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Seguimiento del sol: seguidores para sistemas de energía solar

Seguimiento del sol: seguidores para sistemas de energía solar

Sistema de seguimiento solar de NEXTracker (Imagen: NEXTracker)

Un seguidor solar es un dispositivo que orienta un sistema fotovoltaico, en particular una instalación grande como una granja solar, hacia el sol para permitirle capturar más energía solar de la que obtendría sin dicho dispositivo. En esencia, el seguimiento consiste en minimizar el ángulo de incidencia entre la luz solar entrante y una matriz de paneles solares. Los paneles solares pueden capturar la parte difusa de la luz del sol, en el cielo azul que también aumenta proporcionalmente cuando está nublado, así como la luz solar directa y los seguidores solares pueden aumentar la cantidad de energía solar capturada. En general, los sistemas de rastreo pueden capturar un 50 por ciento adicional de luz solar en verano y un 20 por ciento en invierno, pero esto difiere según la latitud.

Sin embargo, son aún más esenciales para las plantas fotovoltaicas concentradas (CPV) y de energía solar concentrada (CSP), donde apoyan los componentes ópticos de estos sistemas, que están diseñados para apuntar al componente directo de la luz solar. Esto representa el 90 por ciento de la energía del sol, por lo tanto, los rastreadores deben orientarse adecuadamente. Los rastreadores de alta precisión pueden tener una precisión de ± 5 grados, lo que significa que pueden entregar más del 99,6 por ciento de la energía transportada por el rayo directo del sol, así como el 100 por ciento de la luz difusa. Sin embargo, estos seguidores tienden a no ser utilizados por sistemas fotovoltaicos no concentrados.

En los últimos años, su despliegue a menudo se ha visto estimulado por la constante digresión de los incentivos gubernamentales, como las tarifas de alimentación premium (FiT). Así, como los pagos por energía renovable han disminuido, los desarrolladores de proyectos han compensado buscando maximizar la producción.

Hay dos tipos básicos de rastreadores: un eje y dos ejes y estos a su vez pueden variar en su forma, de modo que en realidad hay una amplia variedad de rastreadores, todos ellos diseñados para situaciones particulares y niveles de rendimiento deseados.

Los seguidores de un solo eje siguen el curso del sol de este a oeste, mientras que los ejes dobles también pueden inclinarse para tener en cuenta la diferencia entre los ángulos del sol en invierno y verano. Ha habido un debate considerable en la industria sobre la efectividad de los rastreadores de doble eje dada su mayor complejidad y una diferencia relativamente pequeña en la recolección anual entre los dos tipos de rastreadores. Una revisión de las estadísticas de producción de Ontario encontró que la diferencia era solo de alrededor del 4 por ciento en total, comparando algo desfavorablemente con la mejora proporcionada por los seguidores de un solo eje sobre una matriz fija (24 a 32 por ciento). Sin embargo, los seguidores de doble eje pueden lograr una producción del 40 al 45 por ciento por encima de una matriz de techo fijo en situaciones donde hay muy poca contaminación en la atmósfera ("alta claridad"). Desafortunadamente, la mayoría de las regiones de los países desarrollados tienen un índice de claridad de .5 o peor.

Seguidores de doble eje en la planta fotovoltaica de Sevilla en España (Imagen: afloresm, Flickr)

Los seguidores horizontales de un solo eje tienen un eje de rotación que es horizontal en relación con el suelo. Esto significa que el único requisito en términos de espacio es mantener los ejes de rotación paralelos entre sí. Algunos seguidores horizontales de un solo eje tienen módulos inclinados que pueden ayudar a ahorrar espacio, minimizando así el costo total del proyecto. Los seguidores con ejes de rotación entre horizontal y vertical se conocen como seguidores inclinados de un solo eje. Por lo general, tienen la cara del módulo orientada paralela al eje de rotación.

Los seguidores verticales de un solo eje tienden a ser más efectivos en latitudes altas que los seguidores del eje horizontal. Por lo general, tienen el módulo inclinado en un ángulo con respecto al eje de rotación, barriendo así un cono que es rotacionalmente simétrico alrededor del eje de rotación.

Los seguidores de doble eje de inclinación y inclinación (TTDAT) se montan en postes con el movimiento este-oeste girando alrededor del poste con un cojinete en forma de T o H que permite la rotación vertical.

Los seguidores de doble eje de azimut-altitud (AADAT) tienen el eje de azimut vertical al suelo. Usan un gran anillo montado en el suelo con la matriz montada sobre rodillos. Esto significa que el peso de la matriz se distribuye sobre parte del anillo en lugar de sobre el poste, lo que a su vez les permite soportar matrices mucho más grandes. Sin embargo, el diámetro del anillo determina el espaciado y eso a su vez puede reducir la densidad de las matrices.

Un rastreador pasivo utiliza un fluido de gas comprimido con un punto de ebullición bajo para impulsarlo y corregir los desequilibrios. Estos sistemas también utilizan sombreadores / reflectores que responden a la luz del sol de la mañana para "despertar" el panel solar e inclinarlo hacia el sol.

Finalmente, hay un rastreador cronológico que hace girar una matriz solar en la dirección opuesta a la de la rotación de la Tierra.

