Solar tracker: funcionamiento y orígenes

• ¿Qué es y para que sirve un seguidor solar?
• Origen y evolución del solar tracker
• Tipos de seguidores solares
• ¿Qué rendimiento y/o rentabilidad tienen?
• Seguidores solares para viviendas: ¿es factible?

Como se ha comentado antes, los seguidores solares son sistemas de mejora de las instalaciones solares. La idea es que las placas solares estén lo mejor encaradas al sol en todo momento. Al igual que un girasol realiza un seguimiento solar durante toda la jornada para que sus semillas maduren con la mayor aportación de los rayos del sol posible, un solar tracker aportará un rendimiento extra a nuestras placas solares.

Los seguidores solares son usados en todas las tecnologías de seguimiento solar: energía solar fotovoltaica convencional, energía solar fotovoltaica de concentración y energía termosolar de concentración. Pero para cada tipo de instalación, el solar tracker será diferente, adaptándose a las circunstancias de cada lugar.

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Podemos decir que casi desde los principios en que el hombre se ha preocupado por aprovechar el sol, se dio cuenta que el utensilio donde incidían los rayos del sol debía moverse para poder recoger la energía que el sol nos ofrece. Así, la primera referencia histórica que se puede encontrar al uso de la energía solar se encuentra en la antigua Grecia con Arquímedes. Durante la batalla de Siracusa en el siglo III a.C. que enfrentó a los romanos y los griegos, algunos escritos relatan como Arquímedes utilizó unos espejos hexagonales hechos de bronce para reflejar los rayos solares concentrándolos en la flota romana con el objetivo de destruirla.

En este histórico caso no tenemos constancia de que sistema utilizo Arquímedes para sostener dichos espejos, pero seguro que el movimiento para reflejar los rayos del sol y que incidieran sobre los barcos debía hacerse con la fuerza del hombre. Un método duro y muy primitivo. Ya en el 1792, el químico francés Antoine Lavoisier desarrolló un horno solar que alcanzaba altas temperaturas capaz de fundir metales. Su invento consistía en dos lentes muy potentes que concentraban la radiación en un punto fijado. En este caso si tenemos a nuestra disposición de grabados de la época en los que se ve la máquina que se construyó, y como funcionaba a base de varias poleas que ayudaban a orientar las lentes hacia el sol.

Fuente de la imagen: Biblioteca Nacional de Francia. Grabado del horno solar de Lavoisier

Pero si queremos avanzar tecnológicamente, debemos viajar hasta nuestros días. De este modo, el rastreador de un solo eje horizontal ha evolucionado comercialmente desde la década de los ochenta, cuando se construyeron 357 MW en diferentes plantas de energía termosolar de seguimiento de un solo eje horizontal en el desierto de Mojave, en el estado de California, EE. UU.

Diez años más tarde, la comercialización de seguidores de un solo eje horizontal más grandes para las aplicaciones fotovoltaicas. Algunos fabricantes comenzaron a cambiar su elección desde una instalación de paneles fotovoltaicos fijos a una de seguimiento solar. Comenzando a favorecer el desarrollo y uso del solar tracker, principalmente debido al alto costo de la placas fotovoltaicas de silicio y al aumento de rendimiento que se conseguía con sistemas de seguimiento solar de eje un horizontal, entre un 22% al 32%.

Las principales desventajas del seguimiento solar fueron el aumento aparente de los riesgos y el precio de la mecánica necesaria, que era mucho más compleja, en oposición a una instalación fija más simple. Los sistemas fijos podrían colocarse correctamente y el mantenimiento no suponía ningún problema durante las próximas dos o tres décadas. El sistema de solar tracker, por el contrario, significaba motores y componentes, estructuras móviles y facturas de electricidad, así como los controladores de equipos relacionados, cajas, cableado, protecciones y dispositivos de monitoreo.

Ya en la presente década, el diseño de seguimiento solar fotovoltaico horizontal de un solo eje independiente entró en la comercialización, obteniendo una notable aceptación en el mercado. Las desventajas mecánicas están superadas ahora que la instalación y el funcionamiento han mejorado con respecto a los sistemas anteriores.

