Qué es un horizonte de sombra, y por qué decide tu rendimiento solar

El cielo es una cúpula, y tus obstáculos se la comen

Colócate en el emplazamiento donde quieres poner paneles solares y mira hacia arriba. El cielo es una cúpula. El sol recorre esa cúpula por una trayectoria curva que cambia con las estaciones. Cada árbol, cumbrera de tejado, chimenea y edificio vecino se eleva desde el suelo y cubre parte de la cúpula inferior. Ese contorno, la altura de todo lo que bloquea tu vista del cielo medida todo alrededor de ti, es el horizonte de sombra. Los ingenieros también lo llaman perfil de horizonte.

Para describirlo con precisión necesitas dos ángulos. El primero es el rumbo de la brújula, llamado acimut. Por convención 0 grados es el norte, 90 grados el este, 180 grados el sur y 270 grados el oeste. El segundo es cuán alto alcanza un objeto sobre el horizonte plano, llamado el ángulo de elevación o altura, desde 0 grados (plano, a la altura de los ojos) hasta 90 grados (justo en lo alto).

Un horizonte de sombra es simplemente una tabla de esos dos números juntos. Para cada rumbo de la brújula, ¿cuál es el ángulo de elevación de lo más alto que bloquea el cielo? Una hilera de álamos justo al sur podría alcanzar 25 grados. El campo abierto al oeste podría ser de 2 grados. La casa de un vecino al sureste podría ser de 18 grados. Traza esos puntos y únelos, y obtienes una línea dentada que separa el cielo abierto arriba del cielo bloqueado abajo. Todo lo que está debajo de la línea es sombra. Todo lo que está encima es luz solar potencial.

Por qué la línea importa más en invierno

Un horizonte de sombra no importaría si el sol estuviera siempre alto en lo alto. No lo está. La altura del sol cambia enormemente a lo largo del año, y esa es toda la razón por la que esta medición decide tu rendimiento.

Al mediodía solar la elevación del sol equivale a 90 grados menos la diferencia entre tu latitud y la declinación del sol. La declinación oscila entre más 23,45 grados en el solsticio de junio y menos 23,45 grados en el solsticio de diciembre. Para un emplazamiento a 50 grados Norte, aproximadamente Fráncfort o Praga, eso da un sol de mediodía de unos 63 grados de altura en junio y solo unos 16 grados de altura en diciembre. Eso es una oscilación de casi 47 grados entre las estaciones.

Ahora el peligro es obvio. En junio el sol recorre alto el cielo y libra la mayoría de los obstáculos con facilidad. En diciembre apenas se eleva sobre el horizonte, rozando bajo por el sur durante unas horas antes de ponerse de nuevo. La franja exacta de cielo donde vive el sol de invierno, baja y hacia el sur, es precisamente la franja que los árboles y los edificios tienen más probabilidades de bloquear. Una hilera de coníferas que no proyecta ninguna sombra sobre tus paneles en verano puede situarse justo delante del sol de diciembre.

Por eso un tejado puede parecer perfecto en una tarde soleada de julio y aun así rendir por debajo de lo esperado. La prueba de verano la pasa. La prueba de invierno, la que importa para un sistema de todo el año, falla silenciosamente. Solo un horizonte de sombra medido te muestra ambas a la vez.

Dónde es peor el daño en el horizonte

No todas las obstrucciones son iguales. Un obstáculo justo al norte de un emplazamiento en el hemisferio norte no bloquea casi nada, porque el sol nunca está en el cielo del norte durante las horas productivas. El sol sale por el sureste, asciende por el sur y se pone por el suroeste. Así que los rumbos que importan son aproximadamente desde el sureste (unos 135 grados) pasando por el sur (180 grados) hasta el suroeste (unos 225 grados).

Un árbol o edificio en ese arco sur elimina el sol durante la mitad del día, cuando está más alto y más fuerte y entregando la mayor energía por minuto. El mismo objeto colocado justo al este solo te cuesta algo de luz de primera hora de la mañana, que es más débil y más corta. Por eso dos tejados con la misma cantidad total de vegetación alrededor pueden tener rendimientos muy distintos. La posición en el horizonte lo es todo.

Hay una regla práctica sencilla. Recorre primero el lado sur del emplazamiento. Si algo allí alcanza más de unos 20 grados de elevación, espera una pérdida real de invierno. Si el horizonte sur está limpio por debajo de 10 grados, el emplazamiento probablemente es bueno, y puedes preocuparte menos por los obstáculos al norte y al este o el oeste lejanos.

• Arco sur (135 a 225 grados): cada grado de obstrucción aquí cuesta lo más, especialmente en invierno.
• Este y oeste (90 y 270 grados): las obstrucciones cuestan luz de mañana o de tarde, una pérdida menor y más estacional.
• Norte (0 grados): casi irrelevante para los paneles en la UE, ya que el sol nunca brilla desde allí durante las horas útiles.

