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Cómo evitar la sombra para la energía solar en entornos urbanos

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Cada día toma más fuerza el uso de la energía solar, pero un asunto que parece insignificante como la sombra en los centros urbanos es clave para el uso masivo de este tipo de energía. Una investigación de la Universidad de Delft así lo deja claro.

Cómo evitar la sombra para la energía solar en entornos urbanos.
La imagen en 3D muestra los resultados de este modelo aplicado a fachadas y techos seleccionados de edificios en la ciudad de Boston, Massachusetts. Los techos están pintados con colores más brillantes que las fachadas, lo que indica un mayor potencial energético. Foto: Agencia de Planificación y Desarrollo de Boston.

Los edificios, los árboles y otras estructuras en áreas urbanas causan sombra a los paneles solares, lo que afecta fuertemente el rendimiento de un sistema fotovoltaico. Es necesario buscar una solución a este problema y es claro que una evaluación precisa del rendimiento y la relación precio / rendimiento de los sistemas fotovoltaicos facilita su uso e integración en la ciudad.

Es por ello por lo que investigadores de la Universidad Tecnológica de Delft (Holanda) desarrollaron un nuevo enfoque para calcular de forma rápida y precisa el potencial de energía solar de las superficies en el entorno urbano. El nuevo enfoque puede ayudar significativamente a los arquitectos y planificadores urbanos a incorporar la energía solar en sus diseños.

Existen varias herramientas disponibles para simular el rendimiento energético de los sistemas fotovoltaicos. Estas herramientas se basan en modelos matemáticos que determinan la irradiación incidental en los paneles solares. Al repetir el cálculo de esta a lo largo del año, las herramientas entregan una irradiación anual recibida por los paneles. Sin embargo, no es fácil determinar con precisión cuánta electricidad genera un sistema fotovoltaico en un entorno urbano. Las simulaciones actuales se vuelven computacionalmente muy exigentes, ya que debe tenerse en cuenta la sombra dinámica de los objetos circundantes causada por el movimiento anual del sol.

Un nuevo enfoque simplifica el cálculo y permite realizar una evaluación rápida del potencial de energía solar para grandes áreas urbanas mientras mantiene una alta precisión. Se basa en una correlación entre un perfil de horizonte y la irradiación anual recibida en un punto urbano en particular.

Cómo evitar la sombra para la energía solar en entornos urbanos.
Olindo Isabella, director del grupo investigador. Foto: Cortesía

El estudio demuestra que la irradiación solar anual total recibida por una superficie seleccionada en un entorno urbano se puede cuantificar utilizando dos parámetros que se derivan del perfil del horizonte: el factor de visión del cielo y el factor de cobertura solar. Mientras que el primer parámetro se usa para estimar la irradiación del componente de luz solar difusa, el segundo es indicativo de la irradiación del componente de luz solar directa. El estudio muestra que el uso de estos dos parámetros reduce significativamente la complejidad del problema.

Andrés Calcabrini, estudiante de doctorado en el Departamento de Energía Eléctrica Sostenible, desarrolló el nuevo enfoque bajo la supervisión del Dr. Olindo Isabella y el profesor Miro Zeman. El grupo de investigación de materiales y dispositivos fotovoltaicos (PVMD) ya ha integrado el enfoque en una caja de herramientas de software que puede calcular con precisión el rendimiento energético de los sistemas fotovoltaicos en cualquier ubicación.

Olindo Isabella, jefe del grupo investigador señala que “nuestro enfoque puede facilitar significativamente el diseño y la distribución de edificios con sistemas solares (fotovoltaicos) integrados en procesos de planificación urbana. También ayudará a los inversores a tomar mejores decisiones sobre la integración de sistemas de paneles solares en edificios y otras estructuras urbanas.”

Esta investigación se ha llevado a cabo como parte del programa Solar Urbano de la Universidad de Tecnología de Delft.

Con información de la TU Delft

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