Sombras en paneles solares: ¿por qué una sombra pequeña puede afectar su generación?
Al revisar un techo para instalar paneles solares, es común encontrar espacios que parecen adecuados porque reciben luz directa durante buena parte del día. Sin embargo, la presencia de tinacos, muros, árboles o construcciones cercanas puede generar sombras que afectan la producción de electricidad.
Un detalle importante es que una sombra no necesita cubrir completamente un panel solar para reducir su generación. Dependiendo de cómo estén conectadas sus celdas, una pequeña zona sombreada puede ocasionar pérdidas mayores a la superficie que está tapando.
Por eso, antes de decidir dónde colocar los módulos fotovoltaicos, conviene entender cómo funcionan las sombras y por qué deben considerarse desde el diseño de la instalación.
¿Cómo afectan las sombras a los paneles solares?
Los paneles solares generan electricidad cuando sus celdas fotovoltaicas reciben luz. La cantidad de energía que producen depende, entre otros factores, de la radiación solar disponible.
Cuando un objeto proyecta una sombra sobre el panel, las celdas afectadas reciben menos luz directa y disminuye su capacidad de generar electricidad.
Lo interesante es que la pérdida de generación no siempre es proporcional al área sombreada.
Por ejemplo, si una sombra cubre el 10% de la superficie de un panel, esto no significa necesariamente que su producción disminuirá solamente un 10%.
Dependiendo de qué celdas estén afectadas, de sus conexiones internas y de las características del módulo, la reducción puede ser considerablemente mayor.
¿Por qué una sombra pequeña puede afectar gran parte de un panel solar?
Para entenderlo, primero hay que conocer un aspecto básico del funcionamiento de los módulos fotovoltaicos.
Un panel solar está formado por numerosas celdas conectadas eléctricamente.
En muchos diseños, estas celdas se organizan en grupos conectados en serie.
Cuando varios componentes están conectados en serie, la misma corriente eléctrica circula a través de ellos.
Esto significa que, si una celda recibe menos luz y genera menos corriente, puede limitar la corriente que circula por otras celdas conectadas en esa misma serie.
Un ejemplo sencillo
Imaginemos un panel solar cuyas celdas están recibiendo luz de manera uniforme.
Mientras las condiciones sean similares, las celdas pueden trabajar de forma relativamente equilibrada.
Ahora supongamos que la sombra de un tinaco alcanza solamente una pequeña parte del panel y cubre algunas de sus celdas.
Aunque el resto permanezca iluminado, las celdas sombreadas pueden producir menos corriente que las demás.
Esta diferencia modifica las condiciones de operación del circuito y puede reducir la potencia que entrega el módulo.
Por eso, una sombra que aparentemente ocupa poco espacio puede tener un efecto importante sobre la producción eléctrica.
Sin embargo, esto no significa que cualquier pequeña sombra haga que todo el panel deje de generar electricidad.
El resultado depende del diseño interno del módulo, de la intensidad del sombreado y de los dispositivos que incorpora para reducir sus efectos.
¿Qué son los diodos de bypass y cómo ayudan cuando hay sombras?
Los fabricantes incorporan en muchos módulos fotovoltaicos unos componentes electrónicos llamados diodos de bypass, también conocidos como diodos de derivación.
Su función es proporcionar un camino alternativo para la corriente eléctrica cuando determinadas secciones del panel presentan condiciones de operación desfavorables.
Para comprenderlo, pensemos en un módulo dividido eléctricamente en varios grupos de celdas.
Si una sombra afecta considerablemente a uno de esos grupos, el diodo correspondiente puede activarse y permitir que la corriente evite esa sección.
De esta forma, otras partes del panel pueden continuar aportando energía.
¿Significa que el panel solamente pierde la parte sombreada?
No necesariamente.
Cuando se activa un diodo de bypass, puede dejar de aprovecharse la contribución de un grupo completo de celdas, aunque la sombra solamente cubra algunas de ellas.
Por ejemplo, en ciertos módulos convencionales existen tres grupos de celdas protegidos por tres diodos.
Si las condiciones provocan que uno de esos grupos sea derivado, la pérdida de potencia puede ser mucho mayor que la superficie directamente cubierta por la sombra.
Esto no representa una regla universal: los módulos actuales tienen diferentes configuraciones internas y algunos incorporan diseños que modifican su comportamiento ante el sombreado.
Los diodos de bypass ayudan a reducir determinadas pérdidas y condiciones de sobrecalentamiento, pero no eliminan todos los efectos negativos de las sombras.
¿Una sombra puede afectar también a los demás paneles?
Sí, en determinadas configuraciones.
El efecto de una sombra puede extenderse más allá del módulo directamente afectado, especialmente cuando varios paneles están conectados en serie.
Sistemas con inversor de cadena
En una instalación con inversor de cadena, varios paneles pueden conectarse eléctricamente formando una serie o string.
Como los módulos comparten la misma corriente, las diferencias de generación provocadas por una sombra pueden afectar el funcionamiento de esa cadena.
