Cosimo Borrello y Ferdinando Gioia, cofundadores de la startup fotovoltaica italiana A.M.P.S., construyeron junto a investigadores de la Universidad Mediterranea de Reggio Calabria un prototipo de paneles solares en dos capas que se mueven de forma independiente. La meta es sacar más electricidad de cada metro cuadrado de suelo, y el controlador de todo el montaje es un Arduino GIGA R1 WiFi.

El problema de fondo es de espacio. La energía solar se instala cada vez más rápido en el mundo, y cada parque nuevo ocupa terreno.

El límite del terreno

Un parque solar convencional de una sola capa necesita dejar distancia entre filas para que los paneles no se tapen la luz entre sí mientras siguen al sol. El seguimiento sube la energía que produce cada módulo, pero ese espacio extra baja la producción por unidad de terreno.

El equipo de A.M.P.S. y la universidad apiló dos capas alineadas en vertical de minimódulos solares bifaciales, que captan luz por ambas caras, dentro de la misma superficie que ocuparía una sola capa. En vez de aceptar la sombra que la capa de arriba proyecta sobre la de abajo, cada capa sigue al sol por separado. El sistema controla el giro de los paneles para manejar esa sombra mutua y aprovechar la luz directa, la difusa y la reflejada en las dos caras activas.

Qué hace el GIGA R1 WiFi

En el banco de pruebas de Reggio Calabria, en Italia, el controlador central es un GIGA R1 WiFi montado sobre una placa de circuito diseñada para el proyecto. Se encarga de tres tareas:

  • Control de movimiento. Coordina 12 motores paso a paso Nema23, con drivers DM542T, para ajustar por separado el ángulo de los 12 minimódulos bifaciales de las dos capas.
  • Medición de corriente. Lee en tiempo real 12 sensores INA260, uno por módulo, para seguir el rendimiento de cada panel.
  • Registro remoto. Procesa los barridos de corriente sincronizados y sube los datos del experimento a un servidor remoto.

Borrello explicó a Arduino por qué eligieron esa placa.

"Elegimos el GIGA R1 WiFi porque reúne todo lo que necesita un prototipo como el nuestro, con muchas entradas y salidas, un microcontrolador rápido de doble núcleo y Wi-Fi integrado en una sola placa. Teníamos que mover doce motores paso a paso de forma independiente, leer doce finales de carrera y doce sensores de corriente, y mandar los datos a un servidor remoto, y muy pocas placas pueden con todo eso solas. Como habíamos usado una Arduino Mega en muchos proyectos anteriores, la GIGA R1 fue el paso natural, con el mismo formato conocido y mucha más potencia y conectividad. Nos dio una plataforma de control confiable rápido, así que pudimos concentrarnos en la investigación fotovoltaica y no en la electrónica."

¿Cuánto más rinde el sistema de dos capas?

Las pruebas en terreno se hicieron con cielo despejado, con la capa superior siguiendo al sol y la inferior fija. Los investigadores midieron la corriente de cortocircuito, una medida de prueba que no equivale a la energía total producida, y la compararon con una instalación fija de una capa sobre la misma superficie de suelo:

  • Cerca de 42% más que una instalación de una capa con paneles monofaciales.
  • Cerca de 27% más que una instalación de una capa con paneles bifaciales.
  • Cerca de 39% y 25% más, respectivamente, con un modelo simplificado de seguimiento en lazo abierto basado en una función sigmoide de cinco parámetros. Según los investigadores, esos valores quedaron cerca de los obtenidos con control en lazo cerrado.

El equipo propone usos que van desde módulos compactos para techos urbanos con poco espacio hasta plantas de escala comercial y agrovoltaica, es decir, paneles instalados sobre cultivos. En el caso agrícola, girar las dos capas permitiría regular cuánta luz natural llega a las plantas, aunque esa aplicación no se evaluó en la prueba de terreno reportada.

Los modelos matemáticos, los algoritmos de control y los datos completos están en la nota de PV Magazine y en el artículo publicado en la revista Renewable Energy.