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La configuración del seguidor solar, clave para reducir el LCOE

Álvaro Achaerandio, Director de Desarrollo de Negocio en STI Norland


El mercado actual de los seguidores solares traslada su foco al fenómeno del viento al ser uno de los principales factores en la disminución de la producción energética de un proyecto solar.


Los retos a los que se enfrenta el sector solar pasan por la máxima optimización de los recursos para reducir el coste nivelado de energía (o LCOE, levelized cost of energy). En este sentido, la elección del seguidor solar y su idoneidad con las condiciones de cada emplazamiento toman un papel relevante en el desarrollo de los proyectos.

 

Evolución en los seguidores solares
El inicio de los seguidores descentralizados ha estado dominado por dos configuraciones de referencia. Por una parte, los seguidores 1P, típicamente de 90 módulos por fila en posición vertical, que se caracterizan por requerir topográficamente terrenos generalmente planos. Por otra parte, los seguidores 2P (con dos paneles en vertical) crecen en altura con dos hileras de 45 módulos presentan la potencialidad de reducir cimentaciones y al ser más cortos, adaptarse bien al terreno. Sin embargo, esas ventajas iniciales, que favorecen sobre todo a la parte de construcción y son apreciadas por la empresa de EPC, se han visto desplazadas por incidentes de viento que han afectado sensiblemente al LCOE.

El desarrollo de los seguidores solares busca diluir el peso de la electrónica en el mayor número posible de módulos fotovoltaicos. Ambas configuraciones, 1Px90 y 2Px45, están frenadas en el crecimiento del número de módulos por seguidor, ya que a partir de ese tamaño (superficie de vela) empiezan a ser más visibles sus limitaciones.

A medio camino entre esas dos configuraciones se encuentran los seguidores bifila, introducidos en el mercado por el fabricante STI Norland y que, manteniendo las ventajas de la configuración 1P, permiten la instalación en solo 60 metros N-S de hasta 120 módulos distribuidos en dos filas. Los seguidores bifila cuentan con una fila motora que se une mediante un mecanismo de biela a la segunda fila esclava.

Estas diferencias resultan muy significativas al permitir diluir el coste de los actuadores y de la electrónica entre más módulos, reduciendo así el coste de energía.

Evolución de configuraciones de seguidores solares.


Integridad estructural
El viento genera unas solicitaciones sobre la cimentación que son proporcionales a la altura y al área contributiva. A su vez, cuanto menor es la longitud de hincado, mayores son las presiones en el terreno para que la cimentación esté en equilibrio.

Las máquinas de hincado directo habituales en el sector manejan postes de una longitud máxima de 4 metros. Por ello, las longitudes habituales de cimentación en la solución 2P son más cortas proporcionalmente que sus equivalentes en 1P, aumentando por ello el riesgo de rotura de terreno. 

Cimentación ideal y real en seguidores 2P.

Los seguidores 2P han aumentado su cuota de mercado en países como Chile, caracterizado por suelos duros que han necesitado de la ejecución de micropilotes, por lo que esa potencial debilidad no se pone de manifiesto.

La principal ventaja de la solución 1P del ya mencionado seguidor STI-H250™ es que su cimentación es versátil para cualquier tipo de terreno. Esto es de especial interés porque permite plantear proyectos con la misma tecnología cuando no son conocidas las características geotécnicas.

Por otro lado, la torsión es el modo que domina la inestabilidad del seguidor y es cuadrática con el ancho de la vela y proporcional a su longitud. Los seguidores 2P reciben un impacto más directo del viento y para llegar a la misma robustez que los 1P tienen que incrementar el dimensionamiento estructural a unos precios que el mercado no permite.

En cualquier caso, la estabilidad depende de la combinación de varios factores: masa, rigidez, amortiguación y posición de defensa.

 

El seguidor y otros aspectos prácticos
Uno de los aspectos más apreciados en la construcción de los seguidores 1P es su sencillez de montaje. La propia altura del seguidor permite un montaje ergonómico, sin necesidad de elementos auxiliares de elevación.

El bajo peso de las piezas y el manejo de pocas herramientas facilita un montaje ágil, sin las consideraciones de seguridad propias de montaje de altura en el caso de los seguidores 2P.

Instalación de seguidor solar 1P de STI Norland.