Rastreadores dirigidos alrededor del panel solar a través de un sistema de motores y trenes de engranajes. Estos son operados por un controlador que responde a la dirección del viaje del sol. También utilizan accionamientos giratorios (un accionamiento giratorio es un tipo de caja de cambios que puede soportar cargas radiales y axiales) para gestionar su movimiento. En una planta de energía solar concentrada (CSP), los seguidores de doble eje son controlados por una computadora central, manejan espejos móviles llamados helióstatos que reflejan la luz a la estación de energía central.

Centro de energía solar DeSoto Next Generation de Florida Power & Light Company en Arcadia Florida, basado en el sistema de seguimiento SunPowerAE TO (Imagen: Usina Fotovoltaica, Flickr)

También existen diferencias en la forma en que se instalan. Por ejemplo, una "base flotante" no necesita cimientos de hormigón, ya que simplemente se asienta en el suelo, generalmente sobre una bandeja de grava. Esto significa que se pueden instalar en vertederos u otros lugares similares, aumentando así el número de sitios en los que se pueden utilizar.

El seguimiento es principalmente adecuado para grandes aplicaciones solares comerciales e industriales y menos adecuado para sistemas residenciales en techos. Cuando los sistemas de seguimiento se instalan en tejados residenciales, deben desplazarse desde el techo para permitir el movimiento de los paneles. Esto, a su vez, aumenta la carga de viento y requiere un costoso sistema de estanterías. También hay consideraciones estéticas que pueden ser relevantes. Incluso en sitios a gran escala, los seguidores necesitan el uso de un área más grande que los sistemas fijos porque el movimiento de los paneles puede crear sombras en otros paneles si no están adecuadamente espaciados. Sin embargo, los beneficios combinados del seguimiento solar, la mejora de la eficiencia de las células solares y los avances innovadores como la película delgada sin duda han tenido el efecto de acercar la energía solar a la paridad de la red con los combustibles fósiles, dicen algunos en unos pocos años.

El principal problema de los rastreadores es que aumentan los costes. Por lo tanto, si un sistema de seguimiento agrega un 25 por ciento a los costos del proyecto y al mismo tiempo mejora la producción en un 25 por ciento, se puede argumentar que se puede lograr el mismo nivel de desempeño simplemente aumentando el tamaño del sistema. Esto también elimina el mantenimiento adicional requerido para el sistema de seguimiento. A medida que los costos de la energía solar continúan cayendo, la rentabilidad de la instalación de un sistema de seguimiento puede disminuir. Otro problema es que los motores de los sistemas de seguimiento deben mantenerse continuamente, que es donde los sistemas más innovadores que entran mantienen una gran ventaja. Esto es ampliamente reconocido dentro de la industria. Por ejemplo, Scott Dailey, gerente de proyectos de rastreadores en First Solar, hablando con Renewable Energy World en 2013, argumentó que los rastreadores de doble eje solo se implementan realmente en mercados con altas tarifas de alimentación (FiT), debido al aumento de los ingresos obtenidos al maximizar la producción tiende a compensar mayores gastos de operación y mantenimiento.

Cuando se introdujeron por primera vez en el mercado, los sistemas de seguimiento solían ser bastante voluminosos y poco fiables. Muchos de los seguidores instalados en Europa durante el auge de la tarifa de alimentación (FiT) sufrieron problemas importantes de confiabilidad, a veces con incidencias repetidas de fallas. Según M J Shaio, analista senior de GTM Research, hasta hace unos años era general el caso de que los únicos desarrolladores que deseaban instalar rastreadores eran aquellos que estaban dispuestos a aceptar un riesgo mucho mayor.

Sin embargo, los rastreadores más recientemente se han vuelto mucho más innovadores. Por ejemplo, usando GPS para realinearse automáticamente. Empresas como NEXTracker incorporan sistemas de control en sus rastreadores que monitorean el ángulo de cada fila de paneles solares en tiempo real e informan sobre la precisión del rastreo para mantener los paneles mirando directamente al sol todo el tiempo. El producto NX Horizon de la compañía es un rastreador autoamplificado (SPT) que tiene un motor autónomo, lo que permite que se implemente en cada fila de paneles, lo que a su vez elimina el cableado y la apertura de zanjas, además de ahorrar energía.

Desafortunadamente, otro sistema de seguimiento innovador, QBotix, no logró llegar al mercado. QBotix constaba de 200 rastreadores con robots, con la idea de que cada robot viajara a cada rastreador en un monorraíl que tiene puntos de carga para los robots integrados. El monorraíl también transporta el cableado de todo el sistema, eliminando así la necesidad de zanjas. Los robots ajustarían los rastreadores individualmente cada 40 minutos a lo largo del día y también recopilarían datos de rendimiento y confiabilidad que podrían utilizar para optimizar los rastreadores. Esto suena bastante impresionante, excepto que la empresa se vino abajo en agosto del año pasado.

Sin embargo, los desarrollos innovadores en el seguimiento solar lo están haciendo mucho más atractivo, especialmente en áreas de alta radiación solar. Los costos de mantenimiento también están comenzando a disminuir a medida que mejora la tecnología. Actualmente, más proyectos utilizan rastreadores y el mercado está floreciendo. De hecho, las predicciones actuales apuntan a un mercado de rastreo con un valor de $ 6 mil millones para 2020. Eso es bastante impresionante.

Ver el vídeo: Passive Solar Panel Tracking (Octubre 2020).