Configuración de Solar Tracker, la clave para reducir el LCOE

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Fuente: https://www.altenergymag.com

El mercado de seguidores solares está cada vez más centrado en el papel del viento como factor decisivo que conduce a la reducción de la generación de energía del proyecto solar.

Configuración de Solar Tracker, la clave para reducir el LCOE

La industria solar enfrenta desafíos relacionados con la necesidad de optimizar los recursos con el objetivo de reducir el costo nivelado de energía (LCOE). En este sentido, la selección del seguidor solar y la idoneidad del seguidor solar para las condiciones específicas de cada sitio son fundamentales para el desarrollo del proyecto.

Evolución del seguidor solar

Las primeras etapas de los rastreadores descentralizados han estado dominadas por dos configuraciones de referencia. Por un lado, los rastreadores 1P generalmente comprenden 90 módulos por fila en posición vertical y, topográficamente hablando, requieren terrenos en su mayoría planos. Por otro lado, los  rastreadores 2P (configuración vertical de dos paneles) de mayor altura y dos filas de 45 módulos tienen una altura más corta, se adaptan bien a las características del terreno y necesitan menos cimientos. A pesar de estas ventajas iniciales, que favorecen principalmente la fase de construcción y son valoradas por los EPC, esta configuración se ha visto afectada por eventos relacionados con el viento que afectan significativamente el LCOE de los proyectos.

El desarrollo del seguidor solar tiene como objetivo reducir el peso de la electrónica en el mayor número posible de módulos fotovoltaicos. Ambas configuraciones (1Px90 y 2Px45) están limitadas por el número de módulos por seguidor, porque a cierto tamaño (superficie de la vela) las limitaciones se hacen más evidentes.

Los rastreadores de doble fila, lanzados al mercado por el fabricante STI Norland, se encuentran a la mitad de estas configuraciones porque ofrecen las ventajas de la configuración 1P, así como la posibilidad de instalar hasta 120 módulos distribuidos en dos filas en áreas de solo 60 metros (NS). Los rastreadores de doble fila tienen una fila de motor acoplada a una fila esclava por un mecanismo de varilla.

Estas diferencias clave permiten  una distribución mejorada del actuador y los costos electrónicos entre un mayor número de módulos, reduciendo así los costos de energía.

Evolución de las configuraciones de seguidores solares.

Integridad estructural

La fuerza del viento conduce a demandas de cimentación proporcionales a la altura y al área contributiva. A su vez, cuanto menor es la altura del pilote, mayores son las presiones del campo para garantizar cimientos equilibrados.

El equipo de apisonamiento directo comúnmente utilizado en la industria maneja pilas con una longitud máxima de 4 metros. Por lo tanto, la  longitud de la base utilizada comúnmente en configuraciones 2P es proporcionalmente más corta que sus equivalentes 1P, lo que aumenta el riesgo de ruptura del suelo. 

Base ideal y real para rastreadores 2P.

Los rastreadores 2P han ganado participación de mercado en países como Chile, conocido por terrenos duros y que necesitan el uso de micropilotes para compensar los riesgos potenciales.

La principal ventaja de la configuración del rastreador 1P STI-H250 ™ es su base versátil, adecuada para una amplia gama de terrenos.  Eso es muy interesante porque permite el desarrollo de proyectos que implementan la misma tecnología incluso cuando se desconocen las características geotécnicas.

Por otro lado, el par es el modo que domina la inestabilidad del rastreador, siendo cuadrático con su ancho y proporcional a su longitud. Los seguidores 2P se ven más directamente afectados por la fuerza del viento porque para lograr la misma robustez que los seguidores 1P, deben ampliarse estructuralmente a precios de mercado demasiado altos.

En cualquier caso, la estabilidad depende de la combinación de una serie de factores: masa, rigidez, amortiguación y posición de almacenamiento.

Rastreadores y otras consideraciones prácticas

Uno de los aspectos más valorados de la construcción del rastreador 1P es su fácil montaje. La altura del rastreador permite una instalación ergonómica, sin la necesidad de elementos de elevación auxiliares.

El bajo peso de las piezas y el reducido número de herramientas favorecen la instalación dinámica , sin las típicas consideraciones de seguridad asociadas a los trabajos en altura para el montaje de seguidores 2P.

Instalación de seguidor solar 1P por STI Norland.

