Importante
La superficie del panel solar debe soportar muy bien las inclemencias meteorológicas del lugar en los días invernales.
4.3. Cálculo de inclinación óptima
Los paneles están compuestos por una superficie útil y un soporte que los mantiene inclinados a la vez que los sujeta estructuralmente a la superficie.
La latitud terrestre del punto donde se sitúen los paneles solares o fotovoltaicos será la que indique la inclinación óptima que estos deben tener con respecto a la superficie horizontal.
La latitud es el ángulo comprendido entre la línea horizontal que pasa por el centro de la Tierra, representada por el Ecuador, y la línea que pasa por el punto considerado (punto A), unida también con el centro de la Tierra.
Un punto en la superficie de la Tierra puede tener latitud norte, de 0° a 90°, y latitud sur, también de 0° a 90°. Los polos Norte y Sur son los extremos de latitud 90°, encontrándose el Ecuador a una latitud 0°.
Teniendo en cuenta todo lo anterior, la inclinación óptima de los paneles será de 10° por encima de la latitud del punto en invierno y de 10° por debajo en verano.
| Tabla recomendada de inclinaciones óptimas | ||
| Periodo de utilización | Ángulo de inclinación ideal | |
| Consumo preferente en invierno | → | α = latitud de la instalación +10° |
| Consumo preferente en verano | → | α = latitud de la instalación –10° |
| Consumo anual constante | → | α = latitud de la instalación |
Como ejemplo, si la instalación se encuentra a 43° de latitud, el máximo aprovechamiento en verano de la incidencia de los rayos solares será cuando se sitúen los paneles con una inclinación de α = 33° con respecto a la horizontal donde estén situados.
| Latitud de algunas ciudades españolas |
| San Sebastián = 43,19° N |
| Madrid = 40,24° N |
| Málaga = 36,43° N |
Actividades
11. Buscar la latitud a la que se encuentra actualmente y estimar la inclinación óptima de los paneles en un campo cercano para la época actual del año.
4.4. Sombras y mapas de trayectoria
En el desarrollo del proyecto de instalaciones solares hay que tener muy en cuenta no solo la orientación del sur geográfico y la latitud, sino que interviene además el movimiento de la Tierra alrededor del Sol que, debido a la inclinación de su eje, genera las cuatro estaciones.
De esta forma, existen tres puntos importantes a lo largo del año: el solsticio de invierno, que se produce el 21 de diciembre y en el que la altura del Sol es la más baja, siendo el día más corto y las sombras más alargadas; el solsticio de verano, el día 21 de junio, con el máximo de horas solares por la máxima altura solar con sombras más cortas; y los dos equinoccios, el 21 de marzo y el 21 de septiembre, en los que coinciden en horas el día y la noche.
Las sombras de los edificios colindantes pueden reducir el rendimiento de la instalación, por lo que se estudiarán también las trayectorias a lo largo del año.
El siguiente esquema representa la trayectoria del Sol en los tres puntos, así como la orientación óptima de los paneles solares para un aprovechamiento máximo de la incidencia de los rayos solares.
4.5. Cálculo de pérdidas por sombra
La rentabilidad de la instalación urbana en edificios y naves, o en los campos de paneles solares, siempre está en relación directa con las horas de Sol de las que se dispone, por lo que la existencia de sombras reduce notablemente el rendimiento de la instalación.
Para una superficie en planta, la separación óptima de los paneles inclinados deberá ser tal que no genere sombras en el panel contiguo. Como es lógico, la superficie de paneles siempre será menor que la superficie en planta de la instalación.
El estudio de la separación está unido a la inclinación del panel, y esta a la latitud geográfica.
Un colector solar dejará de ser rentable cuando el tiempo diario de sombras sea superior al 20%. Una pérdida del 5% se considera correcta, aunque siempre es ideal el máximo.
La óptima separación entre paneles contiguos se realiza teniendo en cuenta el ángulo de latitud, que será aproximadamente igual a la inclinación del panel con respecto a la superficie horizontal y a la longitud de este. Interviene además un factor de corrección denominado k cuyo valor varía entre 1 y 2, y que tiene que ver con la propia latitud del campo de paneles.
Siendo h la altura vertical del panel inclinado, p la proyección en planta del panel inclinado, α el ángulo de inclinación, k el coeficiente de corrección y d la distancia entre la parte posterior de un panel y la delantera del contiguo.
Para el replanteo en el campo o la azotea de los paneles solares es más útil determinar la distancia D = d + p.
Aplicación práctica
Se dispone de una superficie rectangular de 160 m · 100 m para colocar paneles solares en una finca que se encuentra a latitud 45° norte. Considerando un factor k = 1,1, y colocando en principio los paneles inclinados a 40° con respecto a la horizontal, calcule la distancia de separación entre paneles para obtener la menor pérdida por sombra, sabiendo que son de dimensiones L = 3 m.
Calcule, asimismo, el número de filas que se pueden colocar en el lado de 160 metros, ya que este es el paralelo al sur geográfico.
SOLUCIÓN
Para el cálculo de la distancia mínima entre paneles solares, teniendo en cuenta la inclinación de estos, se calcula directamente con la fórmula:
d = L · senα · k
d = 3 m · sen 40° · 1,1 = 2,12 m
La distancia en proyección horizontal del panel a 40° es:
p = L · cosα
p = 3 m · cos 40° = 2,29 m
La distancia entre el comienzo de un panel y el siguiente será la suma de la separación entre ellos más la proyección del panel en planta:
D = d + p = 2,12 m + 2,29 m = 4,41 m
Por último, en el lado de 160 metros del campo solar se podrán colocar:
N = 160 m / 4,41 m = 36,28 → 36 paneles
5. Sistemas arquitectónicos y estructurales
La colocación final de los paneles en el edificio es una tarea a menudo difícil, ya que la variabilidad de orientación y las inclinaciones en los tejados dependen en parte de la posible aparición de sobrecarga de nieve en las latitudes más al norte. En el Sur, las terrazas permiten la instalación