El sombreado es una de las principales fuentes de pérdidas de energía y de incertidumbre en los sistemas fotovoltaicos. En muchas instalaciones reales, los efectos del sombreado se deben a geometrías complejas que no pueden representarse con exactitud utilizando hipótesis simplificadas o bidimensionales.
Estas situaciones incluyen terrenos irregulares, infraestructuras cercanas, estructuras de soporte no estándar, vegetación, elementos móviles o combinaciones de múltiples fuentes de sombreado. En estos casos, la distribución espacial y temporal del sombreado puede influir mucho en la irradiancia, el rendimiento eléctrico y los mecanismos de pérdida.
LuSim se ha desarrollado para abordar estas situaciones de forma explícita mediante un enfoque de modelado en 3D que representa el sombreado como consecuencia directa de la geometría y la posición solar.
LuSim representa los sistemas fotovoltaicos y su entorno directamente en tres dimensiones. El terreno, las estructuras fotovoltaicas, los edificios, la vegetación y otros objetos se modelan como entidades geométricas explícitas en lugar de máscaras simplificadas o perfiles de horizonte.
Esta representación permite evaluar las interacciones de sombreado basándose en la geometría real. Las fuentes de sombra pueden ser estáticas o dinámicas, y su interacción con el sistema fotovoltaico evoluciona de forma natural con el tiempo a medida que cambia la posición del sol.
Al trabajar directamente en el espacio 3D, LuSim capta efectos como el sombreado parcial, el autosombreado y los patrones de sombreado asimétricos que a menudo se pasan por alto con enfoques simplificados.
El sombreado no afecta uniformemente a todas las partes de un sistema fotovoltaico. Un sombreado localizado puede dar lugar a distribuciones de irradiancia no uniformes entre módulos o regiones de módulos, lo que a su vez influye en el comportamiento eléctrico y las pérdidas.
LuSim evalúa el sombreado y la irradiancia con una alta resolución espacial. Los factores de visión y la visibilidad se calculan localmente en tres dimensiones para elementos de superficie discretizados, en lugar de utilizar aproximaciones agregadas o bidimensionales.
Esto permite identificar dónde se produce el sombreado, cuál es su extensión y qué partes del sistema se ven más afectadas. Esta información espacialmente resuelta es especialmente relevante para comprender los efectos del desajuste, identificar las zonas críticas y comparar opciones de diseño alternativas.
La irradiancia directa se rige por la línea de visión entre el sol y cada punto del sistema fotovoltaico. El sombreado de la componente directa es, por tanto, un problema de visibilidad geométrica, en el que un elemento de la superficie está directamente iluminado u obstruido por otro objeto en un momento dado.
LuSim evalúa el sombreado de la componente directa utilizando un enfoque basado en la rasterización en la GPU. Para cada posición solar, la escena 3D se renderiza desde el punto de vista del sol. Este proceso determina qué elementos discretos de la superficie son visibles desde el sol y cuáles están sombreados debido a la oclusión geométrica.
La rasterización es muy adecuada para esta tarea, ya que maneja eficazmente escenas complejas con muchos objetos, preservando al mismo tiempo una alta resolución espacial. Permite capturar sombreados parciales, autosombreados y detalles geométricos finos de forma coherente en todo el sistema.
Este enfoque permite la evaluación dinámica del sombreado directo a lo largo del año, siguiendo la evolución continua de la posición solar.
La irradiancia difusa y reflejada se origina en fuentes extendidas y no en una única dirección. El cielo, el suelo y las superficies circundantes aportan radiación desde una amplia gama de direcciones simultáneamente.
Para estos componentes, el sombreado no puede representarse como un problema de visibilidad binaria. En su lugar, depende de cuánto de cada fuente radiativa es visible desde cada elemento de la superficie.
LuSim aborda este problema mediante una formulación de factor de vista 3D de alta resolución espacial. Los factores de visión se calculan localmente entre elementos de superficie discretizados en tres dimensiones, teniendo en cuenta su orientación relativa, distancia y visibilidad mutua.
Este enfoque va más allá de los modelos simplificados de factores de visión bidimensionales o agregados. La oclusión parcial de la bóveda celeste, el suelo o los objetos circundantes reduce directamente los factores de visión efectivos hacia estas fuentes en lugar de activar o desactivar la irradiancia.
Como resultado, la irradiancia difusa y reflejada se evalúa de forma coherente en entornos complejos, incluidas situaciones con entornos heterogéneos, estructuras verticales y cerramientos parciales.
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