La energía solar fotovoltaica tradicional, con su orientación óptima hacia el sur y su inclinación maximizando la captación de radiación directa, ha sido durante décadas el estándar incuestionable del sector. Su curva de generación, una campana simétrica que alcanza su máximo al mediodía solar, ha demostrado ser eficaz en términos de energía total generada (kWh).
Sin embargo, este perfil presenta un desajuste creciente con las necesidades de los sistemas eléctricos modernos, caracterizados por una alta penetración de renovables y una volatilidad de precios cada vez más acusada. El exceso de generación en las horas centrales provoca vertidos (curtailment) y precios negativos, mientras que la escasa generación durante los picos de demanda de la mañana y la tarde obliga a recurrir a otras fuentes o a sistemas de almacenamiento BESS.
Como plantea acertadamente Sunzaun en un reciente análisis sectorial, la pregunta clave no debería ser únicamente «¿Qué configuración genera más kWh?», sino «¿Qué perfil de generación necesita esta ubicación o este sistema?» como bien cita Sunzaun. En este artículo he querido estudiar esta cuestión, analizando las características técnicas, el perfil de generación y las sinergias agrícolas de los sistemas fotovoltaicos verticales con módulos bifaciales, en comparación con las instalaciones tradicionales inclinadas. El objetivo es proporcionar una visión rigurosa que ayude a ingenieros, promotores y planificadores energéticos a evaluar esta tecnología en función de sus méritos diferenciales, incorporando las evidencias más recientes de la literatura académica y los proyectos piloto en operación.
La Curva de generación: «Campana» vs. «Doble Joroba»
El paradigma tradicional: maximización energética
El sistema tradicional inclinado, con orientación sur (en el hemisferio norte), responde a una lógica física impecable: capturar la máxima radiación directa posible a lo largo del día. Esto genera una curva de producción con forma de campana, donde la generación se concentra en las horas centrales (aproximadamente de 11:00 a 15:00), mientras que resulta muy baja al amanecer y al atardecer debido al alto ángulo de incidencia de la radiación solar.
Este diseño ha sido óptimo durante años, especialmente en regiones con alta radiación directa y perfiles de demanda que también se concentran al mediodía, como ocurre con la climatización en climas cálidos.
La alternativa vertical: reconfigurando el tiempo de generación
El sistema vertical bifacial, con orientación este-oeste, presenta un comportamiento radicalmente diferente. En esta configuración, la generación dibuja una curva con «doble joroba» o bimodal: el pico de la mañana lo produce la cara este con la radiación solar ascendente, y el pico de la tarde lo genera la cara oeste con el sol descendente. La generación se aplana y se desplaza hacia las horas de la mañana y la tarde, que coinciden precisamente con los picos de demanda residencial e industrial en la mayoría de los países desarrollados.
Un estudio de la Universidad de Aarhus (Dinamarca), publicado en Energy Nexus, cuantifica esta ventaja de forma concluyente. En condiciones de clima templado y alta latitud (56,5° N), un sistema fotovoltaico vertical bifacial mostró un perfil de generación que se alinea significativamente mejor con la demanda eléctrica que los sistemas inclinados convencionales. Investigaciones anteriores ya habían apuntado en esta dirección: un estudio de la Universidad de York (Reino Unido) documentó un aumento de la producción diaria del 26,91% y 22,88% durante las primeras horas de la mañana y las últimas de la tarde, respectivamente, en comparación con un sistema monofacial inclinado tradicional.
Investigadores japoneses de la Universidad de Fukui han modelizado con precisión este comportamiento, identificando que la instalación vertical de módulos bifaciales logra simultáneamente tres características diferenciadas: un pico de menor altura, un desplazamiento temporal del pico y un perfil bimodal. Estas características, lejos de ser una desventaja, constituyen la principal fortaleza de la tecnología en el contexto energético actual.
