Un grupo de científicos dirigido por el Instituto de Tecnología Energética (IFE) de Noruega ha desarrollado un novedoso modelo de pérdidas inducidas por el oleaje (WIL) en instalaciones fotovoltaicas flotantes (FPV).
El modelo consta de tres pasos principales, a saber, la interacción entre las olas y la estructura, la irradiancia y el modelado eléctrico.
«En los sistemas fotovoltaicos flotantes, las olas, si las hay, provocan movimientos en las estructuras flotantes sobre las que se montan los paneles fotovoltaicos. En primer lugar, el movimiento desviará los paneles de la orientación fijada. En segundo lugar, si los paneles están montados de forma que puedan moverse independientemente, las diferentes condiciones de irradiancia en cada uno de los paneles de la cadena provocan una pérdida por desajuste», explican los investigadores. «En este trabajo, proponemos un método para modelar la pérdida total de estos dos componentes combinados y lo denominamos WIL».
Para crear el modelo, el equipo utilizó el software interno 3DFloat para simular el movimiento de los paneles fotovoltaicos y bibliotecas de Python para la irradiancia y el modelado eléctrico. El primer paso, el de interacción ola-estructura, analiza cómo se mueve el FPV debido a las olas. Utiliza un modelo estándar de olas oceánicas, asumiendo que los paneles fotovoltaicos siguen exactamente los movimientos locales de las olas sin moverse horizontalmente.
La segunda parte, que modela la irradiancia, utiliza el ángulo de inclinación del panel que se obtiene de la etapa anterior. A partir de ahí, la tercera etapa de modelado eléctrico utiliza la biblioteca de simulación PVMismatch para calcular la producción eléctrica.
A continuación, el WIL se calcula como la diferencia porcentual entre ese resultado y el resultado simulado de una configuración estática.
La configuración de modelado
Imagen: Instituto de Tecnología Energética (IFE), Energía Solar, CC BY 4.0
El paso 2 de la modelización de la irradiancia se probó y verificó con un modelo experimental. Este experimento se realizó en un prototipo FPV proporcionado por la empresa Sunlit Sea y situado en el fiordo de Oslo. Constaba de dos cadenas con cuatro paneles fotovoltaicos cada una. Cuatro sensores de irradiancia, un acelerómetro y un giroscopio 3D se fijaron al borde de uno de los paneles fotovoltaicos para la recogida de datos.
El análisis demostró que la irradiancia modelada coincide «bien» con la irradiancia medida y ofrece una concordancia aceptable con las mediciones, con un error cuadrático medio (RMSE) entre la irradiancia modelada y la medida de 2,8 W/m2. «Sin embargo, el modelo tiende a subestimar ligeramente los valores extremos de la irradiancia medida», subrayan los científicos.
Tras la exitosa validación, el grupo demostró el modelo con algunos escenarios. Entre los parámetros cambiantes probados estaban las ubicaciones (0◦N, 0◦E) y (50◦N, 0◦E), con olas de 0,25 m, 0,5 m, 1 m y 3 m. Se probaron olas con una dirección de 0°, viajando a lo largo de la cadena; 90°, viajando a lo ancho de la cadena fotovoltaica; y 45°, acercándose a la cadena fotovoltaica en ángulo diagonal.
«Se observó una mayor WIL en los sistemas más alejados de la orientación óptima y en condiciones con olas más pronunciadas y altas. El WIL también aumentó al aumentar la longitud de la cadena fotovoltaica y cuando la dirección de las olas pasó de ser ortogonal a la longitud de la cadena a ser paralela a ella», mostraron los resultados. «Por ejemplo, la WIL osciló entre el 3,3% para una altura de ola significativa de 0,25 m y el 6,7% para una altura de ola significativa de 1 m. Esto indica que la WIL puede ser significativa y debe tenerse en cuenta para el análisis del rendimiento energético».
La novedosa técnica se presentó en «Modelling wave-induced losses for floating photovoltaics: Impact of design parameters and environmental conditions» (Modelado de pérdidas inducidas por olas para sistemas fotovoltaicos flotantes: impacto de los parámetros de diseño y las condiciones ambientales), publicado en Solar Energy. En el estudio han participado investigadores del IFE noruego, la Universidad de Oslo (UiO) y la Universidad india de Himachal Pradesh.
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