Ingenieros eléctricos investigan posición óptima de paneles solares

¿Cuál es la posición óptima para que un panel solar genere más energía en Costa Rica? A esta pregunta respondieron investigadores

¿Cuál es la posición óptima para que un panel solar genere más energía en Costa Rica? A esta pregunta respondieron investigadores de la Escuela de Ingeniería Eléctrica (EIE) de la Universidad de Costa Rica (UCR), quienes determinaron la orientación e inclinación óptima de los sistemas fotovoltaicos, a fin de maximizar la producción de energía en diferentes puntos del país.

En Costa Rica, la importación de paneles solares y de instalaciones fotovoltaicas ha aumentado de forma considerable en los últimos cinco años y cada vez más personas invierten en el uso de paneles en sus hogares y en empresas, con el fin de satisfacer sus necesidades de consumo.

De acuerdo con los especialistas, Centroamérica se encuentra en una posición privilegiada para captar el calor del sol y transformarlo en energía eléctrica o térmica. La energía solar es una energía renovable o limpia, que puede convertirse en una opción alternativa.

El sol envía una cantidad casi inimaginable de energía hacia el planeta Tierra, alrededor 100 mil millones de millones de watts. De ahí que este astro podría proporcionar en una hora la energía suficiente para suplir las necesidades energéticas actuales de toda la población mundial.

Es por eso que a nivel global se investiga sobre cómo aprovechar al máximo el potencial energético del sol con los sistemas ya existentes y con el desarrollo de nuevas tecnologías.

El proyecto de la EIE fue desarrollado por el estudiante Josafat Trejos, con la supervisión de los profesores Ing. Andrés Arguello, Dr. José David Rojas y Dr. Gustavo Valverde, del Laboratorio de Investigación de Sistemas de Potencia (Eperlab) y el Laboratorio de Investigación de Ingeniería de Control (Cerlab).

Medología

En el estudio se utilizaron datos satelitales de irradiación en diferentes partes del país, y por medio de detallados modelos matemáticos se aproximó la posición del sol en los siguientes 20 años, para estimar cómo se puede maximizar la producción de energía de los sistemas fotovoltaicos.

“La idea es que por medio de pequeños cambios en la inclinación y orientación de los sistemas fotovoltaicos se logre aprovechar al máximo el potencial de producción de los mismos”, detalló el Dr. Rojas, quien reconoció que mejorar en un 5 % la producción de energía requiere un gran esfuerzo en términos de investigación.

Por lo general, las empresas comercializadoras de paneles solares recomiendan colocarlos en los techos de casas y edificios orientados hacia el sur y con una inclinación de 10 grados.

Trejos explicó que se utilizaron datos satelitales de irradiancia, que consiste en la energía proveniente del sol y se puede medir desde la superficie terrestre, proporcionados por una empresa, y la posición solar en relación con un panel, que se obtuvo mediante un programa computacional desarrollado en la misma EIE.

Con estos elementos se aplicó un algoritmo que toma en cuenta la posición del sol, la temperatura del ambiente y la irradiancia directa, difusa y reflejada; es decir, la que llega de forma directa al panel, la que pasa a través de las nubes y la que es reflejada por otras superficies como el suelo o paredes de edificios, respectivamente.

El algoritmo también contempla las pérdidas que ocurren desde que incide la luz en el panel hasta que llega al inversor por factores como el polvo, sombras, imperfecciones de fabricación, pérdidas en cables y conexiones, entre otros factores. Dichas pérdidas representan cerca de un 14 %.

Para hacer los cálculos, se recogieron datos cada hora durante un año, en varios sitios de Costa Rica: Plaza de la Cultura, Santa Ana, San Ramón de La Unión, Pérez Zeledón, Aeropuerto Juan Santa María, Instituto Tecnológico de Costa Rica, parque central de Heredia, volcán Miravalles y Aeropuerto Internacional de Limón.

Resultados

Los resultados indicaron que en San José centro la posición óptima es 26 grados de inclinación, con una desviación hacia el este (desde el sur) de 68 grados. En esta posición, un sistema fotovoltaico de 2 kW produciría diariamente 7,69 kWh (kilowatt hora), más de la energía necesaria para una vivienda. Un hogar costarricense consume en promedio 7 kWh por día, 220 kWh por mes.

El estudio demostró que los sitios con mayor producción son Alajuela con 4 kWh por día (con sistema de 1 kW), Santa Ana, San José y Cartago. Mientras que Limón es la zona con más baja producción, con 3,2 kWh por día (con sistema de 1 kW). La producción en cada zona se ve afectada también por factores climáticos como la temperatura en la superficie del panel y la precipitación que interfiere en la llegada de la irradiación a los paneles solares, explicó el Dr. Rojas.

Como parte del estudio se calculó la diferencia entre la producción mensual de energía de un panel solar en la posición típica y en la posición óptima durante un año. La diferencia mayor se observó en San José, en donde la producción fue de un 4 % más por mes, al utilizar la posición óptima.

Si se colocan los paneles solares en la posición óptima beneficiaría a los usuarios, pues al producir más energía propia deben comprar menor cantidad de energía a las empresas de distribución de electricidad. Esto significa que su panel se va a pagar más rápido y se obtendrá una devolución de la inversión en menos tiempo.

Capacidad instalada

Datos de la Autoridad Reguladora de los Servicios Públicos (Aresep) indican que en Costa Rica existe una capacidad instalada de 3748 kW (3,7 MW) en sistemas fotovoltaicos interconectados a la red eléctrica.

Esto incluye a usuarios del Instituto Costarricense de Electricidad (3042kW), la Compañía Nacional de Fuerza y Luz (623 kW) y la Empresa de Servicios Públicos de Heredia (82 kW).

Según los especialistas de la Escuela de Ingeniería Eléctrica de la UCR, si todos los paneles del país conectados a la red estuvieran colocados en la posición óptima (438 436,3 kWh/mes) en comparación con la producción (424 919,3 kWh/mes), esta diferencia representaría 13 517 kWh por mes, energía suficiente para abastecer a 60 casas.

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