Rendimiento Energético y Valor de Mercado: La Nueva Ecuación Económica
La métrica tradicional cuestionada
Es un consenso aceptado en la literatura que un sistema fotovoltaico vertical puede producir entre un 10% y un 35% menos de energía anual por kWp instalado en comparación con un sistema inclinado optimizado, dependiendo de la latitud y las condiciones climáticas. Un estudio realizado en Jordania, con clima mediterráneo, reportó una diferencia anual del 35% (1962 vs 1288 kWh/kWp) entre ambas configuraciones. Sin embargo, esta métrica tradicional de «kWh por kWp» se está volviendo progresivamente obsoleta en mercados con alta penetración de energías renovables. El valor de la electricidad ya no es constante; fluctúa cada hora en el mercado spot, y estas fluctuaciones son cada vez más extremas.
El desafío del «valle de precios del mediodía»
En regiones como Europa, California y Australia, el aumento masivo de la generación solar fotovoltaica convencional ha creado un fuerte desajuste entre oferta y demanda. La abundante generación concentrada al mediodía solar provoca una caída drástica de los precios, que a menudo llegan a cero o incluso se vuelven negativos. Este fenómeno, una consecuencia directa de la «curva de pato» (duck curve), erosiona gravemente la rentabilidad de las plantas solares tradicionales, que generan la mayor parte de su energía justo cuando menos se les paga por ella.
La empresa Huasun Energy, fabricante de módulos de heterounión (HJT), ha analizado esta problemática en profundidad. «En mercados como España y Alemania, los precios del mediodía a menudo caen a niveles cercanos a cero o incluso negativos», señala Christian Comes, portavoz de la compañía. Esta realidad está reconfigurando por completo la ecuación económica de los proyectos solares.
La ventaja económica del perfil «doble joroba»
La fotovoltaica vertical bifacial demuestra aquí su verdadera fortaleza económica. Su curva de generación con picos por la mañana y la tarde se alinea naturalmente con los periodos de alta demanda y, por tanto, con los precios más elevados del mercado eléctrico. Al desplazar la generación fuera de las horas centrales del día, la instalación vertical actúa como un mecanismo natural de protección de precios (price hedging). Evita vender energía cuando está barata o en sobreoferta y la inyecta a la red cuando es más escasa y valiosa.
Las evidencias cuantitativas respaldan sólidamente este argumento. Un estudio de simulación para el mercado alemán, presentado por Huasun, concluye que, aunque un sistema vertical genera solo un 3% más de energía que un sistema fijo inclinado tradicional al sur, sus ingresos por venta de energía son un 20% superiores, lo que se traduce en un incremento del 13% en el ingreso neto. La empresa pionera Next2Sun reporta resultados consistentes: en la práctica, sus instalaciones verticales alcanzan entre un 5% y un 10% más de beneficios de mercado en comparación con las plantas fotovoltaicas convencionales orientadas al sur.
Un riguroso estudio académico para el mercado ibérico (MIBEL), publicado en Applied Energy, proyecta un futuro aún más prometedor. El modelo indica que, a los precios de 2024, un sistema vertical bifacial este-oeste ya iguala los ingresos de uno tradicional al sur. Pero la ventaja se amplía exponencialmente a medida que aumenta la penetración solar: se proyecta que los sistemas verticales generarán 1,86 veces más ingresos en 2027 y 2,8 veces más en 2030. El estudio sentencia que «las orientaciones para maximizar energía e ingresos se están separando y divergirán aún más en el futuro».
La investigación finlandesa de la Universidad de Turku, también publicada en Applied Energy, refuerza esta conclusión. En su análisis sobre sistemas residenciales en latitudes altas, los paneles verticales bifaciales con orientación este-oeste alcanzaron un rendimiento superior, con un 9,1% más de producción total (con datos meteorológicos de 2019) y un 7,4% a 10,9% más de valor económico (con datos de precios de 2019 y 2022) en comparación con los sistemas monofaciales tradicionales. El estudio matiza un hallazgo especialmente relevante: para un pequeño productor que orienta sus paneles hacia el este y el oeste en lugar de hacia el sur con una inclinación de 45°, la pérdida económica es significativamente menor (apenas un 12,6%) que la pérdida de producción (23,2%). Esto demuestra que el perfil temporal del recurso importa tanto o más que su cantidad absoluta.
