Científicos del Reino Unido y Australia han construido un montaje experimental para medir la pérdida de energía solar debida al movimiento de las olas en despliegues de paneles fotovoltaicos flotantes (FPV). Basándose en sus resultados, también fueron capaces de derivar una ecuación empírica que muestra que la pérdida de potencia es predecible a través de la amplitud rotacional.
«Los paneles solares sufren movimientos periódicos con las olas, lo que provoca un cambio continuo del ángulo de inclinación. La variación del ángulo de inclinación es un proceso subóptimo y provoca una pérdida de eficiencia en el aprovechamiento de la energía», explican los académicos. «Aunque se sabe que el fenómeno de desajuste existe, ha habido una falta de análisis científico sobre cómo los movimientos de FPV inducidos por las olas están relacionados con la eficiencia energética».
Para investigar este fenómeno, el equipo instaló 21 unidades de focos halógenos de 500 W encima de un tanque de olas. Medía 30 m de largo y 1,5 m de ancho y estaba lleno de agua dulce hasta una profundidad de 1,5 m, con aletas en un lado y una playa en el otro. A continuación se colocó un panel fotovoltaico monocristalino de 50 W en un flotador en forma de catamarán con dos cascos de material de poliestireno extruido (XPS). Se fijó un sistema de amarre de cuatro puntos para frenar la deriva del panel.
Se midió una situación de aguas tranquilas como referencia, además de diez escenarios diferentes de olas. La amplitud, la longitud y la frecuencia de las olas eran diferentes. Según sus mediciones, la pérdida de potencia más baja, del 1,5%, se registró con una amplitud de ola de 0,025 m, una longitud de onda de 1,561 m y una frecuencia de ola de 1 Hz. Por otra parte, la pérdida de potencia más grave, del 12,7%, se registró en el caso de una amplitud de onda de 0,05 m, una longitud de onda de 1,730 m y una frecuencia de onda de 0,95 Hz. En el primer caso, la amplitud de paso fue de 2,9◦, y en el segundo, de 6,7◦.
Planos de la instalación experimental.
Imagen: Universidad de Cranfield, Ingeniería Oceánica, CC BY 4.0
«Hay que tener en cuenta que las condiciones de las olas ensayadas estaban limitadas por el tamaño de la instalación y, por tanto, eran generalmente menores que las de los mares reales, lo que significa que los ángulos de cabeceo en la vida real serán mayores y se espera una mayor pérdida de energía», señala el equipo. «Una forma de sortear esto es utilizar la ecuación empírica derivada, que puede introducirse con condiciones no probadas».
Según los investigadores, se descubrió que el valor de la pérdida de energía puede predecirse mediante la función seno de la amplitud de cabeceo. «En la práctica, para un sistema FPV con un valor nominal de potencia conocido en aguas tranquilas, se pueden utilizar experimentos/simulaciones/análisis para determinar su amplitud de giro en olas y, a continuación, su pérdida de potencia debida al entorno de olas dominante se puede predecir mediante la ecuación empírica, estimando su valor nominal de potencia en condiciones de mar desplegadas», destacaron.
Como solución sugerida a la pérdida de potencia inducida por las olas, el grupo también ha propuesto la aplicación de la fijación de rompeolas a una huerta solar flotante. «El coste adicional de construcción no sería significativo con respecto a la FPV en aguas tranquilas, ya que el principal componente adicional es el rompeolas de la barrera, es decir, el coste no aumenta proporcionalmente con la cobertura de la superficie», subrayaron.
Los resultados se presentaron en «Floating solar power loss due to motions induced by ocean waves: An experimental study» (Pérdida de energía solar flotante debido a los movimientos inducidos por las olas del océano: un estudio experimental), publicado en Ocean Engineering. Investigadores de la Universidad británica de Cranfield, el University College de Londres y la Universidad australiana de Nueva Gales del Sur han llevado a cabo el estudio.
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