La sombra es la mayor pérdida de rendimiento controlable en el diseño de sistemas solares. Un conjunto mal espaciado puede perder entre el 5% y el 15% de la generación anual debido al sombreado entre hileras, lo que equivale a descartar meses de producción durante la vida útil de un proyecto de 25 años. Acertar con el espaciado entre filas es una de las decisiones de mayor valor en la fase de diseño.
¿Por qué las pérdidas de sombra son desproporcionadas?
En un sistema inversor de cadena, los módulos de una cadena funcionan en serie. Cuando la fila inferior de un módulo (o la celda inferior en un módulo vertical) está sombreada por la fila del frente, no simplemente pierde su salida proporcional. La sección sombreada se convierte en un elemento de alta resistencia en el circuito en serie, activando diodos de derivación y potencialmente reduciendo la salida de todo el módulo sombreado, no solo el área de la celda sombreada. Esta pérdida desproporcionada es el "efecto cuerda" del sombreado.
Por ejemplo: una cadena de 20 módulos donde 1 módulo pierde el 50% de la producción debido al sombreado parcial entre hileras en un ángulo bajo del sol puede causar una pérdida de salida de la cadena del 15 al 25%, no del 2,5% (1/20 × 50%). Esta es la razón por la que la optimización del espacio entre filas es mucho más importante de lo que parece inicialmente.
La geometría del ángulo solar.
El sombreado entre hileras se produce cuando el sol está en un ángulo de elevación bajo, normalmente por la mañana y por la noche, y durante todo el día en invierno en latitudes medias y altas. El parámetro crítico de diseño es la Ángulo mínimo de elevación solar por encima del cual la fila de delante no proyecta sombra sobre los módulos de detrás..
La relación entre el paso de la fila, la inclinación del módulo, la altura del módulo y la sombra es:
- LONGitud de la sombra proyectada por una fila = altura del módulo × sin (inclinación) / bronceado (elevación solar)
- Para sombreado cero: paso de hilera ≥ longitud de la sombra + huella de la base del módulo
Diseñar para que no haya sombra en todo momento requeriría un espacio enorme, algo económicamente poco práctico. El enfoque aceptado en la industria es diseñar sin sombra entre hileras durante al menos 6 a 8 horas por día, con pequeñas pérdidas en ángulos bajos del sol temprano en la mañana y al final de la tarde (cuando la irradiancia también es baja y la penalización energética es menor).
Espaciado entre filas por latitud
| Latitud del sitio | Ángulo de inclinación típico | GCR (índice de cobertura del suelo) | Pérdida estimada de sombreado entre hileras |
|---|---|---|---|
| 10–20° (trópicos) | 10–15° | 0,40–0,50 | 1-3% |
| 20–35° (subtrópicos) | 20–25° | 0,35–0,45 | 2-4% |
| 35–45° (Mediterráneo) | 25–30° | 0,30–0,40 | 3-6% |
| 45–55° (Europa continental) | 30–35° | 0,25–0,35 | 4–8% |
| 55°+ (Norte de Europa) | 35–40° | 0,20–0,30 | 5-10% |
Seguidores de un solo eje: problema diferente, solución diferente
Los seguidores de un solo eje (SAT) cambian la geometría de sombreado porque el paso de las filas en relación con una referencia horizontal cambia a lo largo del día. La mayoría de las instalaciones SAT utilizan un algoritmo de "retroceso": en ángulos de elevación solar bajos, el seguidor se inclina hacia la horizontal para evitar proyectar una sombra en la fila adyacente, intercambiando cierta optimización del ángulo de salida para eliminar el sombreado entre filas. El retroceso normalmente recupera entre el 2% y el 5% de la generación anual que de otro modo se perdería debido a la sombra en los sistemas SAT.
Módulos bifaciales: el espaciado afecta el rendimiento de la parte trasera
Los módulos bifaciales generan energía desde las superficies delantera y trasera. La parte trasera captura la irradiancia reflejada del suelo: la contribución del "albedo". Una mayor relación de cobertura del suelo (filas más estrechas) reduce el área del suelo visible desde la parte trasera de cada módulo, lo que reduce la irradiancia de la parte trasera. Para los módulos bifaciales, el GCR óptimo es menor que para los monofaciales (normalmente entre 0,25 y 0,35) para permitir una contribución adecuada del albedo de entre un 5 y un 15 % adicional de generación posterior. Las herramientas de simulación (PVsyst, Bifacial_radiance) modelan esto explícitamente.
Diseño de cuerdas para minimizar el impacto de las sombras.
Más allá del espaciado entre filas, la configuración de las cadenas afecta la forma en que se propagan las pérdidas de sombreado:
- Encordado horizontal (este-oeste): Cada cadena contiene módulos en la misma posición de altura en cada fila; cuando la fila inferior está sombreada, la pérdida se distribuye proporcionalmente entre todas las cadenas. Lo mejor para un impacto de sombreado uniforme.
- Encordado vertical (de norte a sur, por fila): Cada cadena está contenida dentro de una sola fila; cuando una fila está sombreada, solo esa cadena se ve afectada. Puede ser mejor o peor dependiendo Arquitectura MPPT del inversor.
- Módulos de medio corte: Divida cada módulo en dos mitades eléctricas independientes, con diodos de derivación protegiendo cada mitad. Cuando el sombreado entre filas afecta solo a la mitad inferior de los módulos verticales, solo se activa el diodo de derivación de la mitad inferior, lo que reduce a la mitad la pérdida de salida por módulo sombreado en comparación con las celdas de corte completo.