Validación empírica en condiciones reales
Un caso práctico en Almelo (Países Bajos) demostró esta ventaja de forma incontestable. El 26 de junio de 2024, el operador de red desconectó por completo el sistema fotovoltaico convencional entre las 11:00 y las 15:00 horas debido al exceso de generación y los precios negativos. En ese mismo intervalo, el sistema agrovoltaico vertical, que se encontraba en su «valle» de producción, apenas se vio afectado, demostrando su resiliencia y capacidad de generar ingresos en las horas realmente rentables.
La investigación coreana publicada en Energies añade otra dimensión relevante. Los autores proponen una estrategia de combinación óptima entre sistemas verticales (orientación este-oeste) y convencionales (orientación sur, inclinación 30°) para maximizar la capacidad de acogida de la red. Sus resultados muestran que proporciones de combinación vertical del 40-60% aplana eficazmente la curva de generación pico y mejora la capacidad de acogida de la línea de distribución en un 40% en condiciones reales. Esto significa que, con la misma infraestructura de red, puede integrarse más energía solar sin necesidad de refuerzos costosos.
Implicaciones para el Almacenamiento y la Operación de Red
Reducción de necesidades de almacenamiento
Al generar electricidad de forma más uniforme a lo largo del día y producir precisamente cuando la demanda es alta (mañana y tarde), los sistemas verticales reducen sustancialmente la necesidad de almacenamiento en baterías a corto plazo para desplazar la energía de las horas solares a las horas punta. Esto tiene un impacto directo en el LCOE (Coste Nivelado de la Energía) del sistema completo, entendido como generación más almacenamiento.
La investigación de la Universidad de Fukui aporta una cuantificación precisa de este beneficio. Los autores verificaron, mediante problemas de unit commitment*, que la propuesta de instalación vertical de módulos bifaciales permite aumentar la capacidad de instalación fotovoltaica en un 34% y la producción total en un 21%, con un ahorro en costes diarios de operación del 2,3%. Pero el hallazgo más notable es la reducción de la capacidad requerida de almacenamiento en un 94%, gracias a la operación de carga y descarga de ciclo corto que posibilita el perfil bimodal. En otras palabras, la propia configuración vertical actúa como un almacenamiento virtual, desplazando naturalmente la generación hacia los momentos de mayor necesidad.
* unit commitment: es un término técnico del ámbito de la planificación y operación de sistemas eléctricos. Se refiere al problema de optimización que determina qué unidades de generación (centrales eléctricas) deben estar encendidas o apagadas en cada intervalo de tiempo para satisfacer la demanda eléctrica de la forma más económica y fiable posible, respetando restricciones técnicas y de seguridad.
Mitigación de la curva de pato
El problema de la «curva de pato» ha sido ampliamente documentado en sistemas eléctricos con alta penetración solar. La forma característica de la demanda neta (demanda total menos generación renovable variable) presenta una pronunciada caída al mediodía seguida de una rápida rampa ascendente al atardecer, cuando la generación solar desaparece y la demanda sigue siendo elevada. Esta rampa exige a las centrales convencionales unas velocidades de respuesta que a menudo no pueden proporcionar, comprometiendo la estabilidad del sistema.
Los sistemas fotovoltaicos verticales bifaciales ofrecen una solución estructural a este problema. Como demuestran los investigadores japoneses, el perfil de generación con pico desplazado y carácter bimodal reduce significativamente el desajuste entre generación y demanda. Investigaciones europeas habían apuntado previamente en la misma dirección: Chattopadhyay y sus colaboradores, en Renewable Energy, ya sugerían que diferentes configuraciones de módulos fotovoltaicos podrían impactar significativamente en las necesidades de almacenamiento y balance adicional para un sistema completamente renovable.
