, existen dos alternativas para establecer el seguimiento en colectores de canal parabólico: seguimiento norte-sur con el eje este-oeste o, alternativamente, seguimiento este-oeste con eje norte-sur. Estas alternativas dan resultados muy diferentes y la conveniencia de una u otra alternativa se determinará por la ubicación de la planta solar y la estrategia de venta de electricidad.
Para un plano rotado (seguimiento norte-sur) alrededor de un eje fijo este-oeste horizontal con ajuste continuo para minimizar el ángulo de incidencia (Figura 11), el ángulo de incidencia se calcula mediante la ecuación (12):
cos θ = 1 − cos² δ · sin² ω 1 / 2
Este seguimiento busca seguir la altitud del sol y significa una captación máxima al mediodía. Es decir, poca recepción al amanecer y al atardecer. El sistema proporciona una forma uniforme de generación de energía durante todo el año (Figura 12).
Por otro lado, para un plano rotado (seguimiento este-oeste) alrededor de un eje fijo norte-sur horizontal con ajuste continuo para minimizar el ángulo de incidencia (Figura 13), el ángulo se calcula mediante la ecuación (13):
cos θ = cos² θ z − cos² δ · sin² ω 1 / 2
Los sistemas siguen la trayectoria del sol cada día de este a oeste. En consecuencia, presenta una buena captación durante todo el día. La producción máxima ocurre en los meses de verano (70%). En las plantas comerciales CCP, es la alternativa más aplicada porque proporciona una mayor producción anual. En verano, el ángulo de incidencia solar es pequeño y el efecto del coseno no es relevante. Sin embargo, en invierno, el ángulo de incidencia solar es grande y la pérdida de coseno es significativa (Figura 14).
Aunque el seguimiento este-oeste es la opción más común, los campos solares comerciales actuales de colectores de canal parabólico presentan una eficiencia promedio anual de aproximadamente el 50%, y la baja eficiencia se debe principalmente a la pérdida de coseno. Por eso se están desarrollando sistemas de seguimiento alternativos que incluyen mejoras para reducir el efecto del coseno.
Estimación de la energía solar en un año
Para estimar la energía solar en un año, se utiliza una base de datos solar que proporciona los valores de irradiación normal directa por hora para un lugar con una latitud determinada. A partir de estos datos, se calcula el factor de coseno para cada hora del día y se multiplica por la irradiación normal directa para obtener la irradiación incidente en la superficie de seguimiento. Los resultados se resumen en una tabla que muestra la energía incidente en cada mes para cada una de las opciones de seguimiento. En el ejemplo presentado, el seguimiento este-oeste proporciona un 19% más de energía (74 vs. 63 kWh/año) en comparación con el seguimiento norte-sur.
Estos números podrían ser el punto de partida para el dimensionamiento de una planta de energía solar de colectores de canal parabólico. Sin embargo, también se deben tener en cuenta otras pérdidas además del factor de coseno, como las pérdidas ópticas, geométricas y térmicas, para calcular la energía térmica útil obtenida por el campo solar.
Consultas habituales
- ¿Qué es el ángulo de azimut en los paneles solares?
- ¿Cuál es la importancia del ángulo de azimut en la eficiencia de los paneles solares?
- ¿Qué es el seguimiento de dos ejes y cómo afecta al ángulo de azimut?
- ¿Cuáles son las alternativas de seguimiento de un solo eje y cómo afectan al ángulo de azimut?
- ¿Cuál es la diferencia de eficiencia entre el seguimiento norte-sur y el seguimiento este-oeste?
El ángulo de azimut es un factor importante a considerar en la instalación de paneles solares para maximizar la eficiencia energética. Tanto el seguimiento de dos ejes como el seguimiento de un solo eje ofrecen ventajas y desventajas en términos de captación de energía solar. El seguimiento este-oeste suele ser la opción más común debido a su mayor producción anual, aunque se están desarrollando mejoras para reducir las pérdidas de coseno. La elección del ángulo de azimut y el tipo de seguimiento dependerá de la ubicación de la planta solar y la estrategia de venta de electricidad.