Els factors que més afecten la producció de les plaques solars i com podem millorar-los

Els éssers humans utilitzem moltes fonts d'energia, des dels combustibles fòssils fins a l'energia de les onades, però totes són essencialment formes diferents de la mateixa energía, l'única que coneix el planeta: l'energia solar. De vegades, la radiació del sol s'emmagatzema en enllaços químics sepultats fa milions d'anys sota el fons marí i, en altres casos, s'aprofita la força del vent o del mar. Sigui com sigui, cada vegada disposem de més tecnologies que ens permeten aprofitar totes aquestes fonts naturals d'energia.

Utilitzar l'energia fotovoltaica podria semblar el més senzill, i en certa manera ho és, perquè es tracta d'aprofitar directament el sol. Però si ens fixem en els detalls de com funciona un panell solar, normalment és molt més complicat, i per això t'ho explicarem.

Els raigs solars estan formats per partícules d'energia anomenades fotons que arriben a les cèl·lules fotovoltaiques del panell, compostes per una o diverses capes d'un material semiconductor i recobertes de vidre. Aquests fotons generen un camp elèctric entre les capes i, per tant, un flux d'electricitat que serà més gran com més intensa sigui la radiació solar. Així es transformen els raigs del sol en corrent elèctric.

Tot i que són molts els factors que intervenen a l'hora d'optimitzar la producció d'un panell fotovoltaic, n'hi ha un que és el més destacat: assegurar-se que les plaques rebin la màxima radiació solar durant el màxim de temps possible.

Quines conseqüències té el baix rendiment de les plaques solars?

El baix rendiment d'uns panells fotovoltaics instal·lats a casa pot tenir diverses conseqüències, tant econòmiques com tècniques i mediambientals:

• Conseqüències econòmiques: menor estalvi a la factura elèctrica, ja que, si els panells no generen prou energia, dependràs més de la xarxa elèctrica. Tindràs un retorn de la inversió més lent, perquè l'amortització de la instal·lació s'allargarà, i això potser afectarà les teves expectatives financeres. Podrien sorgir costos addicionals en necessitar manteniment extra, reparacions o reemplaçament de peces.
• Conseqüències tècniques: possibilitat d'un desgast prematur de l'equip. Si no funciona correctament, forçarà altres components, per exemple, l'inversor. Si el rendiment és baix per una mala instal·lació o disseny, hi pot haver incompatibilitats amb bateries o sistemes de gestió energètica. També poden aparèixer falles al monitoratge (sensors, cablejat, software).
• Conseqüències mediambientals: en generar menys energia neta, la petjada de carboni serà més gran, per la qual cosa es reduirà la teva contribució a la reducció d'emissions de CO₂. A més, que la fabricació i instal·lació dels panells té un cost ambiental, i si no els utilitzes de forma eficient i correcta aquest impacte no es compensa.

Com fer que els panells fotovoltaics siguin més eficients?

Els nivells de radiació solar no són els mateixos a tots els punts del planeta. Només a Espanya ja hi ha diferències significatives. Els nivells més baixos de radiació solar es registren al nord, a Galícia, Astúries, Cantàbria i País Basc, mentre que els més alts es troben a Andalusia i Múrcia, segons l'Atles de Radiació Solar de l'Agència Estatal de Meteorologia. Tanmateix, no es fàcil canviar de lloc de residència, i menys encara si l'únic objectiu d'optimitzar la producció dels panells solars.

Per tant, sigui quina sigui la ubicació, per garantir que els panells fotovoltaics rebin la màxima radiació, hem de tenir en compte tres factors: la inclinació, l'orientació i les zones d'ombra. Aquests factors s'han d'analitzar durant l'estudi i l'informe previ a la instal·lació de plaques solars a qualsevol habitatge.

La inclinació dels panells fotovoltaics

La inclinació fa referència a l'angle que formen els panells solars amb el pla horitzontal i es mesura en graus. L'objectiu d'aquesta inclinació és que els raigs solars incideixin sobre els panells de la manera més perpendicular possible, la qual cosa que no sempre és fàcil si es té en compte que la posició del sol al firmament canvia al llarg del dia i de l'any. De fet, moltes instal·lacions fotovoltaiques industrials compten amb sistemes que permeten anar modificant l'angle d'inclinació per optimitzar la producció d'energia.

