¿Cómo y por qué afectan las sombras a los paneles solares?

Llevar a cabo la instalación de un sistema solar fotovoltaico puede resultar algo complejo puesto que es importante tener en cuenta una serie de aspectos si queremos que la instalación nos proporcione la mayor rentabilidad y evitar tener pérdidas de productividad —como las pérdidas por sombras en paneles solares—.

En este artículo vamos a centrarnos justamente en ello, en la forma en cómo afectan las sombras en paneles solares. Así mismo, te explicamos cómo debes realizar el cálculo de sombras en paneles solares para evitar las pérdidas, la distancia entre paneles solares para evitar sombras y las posibles soluciones.

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¿Cómo interfieren las sombras en paneles solares?

Para poder optimizar el funcionamiento de los paneles solares debes evitar a toda costa que haya sombras. Este es uno de los aspectos más importantes que debes tener en cuenta en el momento de instalarlos ya que estas influyen en el efecto fotovoltaico —que tienen lugar en el interior de las celdas—. Ahora bien ¿Qué ocurre exactamente con las sombras? La existencia de sombras en un panel fotovoltaico ocasiona que entren en funcionamiento los conocidos como diodos bypass en la caja de conexiones. Esta se encuentra en la parte posterior de la placa solar, concretamente es donde salen las terminales de interconexión. En ella se hallan marcados el positivo y el negativo del panel y en su interior se ubican los diodos de protección bypass —los cuales evitan los efectos que pueden producirse por la presencia de puntos calientes, así como por los sombreados—.

Pues bien, tanto los puntos calientes, así como las sombras, hacen que los diodos entren en funcionamiento y que se produzcan escalones en la curva I-V, o lo que es lo mismo, que la producción de energía disminuya —ahora bien, se evita que una célula o varias acaben deteriorándose—. Para que te hagas una idea, un panel solar con 20 células cuenta con un total de 3 diodos de bypass en la caja de conexiones. Si en algún momento, uno de estos paneles recibe sombra se activa uno de ellos y el panel acaba produciendo un tercio menos de lo que debería en ese momento. El diodo bypass se activa cuando la suma de los voltajes positivos de las células que no están recibiendo sombras —pero que están asociadas en serie con el panel de la célula sombreada— superan el voltaje negativo de esta. Si este voltaje llega a una cantidad igual a la de activación del diodo bypass, entonces este comienza a conducir la energía y a ofrecer un camino alternativo para la corriente evitando los sobrecalentamientos o puntos calientes.

Y es que cuando una o varias células se calientan por sombras en paneles solares lo que ocurre es que se revierte el proceso. Es decir, se pasa de producir electricidad a consumirla —debido a la polarización de las células—, lo que puede dar lugar al mencionado sobrecalentamiento que, sin diodos, la deteriorarían.

Cálculo de sombras en paneles solares

Existen varias formas de calcular las sombras en los paneles solares. Por ejemplo, utilizando aplicaciones para el teléfono móvil con las cuales se puede comprobar las trayectorias del sol en los solsticios e, incluso, en cualquier fecha y momento del año —como Sun Seeker—. Esta aplicación permite a través de la cámara ver la trayectoria del sol en el solsticio de invierno —la más crítica durante todo el año—. Ahora bien, si queremos hacer una instalación y saber exactamente cuáles serán los puntos de sombras y cuáles no de manera manual, entonces podemos realizar un cálculo de sombras en paneles solares para conocer la distancia mínima (dmin) que deben tener de separación los módulos fotovoltaicos. En este último caso, lo que debemos hacer es lo siguiente:

1. Calcular ángulo θz. Para ello debemos aplicar la fórmula ángulo θz = Ángulo de latitud del lugar + 23.5º.
2. Calcular el ángulo ɣs para saber cuál es la sombra más crítica durante todo el año. Esta fórmula es ɣs = 90º – θz.
3. Calcular la fórmula de distancia mínima entre los distintos módulos. Esta es igual a dmin = b · [sin (ɣs + β) / sin ɣs].
   1. β: ángulo de inclinación del módulo.
   2. b: largo del módulo fotovoltaico.
   3. ɣs: ángulo crítico en el solsticio de invierno.

Pérdidas por sombras en paneles solares

Como explicábamos en los puntos anteriores, las sombras en los paneles solares pueden ocasionar pérdidas en la producción de energía —por lo que no estaremos optimizando el funcionamiento de nuestra instalación solar—. A ello se suma, además, las posibles consecuencias de un punto caliente —o hot spot— que puede ocasionar un sobrecalentamiento. Recuerda que los diodos bypass que tienen cada panel solar sirven para hacer un puenteo de la corriente eléctrica con el fin de evitar que esto suceda, así como para evitar tener pérdidas por sombras en paneles solares. Ahora bien, dependiendo de la calidad de las placas solares estos pueden ser más o menos efectivos.

Solución a sombras en paneles solares

Hay dos cosas que debemos tener cuenta para poner solución a sombras en paneles solares. Lo primero de todo es realizar un cálculo de sombras en paneles solares —sobre todo cuando tienes una gran instalación o varias placas conectadas en serie y/o en paralelo—. La distancia entre paneles solares para evitar sombras nos indica la distancia mínima a la cuál deben colocarse unos de otros para evitar que con la inclinación de los mismos y la del sol se produzcan sombras entre sí. Más arriba hemos explicado cómo se debe realizar el cálculo y las fórmulas que debemos aplicar.

Lo siguiente que debemos hacer para poner solución a sombras en paneles solares es conocer la inclinación que deben tener los paneles solares en los distintos solsticios. Por supuesto, todo depende de la región y del país. En el caso de España la inclinación ideal para las placas solares varía entre los 20º y 40º dependiendo de la latitud. Cuanto más cerca esté del ecuador menor será el ángulo de inclinación —puesto que los rayos solares inciden de manera más perpendicular—. En el sur de la península la inclinación suele rondar en torno a los 20º y 25º y en el norte en torno a los 40º. Como decíamos, la inclinación está muy relacionada con la distancia entre paneles solares para evitar sombras.

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