Los sistemas de montaje fotovoltaicos (también llamados bastidores de módulos solares) se utilizan para fijar paneles solares en superficies como tejados, fachadas de edificios o el suelo. [1] Estos sistemas de montaje generalmente permiten la instalación de paneles solares en tejados o como parte de la estructura del edificio (llamado BIPV ). [2] A medida que los costos relativos de los módulos solares fotovoltaicos (PV) han disminuido, [3] los costos de los bastidores se han vuelto más importantes y para los sistemas fotovoltaicos pequeños pueden ser el costo de material más caro. [4] Esto ha despertado el interés en los pequeños usuarios que implementan un enfoque de bricolaje. [5] Debido a estas tendencias, ha habido una explosión de nuevas tendencias en estanterías. Estos incluyen orientaciones y ángulos de inclinación no óptimos, nuevos tipos de montajes en techos, montajes en el suelo, marquesinas, sistemas integrados en edificios, sombreados, montados verticalmente y cercas.
Una célula solar funciona mejor (la mayor cantidad de energía por unidad de tiempo) cuando su superficie es perpendicular a los rayos del sol, que cambian continuamente a lo largo del día y la estación (ver: Trayectoria del sol ). Es una práctica común inclinar un módulo fotovoltaico fijo (sin seguidor solar ) en el mismo ángulo que la latitud de ubicación del conjunto para maximizar el rendimiento energético anual del módulo. Por ejemplo, los módulos fotovoltaicos de tejado en los trópicos proporcionan el mayor rendimiento energético anual cuando la inclinación de la superficie del panel está cerca de la dirección horizontal. Un estudio realizado en los trópicos demostró que la orientación de los paneles fotovoltaicos de baja pendiente tiene un impacto insignificante en el rendimiento energético anual, pero en el caso de aplicaciones fotovoltaicas de protección solar externa, la fachada este y la inclinación del panel de 30 a 40° son la ubicación e inclinación más adecuadas. . [6] Estudios recientes han demostrado que las orientaciones no óptimas, como los sistemas fotovoltaicos bifaciales orientados de este a oeste , tienen algunas ventajas. [7]
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El panel solar de un sistema fotovoltaico se puede montar en los tejados , generalmente con una separación de unos pocos centímetros y paralelo a la superficie del tejado. Si el techo es horizontal, la matriz se monta con cada panel alineado en ángulo. Si se planea montar los paneles antes de la construcción del techo, el techo se puede diseñar en consecuencia instalando soportes de soporte para los paneles antes de instalar los materiales para el techo. La instalación de los paneles solares puede realizarla el equipo responsable de instalar el techo. Si el techo ya está construido, es relativamente fácil instalar paneles directamente encima de las estructuras del techo existentes. Para una pequeña minoría de techos (a menudo no construidos según el código) que están diseñados para ser capaces de soportar solo el peso del techo, la instalación de paneles solares exige que la estructura del techo se fortalezca de antemano. En todos los casos de modernización es necesario prestar especial atención al sellado contra la intemperie. Hay muchos diseños de bajo peso para sistemas fotovoltaicos que se pueden usar en techos inclinados o planos (por ejemplo, cuñas de plástico o módulos fotovoltaicos); sin embargo, la mayoría depende de un tipo de carriles de aluminio extruido (p. ej. Unirac ). Recientemente, se han probado con éxito soluciones de estanterías fotovoltaicas basadas en tensión que reducen el peso y el coste. [8] En algunos casos, al convertir a tejas compuestas, el peso de los materiales del techo eliminados puede compensar el peso adicional de la estructura de los paneles. La práctica general para la instalación de paneles solares montados en el techo incluye tener un soporte por cada cien vatios de paneles. [9] [10]
Los sistemas fotovoltaicos montados en suelo suelen ser grandes centrales eléctricas fotovoltaicas a escala de servicios públicos . El conjunto fotovoltaico consta de módulos solares sostenidos por bastidores o marcos que están sujetos a soportes de montaje en el suelo. [11] [12] En general, los sistemas fotovoltaicos montados en el suelo pueden tener el ángulo de inclinación y la orientación óptimos (en comparación con los sistemas montados en el techo que pueden no ser óptimos, especialmente para modernizaciones).