Los diodos de bypass y el sistema de seguimiento del punto de máxima potencia del inversor ayudan a gestionar estas condiciones, pero pueden existir pérdidas adicionales.
Esto no significa que una sombra sobre un panel necesariamente detenga la generación de todos los demás.
El comportamiento depende del número de módulos, su configuración eléctrica, el inversor utilizado y las características del sombreado.
Sistemas con microinversores
Los microinversores permiten gestionar la generación de uno o varios módulos de forma más independiente, dependiendo de su diseño.
En determinadas instalaciones, esto puede reducir el impacto que tiene un panel sombreado sobre la producción de los demás.
Sin embargo, un microinversor no elimina las pérdidas provocadas por la sombra sobre el propio panel.
Si un módulo recibe menos radiación solar, seguirá teniendo una menor capacidad de generación.
El Departamento de Energía de Estados Unidos señala que los microinversores pueden resultar útiles cuando los módulos presentan diferentes condiciones de sombreado.
Por eso, la elección entre inversores de cadena, microinversores u otras tecnologías debe realizarse considerando las condiciones particulares de la instalación.
La sombra de un tinaco cambia durante el día
Uno de los obstáculos más comunes en las azoteas de viviendas en México son los tinacos de almacenamiento de agua.
Por su altura, pueden proyectar sombras sobre diferentes zonas del techo.
El problema es que estas sombras no permanecen en el mismo lugar durante todo el día.
Por la mañana, cuando el Sol se encuentra a menor altura sobre el horizonte, las sombras suelen ser más largas.
Conforme se acerca el mediodía solar y el Sol alcanza una posición más elevada, generalmente se acortan.
Durante la tarde vuelven a alargarse, pero en otra dirección.
Por ejemplo, una zona del techo puede encontrarse completamente iluminada al mediodía y recibir la sombra del tinaco durante varias horas de la mañana.
Si solamente se revisa ese espacio a mediodía, podría parecer una ubicación adecuada, aunque presente pérdidas de generación en otros momentos.
Por esta razón, una fotografía tomada a una sola hora no permite conocer todas las condiciones de sombreado de una azotea.
El análisis debe considerar el recorrido aparente del Sol y los obstáculos presentes alrededor del lugar de instalación.
¿Las sombras cambian durante el año?
Sí. Además de cambiar durante el día, las sombras también varían según la época del año.
Esto ocurre porque la posición aparente del Sol en el cielo cambia entre estaciones.
En el hemisferio norte, donde se encuentra Hermosillo, el Sol alcanza una menor altura al mediodía durante el invierno que durante el verano.
Por esta razón, un mismo objeto puede proyectar sombras más largas durante los meses de invierno.
¿Qué significa esto para una instalación solar?
Imaginemos que se revisa un techo durante julio.
A determinada hora, un espacio cercano al tinaco podría recibir luz directa y parecer adecuado para colocar los módulos.
Sin embargo, durante diciembre, cuando el Sol se encuentra más bajo, la sombra del mismo tinaco puede alcanzar una parte del techo que permanecía iluminada en verano.
Esto significa que una ubicación aparentemente libre de sombras en una época del año puede presentar sombreado durante otra temporada.
El Departamento de Energía de Estados Unidos explica que la radiación solar disponible depende de factores como la ubicación geográfica, la hora del día, la estación y las características del entorno.
Por ello, un análisis de sombras debe considerar las variaciones estacionales y no limitarse a una visita rápida.
¿Qué objetos pueden provocar sombras en una instalación solar?
Aunque los tinacos son uno de los obstáculos más evidentes en las viviendas, existen otros elementos que pueden afectar la generación fotovoltaica.
Entre los más comunes se encuentran:
Muros y pretiles: pueden proyectar sombras sobre los módulos instalados cerca de los bordes de la azotea.
Tinacos y depósitos elevados: generan sombras que cambian de posición y longitud durante el día.
Árboles: sus ramas y hojas pueden producir sombras irregulares que se desplazan con el viento.
Antenas y postes: aunque sean relativamente delgados, pueden proyectar sombras sobre determinadas celdas.
Construcciones vecinas: pueden limitar las horas de exposición solar disponibles.
Equipos de aire acondicionado: dependiendo de su altura y ubicación, también pueden generar obstáculos.
Otros paneles solares: cuando se instalan sobre estructuras inclinadas, una fila puede proyectar sombra sobre la siguiente si no se respeta una separación adecuada.
También conviene considerar posibles modificaciones futuras.
Por ejemplo, si se planea construir un segundo piso, levantar un muro o instalar un tinaco adicional, estos cambios podrían afectar posteriormente la generación del sistema.
¿Cómo se realiza un análisis de sombras antes de instalar paneles solares?
El análisis de sombras busca identificar qué partes de una superficie recibirán radiación solar y en qué momentos pueden quedar obstruidas.
Existen diferentes niveles de evaluación, desde observaciones preliminares hasta simulaciones especializadas.
