Ángulo e inclinación ideales para techos solares según un estudio en China
12 febrero, 2025
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### **Investigación en China revela el ángulo de inclinación y altura óptimos para techos fotovoltaicos**
Un equipo de investigadores de la Universidad de Tecnología Electrónica de Guilin, en China, ha desarrollado un modelo numérico para analizar cómo la altura y el ángulo de inclinación de los paneles fotovoltaicos en techos afectan su rendimiento térmico, eléctrico y su eficiencia en el ahorro de energía. Este estudio busca llenar un vacío en la literatura científica, ya que hasta ahora no se había realizado un análisis integral sobre el impacto de estas variables a lo largo del año.
### **Un modelo validado con experimentos**
Para garantizar la precisión de su modelo, los científicos lo compararon con datos obtenidos en un experimento real. Utilizaron el software **Design Builder**, que permite simular los intercambios de energía dentro y fuera de los edificios, considerando la conducción, convección y radiación térmica. Además, incorporaron datos meteorológicos de la ciudad de Guilin, ubicada en el noreste de China.
El experimento consistió en comparar una estructura cerrada sin paneles solares con otra que tenía módulos fotovoltaicos instalados a diferentes alturas y ángulos de inclinación. La estructura de prueba estaba construida con madera contrachapada de 1,5 cm de grosor y recubierta con una capa reflectante de aluminio para reducir la disipación de calor. Los paneles utilizados eran de silicio monocristalino con una potencia de 200 W.
Los resultados mostraron que el modelo numérico tenía un margen de error bajo, con un **error cuadrático medio (RMSE)** entre 0,16 y 2,35, y un **error porcentual absoluto medio (MAPE)** de entre 0,90% y 9,38%. Esto confirmó la fiabilidad del modelo para evaluar el rendimiento de los techos fotovoltaicos bajo diferentes configuraciones.
### **El impacto de la altura y el ángulo de inclinación**
Con el modelo validado, los investigadores realizaron simulaciones variando la altura y la inclinación de los paneles. Para evaluar el impacto de la altura, mantuvieron los paneles en posición paralela al techo y probaron alturas de **100 mm, 150 mm y 200 mm**. En otro experimento, fijaron la altura en **200 mm** y analizaron distintos ángulos de inclinación: **0°, 15°, 20°, 25°, 30°, 35°, 40° y 45°**.
Los resultados mostraron que en verano, cuando el sol está más alto en el cielo, el rendimiento energético de los techos con paneles paralelos es el mejor, alcanzando una generación diaria de **307,2 W/m²**. Sin embargo, a medida que aumenta la inclinación, la eficiencia disminuye.
En invierno, la situación es diferente. Los techos con paneles paralelos tienen el peor desempeño, mientras que aquellos con una inclinación de **40°** logran el mejor rendimiento, con una generación de **234,6 W/m²**.
En términos de eficiencia energética, el verano es la estación donde se logra el mayor ahorro, con un **18,8%** en los techos con paneles paralelos. En invierno, la inclinación óptima es de **40°**, con una eficiencia del **25,6%**, mientras que los techos con paneles paralelos presentan el menor ahorro energético.
### **El ángulo óptimo para todo el año**
Para determinar la mejor configuración anual, los investigadores concluyeron que un ángulo de inclinación de **20°** ofrece el mejor equilibrio entre generación de energía y eficiencia en el ahorro. En esta configuración, la generación anual alcanza **79,4 kWh/m²**, con una eficiencia del **25,5%**.
Por otro lado, descubrieron que la altura de instalación tiene un impacto mínimo en la eficiencia energética general, con una variación de menos del **0,2%** en la carga térmica diaria entre techos convencionales y fotovoltaicos.
Los resultados de esta investigación fueron publicados en la revista científica *Results in Engineering*, en el artículo titulado *»Effect of the overhead height and tilt angle on comprehensive performance of photovoltaic roof based on simulation and experimental methods»*.
Este estudio proporciona información clave para optimizar el diseño de techos fotovoltaicos, permitiendo mejorar su rendimiento energético y térmico a lo largo del año.
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