¿Funcionan eficazmente los paneles solares a la sombra?

Los paneles solares suelen verse afectados por sombras de distintas fuentes, que pueden ser estacionales y variar de una casa a otra. Las sombras pueden ser de naturaleza dinámica, como las de las nubes en movimiento, la nieve, los excrementos de aves o el polvo, o estática, como las de los edificios o los árboles. Las sombras se deben a obstáculos del entorno; las fuentes dinámicas son temporales y las estáticas, más duraderas.

A pesar de ello, los paneles solares siguen funcionando a la sombra. La mayoría de los paneles solares de tejado empiezan a generar electricidad poco después del amanecer en los días despejados. Pero ¿la sombra afecta a la eficiencia de la generación de energía de los paneles solares?

En este artículo, explicaremos el impacto de la sombra en su rendimiento y eficiencia, y presentaremos 3 soluciones flexibles para la sombra en los paneles solares.

 

 

¿Qué ocurre si un panel solar del conjunto queda a la sombra?

Los paneles solares generan electricidad mediante el efecto fotovoltaico, que ocurre cuando la luz solar incide en la superficie de las células solares del panel. Estas células solares suelen estar fabricadas con materiales semiconductores, como el silicio, que absorben fotones de la luz solar y liberan electrones. Este flujo de electrones genera una corriente eléctrica que se puede aprovechar como electricidad.

El principio de los paneles solares indica que producen electricidad en proporción directa a la exposición a la luz solar. La sombra sobre un panel solar reduce la luz solar que llega a las células y, por consiguiente, disminuye su producción eléctrica.

Los paneles solares se pueden conectar en serie o en paralelo. Sin embargo, incluso con condiciones de iluminación y especificaciones del sistema de paneles solares idénticas, la sombra afecta a los paneles de manera diferente según el método de conexión.

 

¿Cómo afecta la sombra a los paneles solares conectados en serie?

En la mayoría de los casos, los paneles solares se conectan en serie. Normalmente se conectan así para aumentar la tensión, reducir las pérdidas de corriente y simplificar el diseño y la instalación del inversor.

Sin embargo, si el lugar de instalación tiene zonas de sombra, añadir paneles solares en serie no es la mejor configuración. Si un panel queda a la sombra, la corriente disminuirá. En una conexión en serie, la corriente la determina el valor más bajo del conjunto.

Supongamos que tres paneles solares de 200 W, con una tensión de máxima potencia de 21 V y una corriente de máxima potencia de 9,52 A, están conectados en serie. En condiciones ideales, el conjunto producirá 600 W de potencia.

Si un panel solar está a la sombra, la corriente podría bajar a 5 A, mientras que el voltaje permanece sin cambios. La potencia final sería de 315 W (5 A x 21 V x 3), y la eficiencia general de la cadena disminuiría un 48,5 %.

En este caso, la instalación de diodos de bypass puede aislar el panel solar sombreado y redirigir la corriente, «puenteando» los paneles que funcionan por debajo de su capacidad para que ya no afecten a todo el sistema. Sin embargo, esto sigue provocando la pérdida de la potencia de los paneles puenteados. En el escenario descrito, la potencia total de la cadena sería de 400 W.

 

¿Cómo afecta la sombra a los paneles solares conectados en paralelo?

En los sistemas de paneles solares conectados en paralelo, el impacto del sombreado es relativamente mínimo porque, en los circuitos en paralelo, el voltaje permanece constante mientras que las corrientes se suman. Por ejemplo, si se conectan en paralelo tres paneles con un voltaje de máxima potencia de 21 V y una corriente de máxima potencia de 9,52 A, el sistema generará idealmente 600 W de potencia.

Si uno de los paneles solares está a la sombra y la corriente se reduce a 5 A, la potencia total del sistema de paneles solares sería de aproximadamente 505 W ((9,52 + 9,52 + 5) A x 21 V). Esto representa una disminución del 16 % en la eficiencia de generación eléctrica.

 

¿Qué eficacia tienen los paneles solares a la sombra?

Como regla general, la energía que producen los paneles solares se reduce aproximadamente a la mitad cuando están a la sombra y no reciben luz solar directa.

Sin embargo, la eficiencia de los paneles solares a la sombra no tiene un valor exacto, ya que depende de varios factores. Incluso con paneles solares de especificaciones idénticas y áreas sombreadas iguales, el impacto varía según las condiciones. Influyen factores como la intensidad de la luz, la ubicación geográfica, el ángulo de inclinación del tejado y la orientación.

A pesar de ello, el sombreado no significa que no puedas beneficiarte de los paneles solares residenciales si tu tejado está en sombra durante todo el día. Con una distribución diseñada cuidadosamente o mediante el uso de ciertas tecnologías, es posible superar los problemas de sombreado.

 

Soluciones para el sombreado de los paneles solares

Los diodos de bypass y los paneles solares conectados en paralelo mencionados anteriormente pueden mitigar en cierta medida la disminución de la eficiencia de generación eléctrica causada por el sombreado, pero no siempre son las mejores soluciones.

Por ejemplo, es posible que las cadenas en paralelo no cumplan los requisitos de voltaje, y los diodos de bypass solo pueden reducir a cero la contribución de potencia de los paneles solares sombreados.

No pueden maximizar la energía recogida de los paneles sombreados para minimizar las pérdidas.