1. Identificar los obstáculos
Primero se revisan los elementos que pueden proyectar sombras sobre el área donde se pretende instalar los módulos.
Es importante considerar tanto los obstáculos de la propia vivienda como los que se encuentran alrededor.
2. Revisar la trayectoria solar
Posteriormente, se analiza cómo cambia la posición del Sol durante el día y a lo largo del año.
Esto permite identificar qué superficies pueden recibir sombras en diferentes horarios y estaciones.
3. Evaluar la distribución de los paneles
Con la información anterior, se determina qué zonas resultan más convenientes para colocar los módulos.
En ocasiones, desplazar los paneles algunos metros o modificar su distribución puede ayudar a disminuir el sombreado.
4. Estimar las pérdidas de generación
Cuando las condiciones lo requieren, pueden utilizarse programas de simulación fotovoltaica para estimar cómo afectan las sombras a la producción anual del sistema.
Herramientas especializadas como PVsyst permiten representar obstáculos, calcular sus sombras en diferentes momentos del año y evaluar determinadas pérdidas eléctricas asociadas al sombreado.
Estas estimaciones dependen de la precisión de los datos del sitio y de cómo se modele el sistema.
¿Conviene instalar paneles solares donde hay sombra?
Depende de las características del lugar.
Una azotea no necesariamente deja de ser adecuada para una instalación fotovoltaica porque reciba algunas sombras durante el día.
Lo importante es conocer cuánto afectan esas condiciones a la producción esperada.
Por ejemplo, una sombra que aparece durante un periodo breve, cuando la radiación solar es relativamente baja, puede tener un impacto anual menor que una sombra persistente durante las horas de mayor generación.
También importa cuántos módulos resultan afectados y cómo están conectados.
En algunos casos puede ser conveniente:
Cambiar la ubicación de determinados paneles.
Modificar su orientación o distribución.
Ajustar la separación entre filas de módulos.
Evaluar una configuración eléctrica diferente.
Considerar tecnologías que permitan gestionar mejor módulos con condiciones distintas de iluminación.
Estas alternativas deben analizarse individualmente, porque pueden implicar diferencias de costo, espacio disponible o complejidad de instalación.
La mejor decisión no siempre consiste en evitar absolutamente todas las sombras, sino en evaluar si las pérdidas esperadas son aceptables para el proyecto.
¿Las sombras pueden dañar un panel solar?
Además de reducir la generación eléctrica, determinadas condiciones de sombreado pueden ocasionar diferencias importantes de temperatura entre las celdas.
En algunos casos, una celda sombreada puede verse sometida a condiciones eléctricas que provocan calentamiento localizado.
Este fenómeno se conoce como punto caliente o hot spot.
Los módulos fotovoltaicos incorporan medidas de protección y deben cumplir requisitos técnicos destinados a reducir estos riesgos.
Sin embargo, los diodos de bypass no eliminan por completo la posibilidad de que se presenten puntos calientes bajo determinadas condiciones.
Las investigaciones sobre confiabilidad de módulos fotovoltaicos identifican el sombreado parcial como uno de los factores que pueden contribuir a este fenómeno.
Esto no significa que una sombra ocasional vaya a dañar automáticamente un panel.
El riesgo depende de factores como la duración e intensidad del sombreado, las características eléctricas del módulo y sus condiciones de operación.
¿Qué debes preguntar antes de contratar una instalación solar?
Cuando se revisa una propuesta para instalar paneles solares en una vivienda, vale la pena preguntar cómo se evaluaron las sombras.
Algunas preguntas útiles son:
¿Se revisaron los obstáculos que pueden proyectar sombras sobre los módulos?
¿Se consideró cómo cambia la trayectoria del Sol durante el año?
¿La distribución propuesta busca reducir las sombras de tinacos, muros y otros elementos?
¿Qué impacto estimado tendrán las sombras sobre la generación anual?
¿La configuración del inversor y de los módulos es adecuada para las condiciones del sitio?
Estas preguntas permiten comprender mejor el diseño propuesto y verificar que la ubicación de los paneles no se haya definido solamente por el espacio disponible.
Conclusión
Las sombras son un factor importante al diseñar una instalación de paneles solares.
Aunque un módulo permanezca iluminado en gran parte de su superficie, una sombra parcial puede reducir considerablemente su producción eléctrica debido a la manera en que están conectadas sus celdas.
Además, las sombras cambian durante el día y a lo largo del año, por lo que una zona libre de obstáculos al mediodía no necesariamente permanecerá iluminada en otras condiciones.
Antes de instalar, conviene revisar la trayectoria solar, identificar los obstáculos y evaluar cómo afectarán la generación esperada.
Que un panel solar quepa en un espacio no significa necesariamente que ese sea el mejor lugar para instalarlo.
En Servimx, realizamos instalaciones integrales de sistemas fotovoltaicos residenciales en Hermosillo, Sonora, considerando las características de cada inmueble y las condiciones que pueden influir en su generación eléctrica.
