Investigadores de la Universidad Politécnica de Madrid han llevado a cabo una revisión exhaustiva de las herramientas de modelización utilizadas para medir el modificador del ángulo de incidencia (IAM), un factor que describe cómo cambia la eficiencia óptica de los módulos fotovoltaicos (PV) a medida que los rayos solares se desvían de una línea perpendicular a la superficie del módulo.
El equipo explicó que las pérdidas por IAM en los sistemas fotovoltaicos son principalmente pérdidas por reflexión causadas por cambios en las propiedades ópticas de los materiales cuando la luz pasa del aire a las células solares. Estas pérdidas son más pronunciadas en los paneles afectados por la suciedad. «Las pérdidas anuales por IAM, normalmente denominadas pérdidas angulares anuales (AAL), representan entre el 1 % y el 5 % del rendimiento energético anual de las plantas fotovoltaicas a escala industrial», subrayaron los investigadores. «Esto es lo suficientemente significativo como para tenerlo en cuenta a la hora de modelar el rendimiento del sistema».
El equipo de investigación describió seis modelos IAM: el modelo ASHRAE, el enfoque más sencillo, adoptado por la Sociedad Americana de Ingenieros de Calefacción, Refrigeración y Aire Acondicionado (ASHRAE); el modelo Air-Glass, que solo tiene en cuenta la interfaz aire-vidrio y utiliza un único valor de índice de refracción (n); el modelo Martín-Ruiz, recomendado específicamente en la norma IEC 61853-2 para describir los resultados experimentales correspondientes a la IAM; la base de datos Sandia IAM, que los científicos describieron como «ya no compatible» y «obsoleta»; el modelo físico, basado en las leyes de Snell y Bouguer; y el modelo Eye-Sensitivity, que simula cómo el ojo humano se adapta a los distintos niveles de luz, especialmente en entornos de alto rango dinámico.
Tras la evaluación, el equipo descartó el modelo Sandia por no ser compatible y el modelo físico por su complejidad. Los cuatro modelos restantes se implementaron para simular las caras delantera y trasera de los módulos fotovoltaicos en SISIFO, una herramienta de simulación del rendimiento fotovoltaico disponible en versiones gratuita y premium.
«A continuación, se llevó a cabo un amplio ejercicio de simulación, que abarcó tanto los paneles fotovoltaicos estáticos como los seguidos en tres latitudes diferentes, con el objetivo de comprender el impacto de las pérdidas IAM y la compatibilidad entre los diferentes modelos IAM», explicaron. «Esto permite validar las mejoras del software con respecto a las plantas fotovoltaicas reales, lo que reduce la incertidumbre en los cálculos de energía anual».
Para evaluar el impacto real de las pérdidas IAM y la eficacia de los modelos propuestos, los investigadores realizaron simulaciones de las pérdidas de radiación AAL frontales en tres emplazamientos de diferentes latitudes, utilizando dos tipos de instalaciones fotovoltaicas monofaciales basadas en estructuras fijas y seguidores de un solo eje, respectivamente.
Los resultados indicaron que el modelo Air-Glass sobreestima las pérdidas angulares anuales para la irradiancia directa y reflejada, mientras que subestima las pérdidas para la irradiancia difusa isotrópica. Por su parte, el modelo Eye-Sensitivity predijo sistemáticamente una AAL significativamente menor que los demás modelos.
El modelo Martín-Ruiz destacó como el único capaz de calcular la pérdida angular anual adicional causada por la suciedad. «A modo de referencia, para una pérdida del 2 % en la irradiancia perpendicular debido a la suciedad, este modelo estima una AAL adicional del 0,5 %, 0,9 % y 1,2 % para los seguidores de un solo eje en Chile, España y Suecia, respectivamente, y del 1,0 %, 1,3 % y 1,7 % para las instalaciones fotovoltaicas estáticas. Esto subraya nuestra recomendación de incorporar esta pérdida adicional en otros modelos que no la tienen en cuenta», señaló el equipo.
Los investigadores concluyeron que su revisión proporciona una herramienta valiosa para medir las pérdidas IAM en módulos fotovoltaicos con recubrimientos de vidrio desnudo o antirreflectantes (AR). «Las pérdidas anuales entre los distintos modelos fueron consistentes, con una diferencia inferior al 0,2 %, lo que garantiza una precisión fiable en todos los casos. En general, las pérdidas energéticas anuales oscilan entre el 1 % y el 5 %, dependiendo del modelo IAM utilizado», afirmaron.
Su trabajo se presenta en «Pérdidas angulares en la estimación de la energía fotovoltaica: revisión de modelos y análisis comparativo utilizando la herramienta de simulación mejorada SISIFO», publicado en Renewable and Sustainable Energy Reviews.
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