Antes de entrar en materias sobre mecanismos de seguimiento solar, hay que definir las coordenadas solares que determinan la posición del sol respecto a la Tierra. Para ello retrocedamos seis siglos de historia y consideremos la devota idea de que la Tierra es el centro del Universo y que el Sol gira alrededor de la Tierra. En la figura se representa al Sol en un determinado momento. Su posición está determinada por: Altura solar: es el ángulo que forman los rayos solares sobre la superficie horizontal (h). Cuando amanece parte de el valor cero para aumentar progresivamente hasta el mediodía solar, donde alcanza su valor máximo. Luego comienza de nuevo a disminuir has llegar de nuevo a cero en el ocaso. A veces también se usa el llamado ángulo cenital, que el que forma el rayo solar con la vertical; es decir, el ángulo complementario con la altura solar, representado en la figura como «θ». Azimut (A) o ángulo azimutal: es el ángulo de giro del Sol medido sobre el plano horizontal mediante la proyección del rayo sobre dicho plano y tomando como origen el sur. Por convenio, se considera negativo cuando el Sol está hacia el este (por la mañana) y positivo cuando está hacia el oeste (por la tarde). El ángulo de Azimut representado en la figura como «A» tiene un valor positivo, puesto que la trayectoria del Sol ha pasado la vertical del sur, camino del ocaso. Cuando amanece el Azimut tiene un valor cercano a - 90º, (este valor sólo se cumple en el trópico, por tanto, en cualquier otro paralelo tendrá un valor menor a -90, que irá disminuyendo a medida que nos acerquemos a los polos). A lo largo de la mañana se irá reduciendo el ángulo hasta llegar a las 12 horas (hora solar) donde su valor es cero. En ese punto estamos en la dirección del eje norte-sur. En resumen, vemos que si queremos mantener la superficie de un panel perfectamente orientado hacia el sol, este debe girar sobre dos ejes. Uno sería en dirección este-oeste, de manera si estamos en el hemisferio norte el ángulo «h» tendrá su valor mínimo en el solsticio de invierno (21 de Diciembre), y su valor máximo en el solsticio de verano (21 de Junio). En el hemisferio sur será lo contrario. El otro eje sería perpendicular al primero; de manera que el panel irá girando a lo largo del día de este a oeste siguiendo la trayectoria solar.
Tipos de sistemas de seguimiento y su funcionamiento
Según el tipo de movimiento de rotación que los mecanismos de rotación producen, se dividen en sistemas de rotación de un solo eje o de dos ejes. Los primeros, que son los más simples, permiten a la estructura y a los paneles rígidamente unidos a ella girar en torno a un eje horizontal, vertical o inclinado. Mediante este giro se puede llevar a cabo un seguimiento del ángulo de azimut del Sol, o de su altura, pero no de ambas coordenadas simultáneamente. En los sistemas de dos ejes, además del movimiento de giro este-oeste alrededor del primer eje, también es posible un segundo movimiento rotatorio alrededor de un eje horizontal. La combinación de movimientos alrededor de ambos ejes hace posible que los rayos del sol incidan en todo momento perpendicularmente a la superficie del panel, captándose así la mayor cantidad posible de energía solar.
El sistema para conseguir el movimiento en una estructura de movimiento solar es el siguiente: Utilizando dos pequeños módulos fotovoltaicos iguales (representados en la figura de la izquierda),cuya corriente pueda alimentar un motor reversible de corriente continua que acciona el mecanismo de rotación. Entre ambos módulos se instala un separador opaco, de manera que cuando el panel está perfectamente orientado al sol (posición central de la figura derecha) ambos paneles reciben la misma radiación, produciendo la misma intensidad de corriente, anulándose entre si y no pasa corriente alguna a través de la rama central que acciona el motor.
La elección o no de un sistema de seguimiento solar dependerá de la relación entre la ganancia esperada de energía respecto a un sistema fijo (entendiendose por este aquel instalado sobre el suelo con orientación fija) y el sobrecosto que representa dicho sistema.
Ventajas y retos de los sistemas de dos ejes
La combinación de movimientos alrededor de ambos ejes hace posible que los rayos del sol incidan en todo momento perpendicularmente a la superficie del panel, captándose así la mayor cantidad posible de energía solar. Este alineamiento óptimo se mantiene a lo largo del día, maximizando la generación eléctrica especialmente en climas con variaciones de inclinación solar during the day.
Consideraciones prácticas y tablas de rendimiento
La eficiencia de un sistema de seguimiento depende de factores como la precisión de la orientación, pérdidas por sombra, costos de instalación y mantenimiento, y la variabilidad climática. En entornos con alta radiación y sol casi constante, el beneficio puede ser menor que el costo; en otros, el incremento de producción justifica el inversión. A continuación se presenta un esquema resumido de criterios para decidir la implementación de seguimiento solar:
- Relación ganancia adicional esperada vs. coste del sistema.
- Disposición del terreno y posibilidad de sombreado.
- Confiabilidad y mantenimiento requerido para motores y sensores.
- Impacto de la localización geográfica y la estacionalidad solar.
- Para climas con variaciones diarias intensas, el seguimiento puede ampliar la captación durante horas de mayor radiación.
- En terrenos planos y sin sombras, un sistema de dos ejes suele rendir mejor que uno de un solo eje.
- La simplicidad de un eje puede ser suficiente en instalaciones pequeñas o con restricciones presupuestarias.
Infografías y enriquecimiento visual
¿Cómo leer o interpretar una gráfica solar?
Este material visual ayuda a entender cómo la altura solar h y el azimut A cambian a lo largo del día y cómo se traducen en movimientos de un sistema de seguimiento. Las imágenes muestran la transición de orientación del panel para optimizar la captación de radiación en distintas latitudes y estaciones.
Tabla de componentes y flujo de energía
| Componente | Función |
|---|---|
| Módulos fotovoltaicos | Captan la radiación solar y generan corriente eléctrica |
| Motor reversible | Convierte la señal eléctrica en movimiento de rotación |
| Separador opaco | Asegura que cada módulo reciba igual radiación para activar o anular el motor |
| Sistema de control | Gestiona el seguimiento y la sincronización entre módulos |
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