Aporte al estudio de los paneles fotovoltaicos bifaciales: Análisis de la calidad de datos y del impacto de la inhomogeneidad de la irradiancia posterior sobre la estimación de potencia

Abstract

Esta investigación presenta un análisis integral del rendimiento de sistemas fotovoltaicos bifaciales (bPV) operando en condiciones exteriores no controladas en el distrito de Santa María, Lima. El estudio se centró en resolver el desafío de la estimación precisa de potencia mediante la adaptación de la Ecuación de Osterwald, integrando variables de irradiancia frontal y posterior, temperatura y parámetros eléctricos. Para ello, se implementó un sistema experimental compuesto por 13 paneles bifaciales distribuidos en dos cadenas (Strings), utilizando instrumentación de alta precisión para la validación de datos durante un periodo de 13 meses. La fase inicial de adquisición de datos reveló retos críticos en la calidad de la información que exigieron correcciones técnicas profundas. Se detectaron y mitigaron artefactos digitales en las lecturas de los piranómetros, originados por errores en la interpretación de bits en formato float32, discrepancias sistemáticas entre las mediciones del inversor y el data logger causadas por errores en las conexiones físicas. Asimismo, se identificó un efecto de no linealidad en rangos de baja irradiancia (< 200 𝑊/𝑚2), lo que obligó a una recalibración específica de los sensores para optimizar el ajuste del modelo. La caracterización experimental en campo permitió identificar brechas significativas respecto a las especificaciones de fábrica. Mediante el análisis de 15 curvas I-V y pruebas de bifacialidad, se determinó una diferencia del 9.51% en la potencia nominal y una reducción del factor de bifacialidad al 60.6%, en contraste con el 70% indicado por el fabricante. Adicionalmente, la investigación analizó el efecto de inhomogeneidad vertical y lateral de la irradiancia posterior, demostrando que la distribución del albedo no es uniforme sobre el plano del arreglo, especialmente en días soleados, lo que introduce variabilidad en la captación energética según la posición del panel. Finalmente, la validación del modelo de Osterwald adaptado confirmó que el uso de parámetros experimentales reales es determinante para la exactitud predictiva. Los resultados indican que el modelo alcanza un error promedio de 3.62% con datos calculados en campo, frente a un error del 8.46% cuando se emplean los valores de ficha técnica, los cuales tienden a sobreestimar sistemáticamente la potencia. Se concluye que la metodología propuesta constituye una herramienta confiable para la evaluación de sistemas bifaciales, resaltando la necesidad de un monitoreo continuo y el análisis de datos para garantizar la integridad de la información en proyectos de energía solar.

This research presents a comprehensive analysis of the performance of bifacial photovoltaic (bPV) systems operating under uncontrolled outdoor conditions in Lima, Peru. The study focused on accurate power estimation by adapting the Osterwald equation to integrate front and rear irradiance, temperature, and electrical parameters. A photovoltaic system consisting of 13 bifacial panels was monitored over a 13-month period using high-precision instrumentation. The initial data acquisition phase revealed critical data quality challenges that required deep technical corrections. Digital artifacts were identified in pyranometer readings, caused by bitlevel interpretation errors in the float32 format, along with systematic discrepancies between inverter and data logger measurements due to physical connection resistance. Additionally, a non-linearity effect was identified at low irradiance levels (< 200 𝑊/𝑚2), necessitating specific sensor recalibration to optimize model fitting. Field characterization identified significant discrepancies compared to factory specifications. Through the analysis of 15 I-V curves and dedicated tests, a 9.51% difference in nominal power was determined, and the bifaciality coefficient was calculated at 60.6%, in contrast to the 70% indicated by the manufacturer. The research further analyzed vertical and lateral rear irradiance inhomogeneity, demonstrating that albedo distribution is not uniform across the array plane, particularly on sunny days, which introduces energy capture variability depending on panel position. Finally, validation of the adapted Osterwald model confirmed that utilizing real experimental parameters is crucial for predictive accuracy. The model achieved an average error of 3.62% using field-calculated data, compared to an 8.46% error when employing manufacturer values, which tended to systematically overestimate power output. It is concluded that the proposed methodology serves as a reliable tool for bifacial system evaluation, highlighting the importance of continuous monitoring and data analysis to ensure information integrity in solar energy projects.