¿Cuánto te cuesta realmente la sombra? Las cifras reales

La sombra no funciona como esperarías

La mayoría de la gente supone que si una sombra cubre una décima parte de un panel solar, pierdes una décima parte de la potencia. Eso es falso, y la brecha entre la intuición y la realidad es el malentendido más caro de la solar en tejado.

Los investigadores del Fraunhofer Center for Silicon Photovoltaics (CSP) lo dicen sin rodeos. En casos extremos, sombrear incluso un 5 por ciento de la superficie del módulo puede llevar a una pérdida total de la producción de ese módulo. Una sombra del tamaño del borde de una chimenea, o una sola rama desnuda, puede llevar un panel de plena potencia a casi nada.

Para ver por qué, hay que fijarse en cómo está cableado un panel por dentro.

Por qué una celda sombreada arrastra a toda la cadena

Un módulo solar estándar está formado por 60 o más celdas individuales cableadas en serie, como una fila india de personas pasándose cubos. La corriente que fluye por el módulo está limitada por la celda más débil de la cadena. Como explica PVEducation, dado que las celdas están en serie, la corriente tiene que ser la misma en cada celda, así que sombrear una celda baja la corriente de toda la cadena al nivel de esa celda sombreada.

Sombrea por completo una celda y no pierdes la potencia de una celda. Estrangulas la corriente de todas. Las celdas sanas siguen iluminadas, pero no pueden empujar su corriente más allá del cuello de botella.

Y va a peor. La celda sombreada tiene ahora el voltaje completo de las otras celdas empujado al revés a través de ella. En lugar de generar potencia, la disipa en forma de calor. Esto es un punto caliente, y Fraunhofer CSP señala que un sombreado desfavorable puede sobrecalentar una zona de un módulo, envejeciendo los polímeros de encapsulado y acortando la vida del panel. Así que una pequeña sombra es a la vez un problema de rendimiento y un problema de fiabilidad.

Cuánto cuesta realmente al año un solo árbol

La física del módulo explica los picos. El rendimiento anual depende de con qué frecuencia, y durante cuánto tiempo, se desencadena esa física a lo largo del año.

Los análisis del sector sobre sistemas residenciales suelen situar las pérdidas por sombreado en una flota entre un 5 y un 25 por ciento de la producción anual, con tejados individuales que abarcan rangos mucho más amplios. Un solo árbol maduro o un edificio vecino en el lado equivocado se cita comúnmente como un coste del 20 al 40 por ciento del rendimiento anual, y una obstrucción mal situada directamente al sur puede ser peor.

La dirección importa más que el tamaño del árbol. En el hemisferio norte el sol pasa todo el día productivo en el cielo del sur. Un objeto justo al sur de tus paneles bloquea las horas más fuertes del mediodía. Un objeto al norte es en gran medida irrelevante. Las obstrucciones al este y al oeste recortan los extremos de la mañana y la tarde, lo que cuesta menos pero no es nada.

La conclusión honesta: si una gran conífera se sitúa al sur y no puedes quitarla, la solar en ese tejado puede sencillamente ser una mala inversión, y ninguna cantidad de electrónica ingeniosa lo arregla del todo.

La sombra dura y la sombra blanda no son lo mismo

No todas las sombras se comportan igual, y la distinción cambia cuánto cuestan.

La sombra blanda es difusa. Piensa en un panel bajo la copa fina y en movimiento de un árbol lejano, o en la atenuación general de las primeras horas de la mañana. La luz sigue llegando a las celdas, solo que menos, y la pérdida se acerca más a la proporcional.

La sombra dura es una sombra nítida y opaca con un borde definido: una chimenea, un tubo de respiradero, una antena parabólica, una línea eléctrica, un parapeto. Es la que desencadena el colapso de la celda más débil y el punto caliente. Como lo describe Clean Energy Reviews, la sombra dura tiende a ser pequeña y fija y a menudo cae en mitad del día, cuando la irradiancia está en su punto máximo, que es exactamente cuando más perjudica.

Un hábito útil al planificar una distribución: busca primero las fuentes de sombra dura. Un tubo de respiradero de 10 centímetros en el sitio equivocado puede costar más que un árbol difuso a cincuenta metros.