El seguidor y el módulo bifacial
La llegada de los módulos bifaciales permite capturar la radiación solar tanto por la parte delantera como por la trasera, mejorando la productividad de la planta. Un valor promedio razonable de ganancia bifacial en un seguidor solar horizontal puede estar en torno al 7% respecto al uso de módulos monofaciales.

No obstante, son varios los parámetros que intervienen en la ecuación de la ganancia bifacial, como el albedo, la altura normalizada, la separación entre filas, la localización, los sombreados, o la homogeneidad.

En ese sentido, está abierto el debate con relación al tipo de arquitectura que debe tener un seguidor para combinar mejor con la tecnología bifacial. En un primer momento, existía la creencia de que el seguidor 2P, al permitir separar los paneles, evitaba la sombra trasera del eje de torsión, teniendo una ventaja sobre los 1P.

Sin embargo, en un análisis más detallado, la propia viga de torsión bloquea la radiación hacia la cara trasera de los módulos y este bloqueo es superior cuanto mayor es la anchura del tubo.

Viga de torsión y soporte de módulos en configuraciones 1P y 2P.

Por el contrario, esa separación entre paneles requiere de una superficie adicional para mantener el mismo GCR (Ground Coverage Ratio). 

Las sombras pueden ser más relevantes por los propios perfiles que soportan los módulos, que son mucho más largos en la configuración 2P que en la 1P. En cualquier caso, las pérdidas de producción debidas a sombras por la estructura son un aspecto de segundo orden con respecto otros como el factor de vista.

El factor de vista, caracterizado como la altura normalizada, representa en esencia la superficie de suelo que ve el módulo. Para que el 2P absorba la misma cantidad de luz por la parte trasera, sencillamente los paneles tendrían que estar al doble de altura, lo cual tiene otras contraindicaciones para el seguidor.

Seguidores 3P, 2P y 1P con altura normalizada.

Para contrarrestar esta desventaja geométrica, los fabricantes de seguidores 2P defienden la creencia de que los módulos, por estar más altos, van a estar más refrigerados por efectos del viento.  

Sin embargo, estudios realizados en la planta solar de Moura (Portugal) evidenciaron claramente que las diferencias de temperaturas eran más acusadas en el eje horizontal que en el eje vertical. También habría que recordar que los estudios aerodinámicos muestran cómo el viento afecta principalmente a los seguidores exteriores y tiene, por el contrario, poco impacto en los interiores.

Por todo ello, cabría reflexionar que esta supuesta relación entre altura, refrigeración y producción también afectaría a los paneles monofaciales, pero no hemos visto en el sector evidencias de que se esté aumentando la altura de los paneles para que se refrigeren y aumenten su producción.

Seguidores azimutales de STI Norland instalados en 2009 en la planta solar de Moura.


Tendencias de mercado
La mayoría de los fabricantes de módulos solares han convergido a soluciones half-cell. Esta tecnología permite minimizar efectos de sombras y de mismatch (desequilibrio de producción entre distintas partes del panel). El hecho de que la caja de conexiones de los paneles half-cell esté justo encima de la viga a torsión tiene un especial encuentro con los seguidores 1P y su gestión de cableado.  

El mercado de módulos presenta una tendencia firme de mejorar prestaciones mediante células y módulos de grandes dimensiones. Por esta razón, los fabricantes de seguidores están adaptando sus conceptos a la nueva realidad de módulos en la cercanía de 600W. 

Los seguidores 1P parten con la ventaja de que ese aumento de dimensión no va a poner en entredicho sus ventajas tradicionales de hincabilidad, altura de seguidor, etc. Mientras que el concepto 2P, que implica un aumento de altura, va a alejar a esta solución de las cimentaciones basadas en hinca directa entre otras consideraciones.

Los nuevos módulos solares son de mayor tamaño.

Durante 2019, se observó una migración de ofertantes de seguidores 2P a la solución de bifila 1P, consolidándose esta tendencia en el sector. Este tipo de seguidores, que fue lanzado por primera vez en 2017, está ya operando en más de 20 plantas. Actualmente, la compañía STI Norland ha desarrollado la quinta generación de su seguidor bifila STI-H250™ con el objetivo de incrementar la producción y disminuir el coste de la energía, así como mejorar su capacidad de adaptación a las nuevas tendencias del mercado mencionadas.

 

Artículos sobre solar fotovoltaica | 25 de junio de 2020

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