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Polar En el seguidor solar de un eje polar (1*p), la superficie gira sobre un eje orientado al sur e inclinado un ángulo igual a la latitud. El giro se ajusta para que la normal a la superficie coincida en todo momento con el meridiano terrestre que contiene al Sol. La velocidad de giro es de 15° por hora, como la del reloj.

Aazimutal En un solar tracker de un eje azimutal (1*a), la superficie gira sobre un eje vertical, el ángulo de la superficie es constante e igual a la latitud. El giro se ajusta para que la normal a la superficie coincida en todo momento con el meridiano local que contiene al Sol. La velocidad de giro es variable a lo largo del día.

Horizontal En un seguidor solar de un eje horizontal (1*h), la superficie gira en un eje horizontal y orientado en dirección norte-sur. El giro se ajusta para que la normal a la superficie coincida en todo momento con el meridiano terrestre que contiene al Sol. Los seguidores solares horizontales de un solo eje que se comercializaron por primera vez, eran del tipo de sistema de transmisión por hileras vinculadas, con alrededor de un motor alimentado por red por cada 500 kWp de fotovoltaica montada en varias estructuras de tubos de torsión conectadas. Este diseño aún se puede encontrar en el mercado fotovoltaico de seguimiento de un solo eje horizontal.

Monoposte: un único apoyo central

Carrousel: varios apoyos distribuidos a lo largo de una superficie circular. De forma que toda la estructura que soporta las placas solares gira en un circulo de 360°.

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En cualquier aplicación de energía solar, la eficiencia de la conversión se mejora cuando los módulos se ajustan continuamente según el ángulo del Sol “mientras se mueve en el cielo”. Como mejora la eficiencia, mejora el rendimiento. El uso de seguidores puede conseguir una gran diferencia en el ingreso económico de una gran planta. Por eso, a escala comercial, a las instalaciones solares se les está agregando un seguidor solar.

Según lo visto hasta el momento, es fácil adivinar que los seguidores solares que más rendimiento aportan a las instalaciones solares son los de dos ejes. Entre los distintos seguidores a dos ejes, existen variaciones de entre el 30% y el 45% de incremento de producción frente a las instalaciones fijas, así como variaciones importantes en el coste de los equipos y de las cimentaciones. Y los solar tracker de un solo eje, consiguen de un 10% a un 20% más que las estructuras fijas. Los seguidores azimutales pueden llegar hasta el 25%.

Los parámetros más importantes para comparar los seguidores solares son:

• Incremento de producción de energía
• Coste del equipo e instalación del mismo
• Resistencia al viento
• Mantenibilidad

En los sistemas fotovoltaicos, los seguidores solares ayudan a minimizar el ángulo de incidencia, es decir, el ángulo que un rayo de luz crea con una línea perpendicular a la superficie, entre la luz que entra y el panel, el cual incrementa la cantidad de energía que el sistema produce.

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A nivel doméstico, si pensamos en instalar paneles solares en nuestra vivienda, aprovechando el tejado de la casa, o del garaje, no es viable la utilización de un sistema de seguimiento solar, ya que como hemos visto son estructuras más complejas que las tradicionales fijas, incorporando motores y elementos móviles que hacen que sea más pesada, pudiendo afectar a nuestro tejado. Además se incorpora el hándicap de la movilidad. Si nuestro tejado es inclinado, estamos reduciendo la posibilidad de movimiento de las placas solares, por lo que es menos aconsejable su utilización.

Cuando hablamos de tejados planos, sí tendremos la posibilidad de incorporar un solar tracker a nuestra instalación. Aunque deberemos comprobar que la amortización sea factible. Y por último, si disponemos de suficiente jardín para instalar una o dos flores solares, nos aseguraremos que esas placas solares tendrán un rendimiento óptimo. Pero siempre es mejor consultar precios y datos técnicos con un instalador profesional.