Qué hacen realmente los diodos de derivación, los optimizadores y los microinversores

La primera defensa del sector es el diodo de derivación, y casi todos los paneles modernos los llevan incorporados. La mayoría de los paneles dividen sus celdas en tres grupos, cada uno con un diodo de derivación. Cuando un grupo está lo bastante sombreado como para que su voltaje se invierta más allá de unos 0,7 voltios, el diodo se activa y deja que la corriente rodee ese grupo. Se sacrifica el tercio sombreado, pero los otros dos tercios siguen funcionando, y el peligroso punto caliente se alivia.

Los diodos de derivación limitan el daño. No lo recuperan. En el mejor de los casos un diodo anula la contribución de la sección sombreada en lugar de arrastrar todo el panel, y la cadena, con él. Por eso el proyecto SegmentPV de Fraunhofer está rediseñando la distribución del módulo y la colocación de los diodos para reducir aún más las pérdidas y el riesgo de puntos calientes.

La palanca más grande es la electrónica de potencia a nivel de módulo (MLPE): optimizadores de CC (por ejemplo SolarEdge) y microinversores (por ejemplo Enphase). Un inversor de cadena simple gestiona cada panel como una sola cadena, así que el peor panel marca el ritmo de todos. La MLPE gestiona cada panel por su cuenta. Un panel sombreado sigue perdiendo su propia producción, pero ya no estrangula a sus vecinos sanos. En sistemas parcialmente sombreados esto suele recuperar una parte significativa, citada a menudo en torno al 20 a 30 por ciento, de la energía que un inversor de cadena habría perdido.

El orden de prioridad es claro. Primero, evita la sombra eligiendo el emplazamiento y la distribución. Segundo, si alguna sombra es inevitable, usa optimizadores o microinversores para que quede contenida en un panel. Ninguna electrónica convierte un tejado sombreado en uno sin sombra.

El invierno es cuando la sombra muerde más fuerte

Una sombra que libra tus paneles en julio puede tragárselos en diciembre, porque el sol se sitúa mucho más bajo en el cielo.

En Berlín (latitud de unos 52,5 grados norte) el sol del mediodía alcanza aproximadamente 61 grados sobre el horizonte en el solsticio de junio, pero solo unos 14 grados en el solsticio de diciembre. A 14 grados, cada árbol, valla y tejado vecino proyecta una sombra varias veces más larga que en verano. Objetos que nunca tocaron tu instalación en junio ahora se interponen directamente sobre ella en la época del año en que más necesitas el rendimiento.

Por eso también una sola medición por satélite o un vistazo rápido en verano resultan engañosos. Lo que necesitas es el perfil completo de obstrucciones todo alrededor de ti, y cuán alto se eleva cada una en el cielo.

La cifra que realmente predice tus pérdidas

El concepto que enlaza todo esto es el horizonte de sombra. Es el contorno, medido en grados de altura en cada dirección de la brújula, de todo lo que bloquea tu vista del cielo abierto: la línea de cumbrera de la casa de al lado, la copa del roble al suroeste, la lejana hilera de árboles.

Las herramientas de mapas y satélite como Google Project Sunroof, los registros del Solarkataster regional y SunCalc son útiles, pero comparten un punto ciego estructural. Modelan el tejado y el terreno general, y pasan por alto habitualmente las obstrucciones reales que se alzan sobre o cerca de tu emplazamiento, especialmente árboles, barandillas de balcón y paredes adyacentes. Ahí es precisamente de donde vienen las pérdidas desproporcionadas.

La única solución fiable es medir el horizonte de sombra desde el emplazamiento exacto donde irán los paneles. Esto es lo que hace SunMeasure: te colocas en el tejado, el balcón o el trozo de jardín, recorres el cielo con tu teléfono, y registra la altura de cada obstrucción, luego la combina con datos de irradiancia de la ubicación de fuentes como el PVGIS de la UE para estimar cuánto sol recibe realmente el emplazamiento a lo largo del año. Tanto si usas una aplicación como un diagrama manual de la trayectoria solar, mide desde el emplazamiento. El coste de adivinar mal no es de unos pocos por ciento. Como muestra la física anterior, puede ser la mayor parte de un panel.