Cómo lo han medido los profesionales

Los instaladores solares han medido el horizonte de sombra durante años, porque saben que impulsa el rendimiento. Dos herramientas dominan el oficio.

El Solar Pathfinder es el clásico de baja tecnología. Es una cúpula transparente pulida colocada sobre un diagrama impreso de la trayectoria solar para tu latitud. Los árboles y edificios a tu alrededor aparecen como reflejos en la cúpula, y dondequiera que un reflejo cruza un arco de la trayectoria solar, esa hora está sombreada. Como funciona por reflexión en lugar de esperar sombras reales, puede usarse a cualquier hora del día con cualquier clima. Cuesta aproximadamente entre 300 y 350 USD, pero leerlo con precisión requiere práctica y el resultado es solo tan bueno como el operador.

El Solmetric SunEye es la versión digital. Usa una cámara de ojo de pez más una brújula electrónica e inclinómetro para capturar una panorámica de 360 grados, luego traza automáticamente el horizonte y superpone las trayectorias solares para calcular un porcentaje de acceso solar. Es rápido y preciso, y exporta un perfil de horizonte e informe en PDF. También es un instrumento profesional: el SunEye 210 figura en torno a los 2.195 USD. Ese precio tiene sentido para un instalador ocupado y ningún sentido para un propietario que comprueba un solo balcón.

Ambas herramientas demuestran el punto: el horizonte de sombra merece medirse adecuadamente. La barrera siempre ha sido el coste y la destreza, no el valor.

Alimentar el horizonte en un cálculo de rendimiento

Medir el horizonte es solo la mitad del trabajo. La otra mitad es convertirlo en una cifra de kilovatios-hora, y la herramienta estándar gratuita para eso en Europa es PVGIS, gestionada por el Centro Común de Investigación de la Comisión Europea.

PVGIS ya incluye un horizonte por defecto. Lee el terreno de un modelo digital de elevación a unos 90 metros de resolución (datos de 3 segundos de arco) y calcula cómo las colinas y montañas lejanas dan sombra a cada emplazamiento. Eso capta la configuración del terreno. Lo que no puede ver es el árbol de tu jardín o la casa de al lado, porque son demasiado pequeños y demasiado locales para una cuadrícula de 90 metros.

Aquí es donde entra tu propia medición. PVGIS te permite subir un archivo de horizonte personalizado. El formato es sencillo y estricto: un simple archivo de texto o CSV con un valor de elevación por línea, dado en grados, yendo en sentido horario empezando por el norte. Se supone que los valores están espaciados uniformemente alrededor del círculo completo, así que 48 números significan una lectura cada 7,5 grados de rumbo. Sube tu horizonte de sombra medido y PVGIS recalcula el rendimiento con tus obstrucciones reales incluidas, mes a mes, y muestra la elevación del sol en los solsticios de junio y diciembre para que puedas ver el problema de invierno directamente. De repente la estimación refleja tu emplazamiento, no un campo abierto idealizado.

Solargis, PVsyst y otros paquetes profesionales aceptan perfiles de horizonte de la misma manera. La medición es portátil. Captúrala una vez y podrás alimentarla en la calculadora en la que confíes.

Capturarlo en un teléfono, gratis

Las matemáticas y las calculadoras han sido gratuitas y públicas durante años. La pieza que faltaba era una forma asequible de medir el horizonte in situ, sin un instrumento de 2.000 USD ni una cúpula que requiere formación para leer.

Un teléfono moderno ya lleva los sensores adecuados: una cámara, una brújula y sensores de movimiento que rastrean exactamente hacia dónde apunta el teléfono. La realidad aumentada los combina. Te colocas en el emplazamiento preciso, la teja del tejado, la barandilla del balcón, el trozo de jardín, y recorres el cielo con el teléfono. La aplicación registra el ángulo de elevación del horizonte en cada rumbo a medida que avanzas, construyendo el mismo perfil de horizonte que haría un SunEye, con hardware que ya posees.

Esto es lo que hace SunMeasure. Captura el horizonte de sombra en el emplazamiento exacto, luego lo combina con datos de irradiancia de la ubicación de fuentes oficiales como PVGIS, el Global Solar Atlas, Copernicus CAMS, DWD y NASA POWER para estimar el rendimiento realista y sugerir la mejor inclinación y orientación. Pero el punto no es la aplicación. El punto es el concepto. Las herramientas de mapas y satélite como Project Sunroof o un Solarkataster modelan el tejado pero no pueden ver el abeto del vecino o la chimenea a tres metros. El horizonte de sombra es la única entrada que solo una medición in situ capta, y a menudo es la diferencia entre una buena estimación y una equivocada.

Aprende a leer la línea entre el cielo abierto y el cielo bloqueado, presta la máxima atención al sur, y recuerda que el sol de invierno se sitúa bajo. Haz eso, y entenderás el único hecho geométrico que decide si un emplazamiento merece la pena cablear.