El crecimiento explosivo de la industria solar hasta alcanzar los 2 TW en 2024 coincide con una tendencia inquietante: el aumento de los fenómenos meteorológicos sin precedentes y su posible impacto en la infraestructura fotovoltaica en todo el mundo. El Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC, por sus siglas en inglés) ha confirmado que el cambio climático inducido por el ser humano está aumentando la intensidad y la frecuencia de la mayoría de las categorías de fenómenos meteorológicos extremos, con repercusiones generalizadas que van más allá de la variabilidad climática natural.
Un informe recientemente publicado por la IEA PVPS Task 13, en el que han participado investigadores fotovoltaicos de los cinco continentes, examina siete amenazas meteorológicas importantes y ofrece orientación basada en datos empíricos para diseñar sistemas más robustos adaptados a riesgos climáticos específicos. Si bien el informe afirma que «la mayoría de los sistemas fotovoltaicos son robustos, si se ubican, diseñan y mantienen adecuadamente», los fallos descritos en el informe, junto con las lecciones aprendidas, proporcionan una hoja de ruta para aumentar la resiliencia.
Dos categorías de daños
Los daños relacionados con el clima en los sistemas fotovoltaicos se dividen en dos categorías distintas: daños catastróficos que implican la destrucción visible de módulos, cadenas o sistemas completos, como piezas arrancadas de los soportes, bastidores derrumbados y cristales rotos; y daños subcatastróficos, que son sutiles y carecen de indicadores visibles. Esta última categoría es importante porque las células solares y los componentes internos de los módulos expuestos a cargas de viento extremas y a una humedad intensa pueden sufrir una degradación acelerada, lo que da lugar a un descenso del rendimiento antes de lo esperado.
La amenaza del granizo: un reto para los seguros
El fenómeno meteorológico que más atención acapara en la comunidad solar es la tormenta convectiva que produce granizo, responsable de más daños económicos que cualquier otra categoría meteorológica. Según los datos de GCube Insurance de 2018-2023, el granizo solo representa el 1,4 % del volumen de reclamaciones solares, pero supone el 54,2 % del total de pérdidas incurridas. Las cuatro reclamaciones de seguros más importantes, por un total de más de 224 millones de dólares, fueron causadas por fenómenos de granizo.
Por ejemplo, las tormentas eléctricas con granizo que se produjeron en el oeste de Texas en mayo de 2019 dañaron más de 400 000 módulos (dos tercios de una planta solar de 182 MW), lo que provocó pérdidas aseguradas de entre 70 y 80 millones de dólares y un aumento de las primas de seguros regionales de hasta un 400 %.
La temporada de granizo de 2022 en Texas también fue devastadora, con más de 1700 MW en tres condados afectados por granizo del tamaño de pelotas de tenis y daños acumulados estimados en 300 millones de dólares.
Mientras tanto, en Suiza, durante junio y julio de 2021, las tormentas de granizo generalizadas causaron algunas de las pérdidas más costosas relacionadas con el granizo en las últimas décadas. Aproximadamente el 15 % de todos los sistemas fotovoltaicos del país se encontraban en zonas que sufrieron granizo de más de 5 cm. Las imágenes EL de aproximadamente 6000 módulos de 411 sistemas afectados revelaron importantes grietas en las células del 57 % de los módulos.
Ciclones tropicales: viento y agua
Los ciclones tropicales, incluidos los huracanes y los tifones, se producen a lo largo de las costas de América del Norte y en toda Asia. Aunque su frecuencia puede disminuir o permanecer sin cambios, las proyecciones del IPCC indican que se espera que su intensidad aumente, lo que brinda oportunidades para reforzar los sistemas fotovoltaicos que se están desarrollando actualmente en regiones de alto crecimiento, en particular las zonas costeras de América del Norte y Asia.
La mayor parte de los daños son el resultado de sistemas de bastidores mal diseñados e instalados, siendo los pernos y las fijaciones los principales puntos de fallo. Los sujetadores que no están apretados adecuadamente o que no están diseñados para condiciones de alta tensión pueden aflojarse durante los episodios de viento y, si las cargas de viento son lo suficientemente fuertes, fallar por completo y provocar efectos en cadena que van desde el colapso de los bastidores hasta el desprendimiento de los módulos de sus sujetadores.
En los sistemas de seguimiento, los vientos fuertes pueden provocar un galope torsional, lo que aumenta la tensión en los módulos y los sujetadores de un solo punto, lo que da lugar a fallos incontrolables. Esto puede ocurrir cuando los módulos del extremo de la fila siguen girando hasta que los sujetadores fallan, lo que provoca un efecto dominó en el que toda una fila de módulos puede desprenderse.
El doble desafío de la nieve y el hielo
En las latitudes septentrionales, los fenómenos de nieve extrema suponen una doble amenaza: en primer lugar, los bastidores pueden colapsar bajo la pesada carga de nieve; y, en segundo lugar, la nieve que cubre los módulos puede bloquear la irradiación durante largos periodos de tiempo. La nieve fresca y el hielo tienen densidades de 30-50 kg/m³ y 800-900 kg/m³, respectivamente, pero a medida que la nieve envejece y las temperaturas aumentan, la compactación reduce la transmisividad y aumenta el peso. La carga se intensifica cuando llega nieve nueva antes de que se derrita la nieve antigua.
En Japón, un estudio demostró que la presión de la nieve era mayor en los paneles con una inclinación de 10°, con cargas frontales a lo largo del borde delantero que alcanzaban hasta 6-8 kN/m. Las cargas aumentaban significativamente cuando la capa de nieve sobre los módulos estaba conectada a la nieve del suelo.