Módulo bifacial y rastreador

Los módulos bifaciales permiten capturar la radiación solar tanto en el lado frontal como en el posterior, mejorando así la productividad de la planta . Un valor promedio razonable de ganancia bifacial en un seguidor solar horizontal es de alrededor de + 7% en comparación con los módulos monofaciales.

Dicho esto, hay múltiples parámetros vinculados a la ecuación de ganancia bifacial, como albedo, altura normalizada, separación de filas, sombreado y falta de coincidencia.

En este sentido, algunas discusiones en curso están tratando de determinar qué tipo de arquitectura de seguimiento se adaptaría mejor a la tecnología bifacial. Inicialmente, se creía que, dado que los seguidores 2P permitían un espacio entre los módulos, evitaban el sombreado posterior por el tubo de torsión, por lo tanto, eran mejores que los seguidores 1P.

Tubo de torsión y soportes de módulos en configuraciones 1P y 2P.

Por el contrario, la brecha del módulo requiere tener una superficie adicional para mantener el mismo GCR ( Ratio de cobertura del suelo). 

El sombreado puede ser más significativo debido a los perfiles que soportan los módulos , que son mucho más grandes en la configuración 2P que en la configuración 1P. En cualquier caso, las pérdidas de generación causadas por el sombreado estructural tienen un segundo nivel en comparación con otros elementos, como el factor de vista geométrica.

El factor de forma geométrica, caracterizado como «altura normalizada», se refiere básicamente a la superficie del terreno cubierta por el módulo.  Para que los seguidores en configuración 2P absorban la misma luz en la parte trasera, los paneles simplemente necesitarían estar al doble de altura, lo que resultaría en otros inconvenientes del seguidor.

Rastreadores 3P, 2P y 1P con altura normalizada.

Para contrarrestar esa desventaja geométrica, los fabricantes de rastreadores 2P defienden la teoría de que, dado que los módulos se sientan más altos, su enfriamiento es mejor debido al viento. 

Sin embargo, los análisis realizados en la  planta de energía solar de Moura (Portugal)  revelaron claramente que las diferencias de temperatura eran más significativas en el eje horizontal que en el eje vertical. También es importante señalar que los análisis aerodinámicos muestran que las fuerzas del viento afectan principalmente a los seguidores externos y tienen un impacto reducido en los seguidores internos.

En vista de esto, se podría asumir que esta relación entre altura, enfriamiento y generación también se aplicaría a los módulos monofaciales. Sin embargo, no hemos visto en el sector ninguna evidencia de que los paneles se instalen a una altura mayor para mejorar el enfriamiento y optimizar la generación.

Los seguidores de azimut de STI Norland se instalaron en 2009 en la planta fotovoltaica de Moura.

Las tendencias del mercado

La mayoría de los fabricantes de módulos solares han cambiado a soluciones de media celda, una tecnología que permite minimizar el sombreado y la falta de coincidencia (desequilibrio de generación en diferentes partes del panel). El hecho de que la caja de conexión del panel de media celda se encuentra justo encima del tubo de torsión es especialmente relevante para los rastreadores 1P y su enfoque de gestión de cableado. 

Existe una tendencia firme en el mercado de módulos a utilizar celdas y módulos más grandes con el objetivo de mejorar el rendimiento. Es por ello que los fabricantes de seguidores están adaptando sus conceptos a esta nueva realidad para módulos de unos 600W. 

Los rastreadores 1P tienen la ventaja de que un aumento de tamaño no compromete sus ventajas tradicionales, como la capacidad de embestir y la altura del rastreador . Los rastreadores 2P, por otro lado, tendrían más problemas, incluidas las dificultades para usar la embestida directa en caso de aumento de altura.

Los nuevos módulos solares son más grandes.

A lo largo de 2019, algunos proveedores de rastreadores 2P migraron a la solución de doble fila 1P, una tendencia de la industria que se está volviendo cada vez más popular. Los seguidores de doble hilera, lanzados inicialmente en 2017, ya se operan en más de 20 plantas. En la actualidad, la compañía  STI Norland ha desarrollado la quinta generación de su rastreador STI-H250 ™ de  doble fila  con el objetivo de garantizar una mayor generación, menores costos de energía y una adaptación optimizada a las nuevas tendencias del mercado, como se mencionó anteriormente.

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