Ingeniería Solar

Ingeniería Solar

La tierra recibe aproximadamente 170 PGh (millones de GWh) de energía solar, lo cual corresponde a sólo una pequeña fracción de la energía total que irradia el sol, pero si se pudiera aprovechar esta energía por una hora, bastaría para saciar las necesidades energéticas de la humanidad por un poco más de un año. (Dunlop, 2012) (Jeff, 2014). Lo anterior, sumado a la necesidad de generación de energía renovable y la creciente demanda energética hace a la generación solar un campo de gran potencial, el cual debe formar ingenieros capaces de poder responder por todos los aspectos involucrados en proyectos de generación de energía térmica y fotovoltaica.

Actualmente, en países como Estados Unidos, Suecia, Alemania y otros, existen estudios en Ingeniería Solar que forman profesionales capaces de diseñar, ejecutar y revisar planes para la generación de energía solar. Un ingeniero de energía solar debe tener fuertes bases de ingeniería eléctrica, mecánica y estructural, así como conocimientos de administración y gestión de recursos y proyectos renovables en orden de llevar a cabo los diferentes estudios que se requieren en un proyecto de generación de energía solar.

En la parte técnica, existen muchas variables y consideraciones. En este artículo revisaremos estudios de carga, de sombra, de optimización de ángulos de paneles según posición geográfica y momento del año.

  • Estudio de carga:

¿Sabe cuanta potencia requiere su sistema solar? ¿Se puede evitar los envío excedentes hacia a la red? ¿Qué tamaño debe tener mi banco de baterías? ¿Cuánta autonomía necesita su sistema con base en su consumo? Estas dudas y otras relacionadas aparecen para nuestros clientes que ha demostrado interés en un proyecto de energía solar y que pueden ser resultas a través de la ingeniería solar.

Una factura eléctrica no basta para saber cómo debe ser tu sistema ya que ésta sólo reporta el consumo mensual, pero no el uso diario, que es lo que se requiere para poder identificar que el sistema que funciona para ti. Si quiere un dispositivo atado a red, por ejemplo, es necesario no enviar ningún excedente a la red ya que en Colombia no hay la normativa para la venta de excedentes. Si deseas un sistema autónomo e independiente es indispensable conocer cuánta energía y cuánto tiempo se debe almacenar para cumplir con tu demanda energética.

En un estudio de carga se utilizan analizadores de redes para calcular todas las conductas y los medidas del sistema eléctrico de tu edificio u hogar hora a hora.  Con esta información, se procede a identificar los picos de consumo y el consumo total, para así optimizar el sistema y dimensionar el sistema solar para que cumpla con todas tus expectativas.

  • Estudios de sombra:

En un sistema solar es indispensable que los paneles reciban la cantidad de radiación solar para la que fueron diseñados, por lo tanto, debemos realizar un estudio, apoyados en la ingeniería solar,  en el que determinemos la sombra que obstáculos cercanos generen sobre los paneles a lo largo del año y retirarlos si es necesario. Existen diversos instrumentos que muestran la sombra a lo largo del año y que tanta energía se puede generar en un sistema solar afectado por esta sombra, entre ellos el Solar Pathfinder. En la Ilustración 1, se muestra un ejemplo de un resultado de un Solar Pathfinder.

Ingeniería solar

Ejemplo Pathfinder (Solar Pathfinder, 2016)

El resultado de la imagen anterior funciona específicamente para cierto rango de latitudes de la tierra (en este caso de 37º a 43º latitud norte) y muestra en cuales meses habrá sombra según los obstáculos de la zona. Todo lo que está por encima de la línea blanca gruesa representa sombra, mientras que en lo que está bajo ésta habrá luz. Se puede notar fácilmente que de aproximadamente 4:15 a 5 de la tarde, un panel ubicado en este lugar estará sombreado durante todo el año. Adicionalmente, los números pequeños en las líneas de los meses muestran el porcentaje de radiación que se podrá aprovechar durante ese mes.

  • Estudio de optimización de posicionamiento de paneles:

La tierra gira alrededor del sol en una órbita elíptica y con una inclinación que varía entre -23.5 y 23.5 con respecto al plano del sol (razón por la cual existen las estaciones). Por esto, y para sacar el mayor provecho de la radiación solar, la posición de los paneles solares idealmente no debería ser fija, sino seguir al sol permanentemente. La Ilustración 2 muestra que la orientación de los paneles se describe por el ángulo de azimut y el ángulo de inclinación.

Ingenieria solar

Orientación de un panel (Brooks & Dunlop, 2013)

Pero dado que los sistemas de seguimiento solar son bastante costosos, la mayoría de proyectos son fijos y sólo se puede variar el ángulo de inclinación. Por lo que se recomienda que, si se está en el hemisferio norte, los paneles se orienten al sur (en el hemisferio sur al norte) y que tengan un ángulo de inclinación igual a la latitud en la que se encuentren (si es invierno se recomienda 15º más de inclinación, si es verano 15º menos).

Parte del futuro del planeta depende de la disminución del calentamiento global (gases de efecto invernadero) y dado que la industria de generación eléctrica actual contribuye en gran medida al problema, es necesario una trayectoria profesional que forme expertos en Ingeniería solar que desarrollen proyectos de generación eléctrica a partir de recursos renovables (radiación solar, viento, biomasa, entre otros) que cambien el paradigma energético que se ha seguido durante siglos.  

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