Los soportes de montaje en tierra incluyen:
Los soportes en el suelo normalmente consisten en acero fijado en hormigón con rieles de aluminio que sostienen módulos de aluminio. Hay montajes en el suelo a nivel residencial y comercial, pero los sistemas son simplemente más pequeños y la cantidad de módulos fotovoltaicos por columna puede ser menor (por ejemplo, 3). [13] En algunas regiones, como América del Norte, existe evidencia de que las estanterías fotovoltaicas montadas en el suelo a base de madera (tanto con inclinación fija, [4] inclinación fija elevada para fotovoltaicos enrejados [14] como con ángulos de inclinación variable [15] ) pueden ser menos Más caro que los bastidores metálicos convencionales. Esto no es cierto a nivel mundial, como por ejemplo en Togo, los bastidores metálicos siguen costando menos por unidad de energía instalada, incluso con un ángulo de inclinación más bajo que permite el uso de vigas de madera más pequeñas. [4] El precio relativo de la madera al metal cambia radicalmente el material óptimo para las estanterías fotovoltaicas en todo el mundo. [16] Esto puede cambiar ya que los precios de la madera han sido muy volátiles. [17]
Los paneles solares se pueden montar en estanterías elevadas para que puedan compartir espacio con otros usos del suelo, como estacionamientos. Estos pueden proporcionar sombra a los automóviles y reducir el uso adicional de la tierra, pero son considerablemente más costosos que los sistemas convencionales montados en el suelo debido a los postes, zapatas y bastidores de acero más extensos, así como a los costos adicionales de mano de obra. [18] [19] [20] Esto se puede reducir un poco utilizando materiales de construcción de menor costo como la madera . [21] Las marquesinas fotovoltaicas sobre los estacionamientos se pueden utilizar para proporcionar electricidad para cargar vehículos eléctricos. [22] Existe un área potencial sustancial para la energía fotovoltaica en los estacionamientos. Por ejemplo, hay un potencial de 3,1 MW para energía fotovoltaica y 100 estaciones de carga para vehículos eléctricos por cada supercentro Walmart de EE. UU. [23] Popular Science informa que las marquesinas solares construidas sobre los estacionamientos son una vista cada vez más común en los EE. UU.: instaladas en campus universitarios, aeropuertos y lotes cerca de edificios de oficinas comerciales. [24] Francia , sin embargo, exige que todos los grandes aparcamientos estén cubiertos por paneles solares. [25]
También se pueden utilizar diferentes estructuras de cubierta para la energía agrivoltaica .
