Un grupo de investigadores de la Universidad Nacional Australiana (ANU) y el fabricante de sistemas fotovoltaicos Sundrive, con sede en Sidney, han utilizado técnicas de trazado de rayos Monte Carlo (MCRT) y modelado eléctrico para evaluar las ganancias de rendimiento energético que ofrecen los sistemas fotovoltaicos bifaciales sobre tejado en comparación con sus homólogos monofaciales.
Los científicos explicaron que su marco de modelado combina el MCRT con un modelo eléctrico detallado de módulos fotovoltaicos bifaciales de alta eficiencia, que, según ellos, aborda las limitaciones típicas asociadas con el modelado tradicional del factor de visión (VF).
“En concreto, el enfoque resuelve las complejidades de los factores del mundo real, incluidos los fenómenos de desajuste, tanto a nivel de célula a célula como de matriz, derivados de los efectos de iluminación no uniforme y de los efectos de borde”, señalaron. “Además, tiene en cuenta meticulosamente los efectos de iluminación no uniforme derivados de los marcos de los módulos y los componentes de montaje, un aspecto que a menudo se pasa por alto en modelos anteriores”.
El método propuesto consta de cuatro pasos: Modelado óptico; modelado térmico; modelado eléctrico; e integración. El modelo MCRT evalúa la luz directa y difusa por separado y combina los resultados basándose en los valores medidos de irradiancia directa y difusa en cada paso temporal.
El grupo de investigación utilizó el marco MCRT para analizar el rendimiento de dos filas de ocho módulos solares cada una con una distancia constante entre filas de 5 m. Los módulos están montados en bastidores inclinados en diferentes ángulos a más de 20 cm por encima de la superficie del tejado. “Es importante señalar que nuestra exploración del diseño del sistema no se extiende a consideraciones sobre el espaciado de los módulos u otros factores de diseño que influyen en el rendimiento óptimo del sistema”, dice en referencia a las limitaciones de su técnica.
El análisis demostró que la reflectividad del tejado es un factor clave para aumentar el rendimiento de un sistema fotovoltaico bifacial sobre tejado. Los investigadores descubrieron que los sistemas bifaciales pueden proporcionar ganancias de energía hasta un 22,6% superiores a las de los sistemas monofaciales. “Además, la investigación reveló que la reflectividad del tejado también influye en el ángulo de inclinación óptimo de los módulos bifaciales”, subrayaron. “En comparación con los módulos monofaciales, los módulos bifaciales presentan mayores ángulos de inclinación óptimos para la máxima generación de energía”.
Además, el análisis demostró que el diseño del sistema y del módulo también desempeña un papel decisivo en el aumento del rendimiento energético, siendo especialmente beneficiosas las interconexiones paralelas de los sustratos superior e inferior. “Sin sustratos paralelos, la ganancia bifacial se redujo en un 0,9 % para un sistema con componentes de montaje en un tejado reflectante al 75 %”, señalaron los científicos.
Sus hallazgos se presentaron en el estudio “Accurate modeling of the bifacial gain potential of rooftop solar photovoltaic systems” (Modelado preciso del potencial de ganancia bifacial de los sistemas solares fotovoltaicos en tejados), publicado recientemente en Energy Conversion and Management.
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