Per calcular l'angle òptim d'inclinació dels panells fixos (com els que s'instal·len als habitatges), es calcula una mitjana que té en compte la posició del sol durant al llarg de l'any (a l'hivern està més baix, per la qual cosa els raigs incideixin en els panells amb un angle menys directe, mentre que a l'estiu s'eleva més en el cel). Aquesta mitjana coincideix, aproximadament, amb la latitud a la qual ens trobem al planeta. Així, a l'Espanya peninsular, l'angle d'inclinació òptim varia entre els 43 graus de les poblacions més septentrionals i els 35 de les més meridionals.

Actualment, hi ha instal·lacions residencials que incorporen sistemes de seguiment automàtic d'un o dos eixos, que s'encarreguen d'ajustar la inclinació i l'orientació dels panells en temps real, seguint la trajectòria del sol per optimitzar la captació d'energia.

Aquest dispositiu podria augmentar l’eficiència de les plaques solars fins a un 35%, convertint-la en una opció cada cop més atractiva en zones amb alta irradiació solar com ara el sud d'Espanya.

L'orientació de les plaques

Quan es tracta de la millor orientació per als panells fotovoltaics, les coses se simplifiquen. Tradicionalment, a l'hemisferi nord, les cases dels llocs freds orientaven les parts envidrades o galeries al sud, per aprofitar la calor dels dies assolellats, mentre les cases dels llocs més càlids acostumaven a protegir més aquestes zones. Els panells solars segueixen aquesta mateixa lògica, ja que produeixen més energia com més gran sigui la radiació solar rebuda. S'hauran d'orientar sempre al sud, sempre que sigui possible. A l'hemisferi sud, la millor orientació és la contrària, mirant cap al nord.

Actualment, amb l'aparició al mercat d'eines com els simuladors solars digitals i apps de disseny fotovoltaic, és possible calcular de manera més precisa l'orientació desitjada dels panells en funció de la ubicació exacta, la inclinació del sostre de l'habitatge, i fins i tot de les ombres properes.

A més, en construccions on l'orientació sud no és una opció viable, les orientacions sud-est o sud-oest també podrien oferir rendiments molt propers a l'òptim, sempre que s'ajusti adequadament l'angle d'inclinació.

Aquestes són només algunes solucions que podrien ajudar a adaptar la instal·lació a les condicions reals de l'espai, sense comprometre l'eficiència energètica dels panells. 

L'ombra i els panells solars

L'últim factor que s'ha de tenir en compte abans de la instal·lació de les plaques solars és la presència d'ombres. De fet, els estudis previs han d'incloure l'anomenat càlcul d'ombres, tal com especifiquen des de l'Institut per a la Diversificació i l'Estalvi de l'Energia (IDAE). Aquest càlcul ha de tenir en compte els obstacles presents, tant propers com llunyans, i els efectes produïts per les seves ombres en el rendiment de la instal.lació fotovoltaica. Mitjançant l'eina anomenada Shadow Calculator és possible visualitzar com una superfície concreta es veurà afectada per les ombres al llarg de tots els dies de l'any.

En definitiva, maximitzar la radiació solar que reben els panells és la millor manera de maximitzar la seva producció elèctrica, sigui quina sigui la seva ubicació, la seva eficiència o la seva tecnologia. Per aaconsegur-ho, s'han instal·lar amb un angle d'inclinació similar al de la latitud en la qual ens trobem (sempre que siguin fixos i no disposin d'un sistema que permeti modificar l'angle durant l'any), orientats al sud (a l'hemisferi nord) i evitant les zones d'ombres, sempre que sigui possible.

Alguns fabricants han començat a incorporar optimitzadors de potència i microinversors en els sistemes, per mitigar l'impacte negatiu d'aquestes ombres parcials. Aquests dispositius gestionen cada panell de forma independent, maximitzant-ne el funcionament i la producció, fins i tot, en condicions no ideals.

Aquests recursos han obert un ventall de possibilitats a l'hora de fer una instal·lació en edificacions urbanes o que tinguin obstacles propers, fent més accessible l'autoconsum solar en habitatges amb teulades poc convencionals o que es vegin afectats per ombrejats parcials.