Los seguidores solares aumentan la energía producida por módulo a costa de una complejidad mecánica y una mayor necesidad de mantenimiento. Detectan la dirección del Sol e inclinan o giran los módulos según sea necesario para una exposición máxima a la luz. [26] [27]
Alternativamente, los bastidores fijos pueden mantener módulos estacionarios durante todo el día con una inclinación determinada ( ángulo cenital ) y orientados en una dirección determinada ( ángulo acimutal ). Son comunes los ángulos de inclinación equivalentes a la latitud de una instalación. Algunos sistemas también pueden ajustar el ángulo de inclinación según la época del año. [28]
Por otro lado, comúnmente se implementan matrices orientadas al este y al oeste (que cubren un techo orientado de este a oeste, por ejemplo). Aunque dichas instalaciones no producirán la máxima potencia promedio posible a partir de los paneles solares individuales, el costo de los paneles ahora suele ser más barato que el mecanismo de seguimiento y pueden proporcionar energía económicamente más valiosa durante las demandas pico de la mañana y la tarde que las orientadas al norte o al sur. sistemas. [29]
La energía fotovoltaica integrada en edificios (BIPV) son materiales fotovoltaicos que se utilizan para reemplazar los materiales de construcción convencionales en partes de la envolvente del edificio, como el techo (tejas), los tragaluces o las fachadas. Se incorporan cada vez más a la construcción de nuevos edificios como fuente principal o auxiliar de energía eléctrica, aunque los edificios existentes también pueden modernizarse con módulos BIPV. La ventaja de la energía fotovoltaica integrada sobre los sistemas no integrados más comunes es que el costo inicial puede compensarse reduciendo la cantidad gastada en materiales de construcción y mano de obra que normalmente se utilizaría para construir la parte del edificio que reemplazan los módulos BIPV. [30]
La energía fotovoltaica adaptada a edificios (BAPV) utiliza módulos solares para crear ventanas fotovoltaicas solares [31] y, de esta manera, también para modernizar edificios existentes. Hay varios productos BIPV (por ejemplo, tejas fotovoltaicas) [32] [33] en los que la fotovoltaica constituye todo el material del tejado y existen métodos para convertir módulos convencionales en pizarras para tejados. [34]
Los paneles solares también se pueden montar como estructuras de sombra donde los paneles solares pueden proporcionar sombra en lugar de cubrir el patio. El costo de estos sistemas de sombra es generalmente diferente al de las cubiertas de patio estándar, especialmente en los casos en que los paneles proporcionan toda la sombra requerida. La estructura de soporte para los sistemas de sombra pueden ser sistemas normales, ya que el peso de un conjunto fotovoltaico estándar está entre 3 y 5 libras/pie 2 . Si los paneles se montan en un ángulo más pronunciado que las cubiertas de patio normales, es posible que sea necesario reforzar las estructuras de soporte. Otras cuestiones que se consideran incluyen:
Los módulos fotovoltaicos bifaciales se pueden instalar verticalmente y operar como una cerca. Por ejemplo, la fotovoltaica bifacial funcionó como valla exterior del circuito global en la EXPO 2005 de Aichi, Japón. [35] Los sistemas fotovoltaicos también se pueden utilizar para vallas de nieve. [36] El fotovoltaico monofacial se puede unir con cremallera metálica a las cercas existentes para crear un bastidor fotovoltaico de muy bajo costo. Un estudio catalogó los tipos de cercas y cálculos de carga de viento para determinar la viabilidad de las estanterías basadas en cercas en todo Estados Unidos y encontró que las cercas podrían tener al menos un módulo fotovoltaico entre los montantes para cercas agrícolas ( ovejas , cabras , cerdos , vacas y alpacas ). . [37] Para cercas, los microinversores tuvieron un mejor rendimiento cuando la longitud de la cerca cruzada es inferior a 30 m o cuando el sistema fue diseñado con menos de siete módulos solares fotovoltaicos (por ejemplo, jardines), mientras que los inversores de cadena fueron una mejor selección para cercas más largas (por ejemplo, granjas). [38]
La energía fotovoltaica también se puede montar o formar parte de barreras de sonido/ barreras de ruido . La fotovoltaica se utiliza en barreras acústicas y existe desde 1989 en Suiza . Se ha avanzado mucho no sólo en la tecnología de los módulos fotovoltaicos, sino también en la construcción de barreras acústicas fotovoltaicas (PVNB). [39] La capacidad instalada de PVNB desplegadas en barreras acústicas en un solo estado es comparable a las capacidades instaladas de los parques solares más grandes de los EE. UU. y, sin embargo, debido al montaje único de PVNB, dichos sistemas proporcionan mejores índices de utilización del suelo para la producción de energía. que los parques solares fotovoltaicos convencionales. [40] Debido a los costos reducidos de estanterías, PVNB es una de las formas más económicas de implementar instalaciones fotovoltaicas conectadas a la red a gran escala. [41] Actualmente existe amplia evidencia de que una amplia gama de sistemas PVNB funcionan. [42]
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