Vaya por delante que no estamos hablando de rachas de viento fuerte, que solo pueden provocar problemas en una instalación fotovoltaica. Hablamos de viento suave, al que de forma sistemática se le atribuyen los beneficios de la refrigeración que provoca en los paneles y, por consiguiente, el aumento de la producción. Razón por la cual, a nivel experimental, se buscan maneras de incrementar la acción del viento sobre los paneles modificando su inclinación y el diseño de la instalación.
De hecho, cualquiera puede comprobar por sí mismo soplando su mano ligeramente y luego con más intensidad. La sensación térmica es bastante evidente. Dicho esto, y con toda la base física y de los propios sentidos, el lector puede estar convencido de los beneficios de la refrigeración fotovoltaica para la mejora de la producción energética. A escala real, sin embargo, la cosa es un poco distinta.
Recientemente Carlos Rossa, colaborador en el grupo de Física del Clima de la Universidad de Alcalá, ha publicado un artículo en Nature Communications Engineering, titulado ‘Energy Losses in Photovoltaic Generators due to Wind Patterns’. En él se describe una campaña experimental, con datos recogidos durante más de tres años, de medidas de temperaturas y tensiones de cada módulo fotovoltaico en un generador fijo, localizado en el campus sur de la Universidad Politécnica de Madrid.
Los datos fueron obtenidos durante el desarrollo de su tesis doctoral por el grupo de Sistemas Fotovoltaicos en la misma universidad. Con datos de viento medidos por una estación meteorológica cercana al generador, se ha verificado el comportamiento de las temperaturas individuales de los módulos con la incidencia del viento a lo largo de un año.
Con el aumento de la velocidad del viento, las temperaturas de los módulos tienden a ser más desiguales. Las menores temperaturas se verifican en los extremos donde incide el viento, presentando un comportamiento similar tanto si el viento incide por la parte frontal o por la parte trasera del módulo. Por el contrario, velocidades de viento más bajas o incluso nulas llevan a menores diferencias de temperatura.
¿Y cuál es el impacto en la producción de energía? El incremento de la velocidad del viento, al incrementar esas diferencias de temperatura (mismatch), aumenta también las pérdidas. Ese comportamiento térmico se ha visto de manera muy similar también cuando la instalación no inyecta electricidad a la red. Lo que demuestra que esas pérdidas tienen una estrecha relación con lo predicho en la mecánica de fluidos. Es la primera vez, además, que se observan pérdidas de energía derivadas del viento, algo aparentemente contra–intuitivo.
La teoría predice que un flujo de aire paralelo a una placa plana desarrolla un cierto comportamiento donde el flujo inicialmente laminar da lugar al flujo turbulento a una cierta distancia desde donde el aire penetra en dicha placa. La transferencia de calor se ve afectada a medida que la turbulencia aumenta, debido al crecimiento de la capa límite del aire. Así, la temperatura de los módulos en esa zona tiende a ser más alta, como si una capa viscosa atrapase el calor. Aunque en la naturaleza el viento es inherentemente turbulento y aleatorio, los datos demuestran que el comportamiento térmico es bastante similar a lo esperado por la teoría, independientemente de la dirección del viento (paralela o diagonal) e incidencia en los paneles (frontal o trasera). Para fines prácticos, eso debe facilitar los análisis posteriores a escala mayor en grandes plantas solares.
El análisis mensual de esas pérdidas sigue los patrones de viento locales, y muestran un incremento de las pérdidas en los meses más calurosos, coincidentes con el incremento de los vientos del Sur e Suroeste en la región. En cambio, la mayor frecuencia de vientos de baja velocidad o nulos en los meses de invierno da lugar a menores pérdidas por discordancia.
Esas pérdidas, analizando al rigor de los números, son bastante pequeñas, pero pueden acabar siendo notables. Aun así, con la evolución de la tecnología de los módulos y los rigores de los criterios de control de calidad, la tendencia es que esos valores empiecen a ganar relevancia al garantizar menor incertidumbre en las predicciones de producción energética. Además, los cambios en los patrones de viento para las próximas décadas, previstos por muchos estudios relacionados con el cambio climático, hacen que el impacto de los vientos locales sea algo que debe ser continuamente analizado a lo largo de la vida útil de las plantas solares.
El investigador Carlos Rossa lo resume así: “el artículo trata de las pérdidas de energía, reflejadas en pérdidas por discordancia ó mismatch, que se incrementan con la velocidad del viento, lo que va totalmente al revés del pensamiento corriente de la literatura. Como es bien sabido, la mayoría de los estudios se dedican a analizar los beneficios del viento para incrementar la generación de energía. Pero lo que no se ha tenido en cuenta hasta hora, por falta de medidas detalladas en instalaciones más grandes, es que el flujo de aire, siguiendo leyes bien conocidas de mecánica de fluidos, genera diferencias de temperatura que inducen a pérdidas energéticas, pequeñas pero que acaban siendo notables, y que pueden provocar una incertidumbre depreciada hasta ahora”.