El Instituto Nacional de Tecnología y Evaluación de Japón señaló los daños causados por las fuertes nevadas en 43 sistemas fotovoltaicos de las regiones de Tohoku y Hokkaido durante el periodo 2018-2021, que afectaron a aproximadamente 30 MW de capacidad combinada. Un estudio posterior, realizado entre 2021 y 2023, abarcó 65 paneles y recomendó asignar presupuesto para la retirada de nieve, cámaras de vigilancia para su detección y visitas periódicas a las instalaciones.
Tormentas de polvo y olas de calor
Las tormentas de polvo y arena (DSS) pueden reducir la irradiación horizontal global y la irradiación normal directa hasta en un 40-50 % y un 80-90 %, respectivamente, durante los episodios. Además, el polvo en la superficie de los módulos puede persistir después de que el cielo se despeje, con pérdidas de hasta un 7 % en Portugal y un 20 % en Arabia Saudita después de episodios de DSS.
En Qatar, la media diaria de PM₁₀ osciló entre 115 y 339 μg/m³ en los días de tormenta de polvo, en comparación con los 89 μg/m³ de los días despejados. Las tasas de ensuciamiento aumentaron drásticamente hasta el 1,23 %/día durante los días de DSS, frente al 0,42 %/día de los días despejados, lo que supone un aumento de más de 20 veces en las pérdidas por ensuciamiento atribuibles a las tormentas de polvo.
Por su parte, las olas de calor plantean múltiples amenazas. Por cada aumento de 1 °C por encima de los 25 °C, la eficiencia de las células de silicio cristalino se reduce entre un 0,2 % y un 0,5 % en términos relativos. Los estudios muestran que las tasas de degradación pueden alcanzar hasta un 0,8 % al año en las zonas más cálidas de Europa y hasta un 1,4 % al año en las regiones cercanas al ecuador.
Inundaciones e incendios forestales
Los daños por inundaciones también se dividen en dos categorías: daños físicos causados por las aguas que fluyen rápidamente y fallas eléctricas causadas por la inmersión de los componentes eléctricos. En el sur de la India, una planta de inclinación fija orientada al sur sufrió daños catastróficos por las rápidas aguas de la inundación, que arrancaron los cimientos y destruyeron los módulos, mientras que un sistema cercano situado en la parte superior de un canal, con una inclinación de solo 6°, sufrió daños estructurales mínimos, ya que el bajo ángulo de inclinación redujo la resistencia.
Se prevé que los incendios forestales aumenten a nivel mundial en un 14 % para 2030 y en un 50 % para 2100. Los incendios generan más reclamaciones a las aseguradoras que el granizo, aunque sus pérdidas por daños son mucho menores. Al igual que la nieve, los incendios forestales pueden afectar a las plantas fotovoltaicas de dos maneras: el fuego puede ser físicamente destructivo y el humo bloquea la irradiación, lo que reduce la generación. La temporada de incendios forestales de 2019-2020 en Australia, por ejemplo, causó unas pérdidas energéticas totales estimadas de 175 ± 35 GWh, con una tasa media de reducción de potencia observada del 13 ± 2 % por cada 100 μg/m³ de concentración de PM₂,₅.
Diseño y planificación para la resiliencia
Con una planificación y unas decisiones de diseño adecuadas, basadas en las amenazas meteorológicas específicas, la mayoría de los sistemas fotovoltaicos pueden sobrevivir a tormentas de alta intensidad. Un primer paso clave es integrar los patrones meteorológicos históricos y previstos en el proceso de selección del emplazamiento para determinar su idoneidad y permitir que los cálculos de riesgo sirvan de base para las decisiones de adquisición. El siguiente paso es diseñar el sistema de acuerdo con el riesgo de ese lugar, considerando la elección de sistemas de seguimiento bien diseñados que puedan soportar cargas intensas, módulos con especificaciones adecuadas (como vidrio frontal más grueso en regiones propensas al granizo), sistemas de inclinación fija y de seguimiento con una distancia al suelo adecuada (para climas nevados) y recintos eléctricos impermeables (para regiones con riesgo de inundaciones). El tercer paso es garantizar que se disponga de protocolos de respuesta rápidos y eficaces, incluidas estrategias previas y posteriores al evento, con personal de campo capacitado para ejecutarlos. Y el cuarto paso es contar con una estrategia de operación y mantenimiento que respalde las inspecciones periódicas de los módulos, los sujetadores y los componentes eléctricos del sistema para detectar signos de degradación acelerada o posibles fallas (como en el caso de conectores sobrecalentados o tornillos sueltos).
Conclusión
El mensaje del informe es claro: si se realiza una evaluación adecuada del emplazamiento, se seleccionan los materiales apropiados, se siguen prácticas de instalación rigurosas y se lleva a cabo un monitoreo continuo, los sistemas fotovoltaicos de la mayor parte del mundo pueden hacerse resistentes a la mayoría de las amenazas meteorológicas graves y seguir siendo una fuente sólida y fiable de generación de electricidad.
Autor: Ignacio Landivar
Para acceder al informe completo «Operational and Economic Impacts of Extreme Weather on PV Power Plants» (Impactos operativos y económicos del clima extremo en las plantas de energía fotovoltaica), puede descargarlo aquí.
La Tarea 13 del PVPS de la AIE se centra en la colaboración internacional para mejorar la fiabilidad de los sistemas y subsistemas fotovoltaicos. Esto se consigue recopilando, analizando y difundiendo información sobre su rendimiento técnico y su durabilidad. De este modo, se sientan las bases para su evaluación técnica y se elaboran recomendaciones prácticas para aumentar su eficiencia eléctrica y económica en diversas regiones climáticas.
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