Además de estos dos métodos, presentaremos 4 tipos de dispositivos para maximizar la eficiencia de generación eléctrica de los sistemas de paneles solares con mayor flexibilidad, garantizando que los paneles sombreados no afecten al rendimiento de los demás paneles del sistema.

 

Solución 1 - Microinversor

Los microinversores son adecuados para solucionar los problemas de sombras porque convierten la CC en CA a nivel de panel, lo que permite que cada panel solar de la instalación funcione de manera independiente. Esto significa que, aunque un panel solar esté en sombra, puede seguir generando electricidad con la luz solar disponible, mientras que los demás paneles continúan produciendo energía a su máxima capacidad.

 

Solución 2 - Inversor con detección de sombras

Algunos fabricantes integran diodos de derivación en sus paneles solares. Como estos diodos permiten que el inversor «salte» los paneles con sombras en vez de funcionar con una corriente más baja, la curva de potencia de una instalación parcialmente sombreada es diferente a la de una instalación sin sombras. Como se muestra en la figura siguiente, la primera tendrá varios picos.

Sin embargo, los algoritmos tradicionales de seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT) no pueden seguir el punto de máxima potencia global (GMPP) cuando hay sombra parcial, por lo que el inversor elige un MPP subóptimo (punto de máxima potencia local).

Para resolver este problema, puedes optar por un inversor con detección de sombras, como el PowMr inversor de almacenamiento de energía de la serie SOLXPOW. Incorpora un avanzado algoritmo de seguimiento del MPP con detección de sombras, que analiza continuamente los puntos de potencia a nivel de cadena y a intervalos regulares para determinar el punto de máxima potencia global (GMPP) exacto. A continuación, ajusta el punto de funcionamiento según este GMPP para maximizar el rendimiento de la instalación fotovoltaica en caso de sombras.

 

Solución 3 - Inversor solar con varios MPPT

Los inversores con varios MPPT se usan habitualmente en tejados con distintas orientaciones y ofrecen una solución eficaz contra las sombras. Si se planifica cuidadosamente la cantidad y la distribución de las instalaciones solares en el tejado según su estructura y las condiciones de iluminación, cada instalación puede conectarse a inversores equipados con dos o más seguidores del punto de máxima potencia (MPPT). Estos seguidores ajustan el voltaje para adaptarlo de forma constante al rango de entrada preferido del inversor, maximizando la extracción de energía de cada cadena de paneles solares, incluso en condiciones de sombra parcial.

En esencia, los inversores con varios MPPT permiten el funcionamiento independiente de cada cadena y optimizan la producción en condiciones de sombra variables. Esta flexibilidad garantiza que la sombra afecte mínimamente al rendimiento del sistema, lo que reduce la pérdida de energía y mejora la eficiencia general.

 

Solución 4 - Controlador de carga / inversor para funcionamiento en paralelo

Controlador de carga solar para funcionamiento en paralelo

Al igual que con varios inversores MPPT, puedes diseñar cada cadena de forma flexible según las condiciones reales y conectarlas a cada controlador de carga solar en una conexión en paralelo.

Una vez montado todo el sistema de energía solar, cada controlador de carga realiza un seguimiento óptimo de los puntos de funcionamiento de los distintos sistemas de paneles solares. Después, la comunicación en paralelo especializada permite intercambiar datos para maximizar la producción de energía y cargar las baterías de forma segura.

Inversor solar para funcionamiento en paralelo

Los inversores para funcionamiento en paralelo del sistema gestionan cadenas independientes, lo que garantiza que los conjuntos de paneles solares a la sombra y expuestos al sol funcionen de forma independiente y eficiente. Esta configuración no solo optimiza la generación de electricidad, sino que también facilita la ampliación futura del sistema de paneles solares existente.

Estos inversores pueden admitir cargas de CA mayores y ampliaciones, por lo que son versátiles y rentables en comparación con los microinversores. Este diseño garantiza que cada conjunto funcione a su máximo rendimiento, sin verse afectado por las condiciones de los conjuntos adyacentes.

En general, los inversores en paralelo ofrecen robustez en el diseño del sistema, lo que permite tanto las operaciones actuales como el crecimiento futuro de la capacidad de energía solar y, al mismo tiempo, puede reducir los costos totales de instalación.

 

Problemas habituales de la iluminación solar

¿Pueden funcionar los paneles solares sin luz directa?

Los paneles solares pueden generar electricidad incluso sin luz solar directa. Pueden seguir produciendo energía en días nublados o cuando el cielo está parcialmente cubierto. Esto se debe a que pueden aprovechar la luz solar difusa y convertirla en electricidad mediante sus células fotovoltaicas. Aunque son más eficientes bajo la luz solar directa, pueden funcionar con niveles de eficiencia reducidos en condiciones de luz indirecta.

 

¿Funcionan los paneles solares en días nublados o lluviosos?

Sí, los paneles solares pueden funcionar tanto en días nublados como lluviosos. Aunque su eficiencia puede ser menor que en los días soleados, todavía pueden generar electricidad. El tiempo nublado reduce la intensidad de la luz solar que llega a los paneles, pero estos aún pueden convertir la luz disponible en electricidad. Por lo general, la lluvia no afecta su funcionamiento, aunque una lluvia muy intensa o los residuos podrían reducir temporalmente la producción hasta que se limpien.