Aumento de la capacidad de acogida de la red
El estudio coreano antes mencionado cuantifica otro beneficio sistémico crucial: la mejora de la capacidad de acogida (hosting capacity) de las líneas de distribución. Los autores verificaron que, en un escenario industrial real, el sistema combinado con una proporción adecuada de generación vertical se mantiene dentro de los rangos de mantenimiento de voltaje y capacidad térmica de las líneas en Corea del Sur. Esto indica que este enfoque puede mitigar la necesidad de instalaciones de línea adicionales y reducir los vertidos de energía renovable.
Sinergias con el Entorno: El Caso de la Agrovoltaica
Compatibilidad agrícola y uso dual del suelo
La principal ventaja de los sistemas verticales en entornos agrícolas reside en su mínimo impacto sobre la actividad productiva. La ocupación del suelo es muy reducida (aproximadamente un 10% de la superficie), lo que permite el paso de maquinaria agrícola estándar y el cultivo entre las filas de paneles. La disposición vertical este-oeste permite además una distribución de la luz mucho más homogénea sobre el cultivo que los sistemas inclinados, que generan grandes zonas de sombra.
El proyecto de I+D de RWE en Bedburg (Alemania), operativo desde principios de 2024, está generando resultados alentadores. En una planta de demostración de 3,2 MWp con aproximadamente 6.100 módulos fotovoltaicos, se están cultivando cereales (cebada de primavera, trigo de primavera y trigo de invierno) y frambuesas. Katja Wünschel, CEO de RWE Renewables Europe & Australia, señala: «Es alentador ver que estamos logrando una cosecha de buena calidad y rendimientos comparables a los de ubicaciones gestionadas convencionalmente». Los ensayos de primer año indican que los rendimientos de los cultivos, tanto en sistemas verticales como en seguidores, fueron comparables a los de las áreas de referencia, con algunas mejoras en la calidad, particularmente en el contenido de proteínas.
El estudio danés de la Universidad de Aarhus confirma estos resultados. En su investigación sobre un sistema piloto de 89 kW con módulos bifaciales verticales e inclinados orientados al sur, cultivaron trigo y mezcla de hierba y trébol entre las filas de paneles. La conclusión es clara: la mezcla de hierba y trébol alcanzó un rendimiento similar cuando se cultivó rodeada de paneles solares verticales, en comparación con el cultivo en campo abierto. Ambos sistemas, verticales e inclinados, resultaron en una relación de equivalencia de suelo (Land Equivalent Ratio, LER) superior a la unidad, lo que significa que, para la misma producción combinada (alimentos más energía), se necesita menos superficie terrestre que si los cultivos y los paneles solares estuvieran en terrenos separados.
El microclima bajo los paneles: beneficios inesperados
Los paneles verticales actúan como cortavientos, protegiendo los cultivos y reduciendo la evapotranspiración del suelo. El estudio danés documenta este efecto: los paneles solares verticales actuaron como refugios contra el viento, mejorando las condiciones microclimáticas para los cultivos. En el proyecto de RWE, se observó que la humedad del suelo se mantuvo uniforme, incluso debajo de los paneles, ya que la lluvia pasa a través de ellos y las sombras reducen la evaporación, beneficiando el crecimiento de los cultivos.
Investigadores chilenos de la Universidad de La Serena y la Universidad de Chile están explorando precisamente estas ventajas en condiciones semiáridas. Su prototipo de 6 kW en la comuna de Río Hurtado, con cultivo de aloe vera, busca validar un modelo de manejo replicable en otras zonas semiáridas del país. El Dr. Marco Garrido Salinas explica: «Al reducir la cantidad de radiación o sombrear el cultivo, se pierde menos agua por evapotranspiración, quedando en un mejor estado de confort hídrico, lo que es ideal en nuestro territorio». La energía generada se utiliza para el sistema de riego del propio cultivo, creando un círculo virtuoso de autosuficiencia energética y alimentaria.
Distancia óptima entre filas: el equilibrio necesario
Un estudio de modelización liderado por la Universidad de Turku (Finlandia), también publicado en Applied Energy, ha establecido parámetros cuantitativos para el diseño óptimo de sistemas agrivoltaicos verticales. Los investigadores simularon separaciones desde 5 hasta 100 metros entre filas de módulos, con orientación este-oeste, 15 filas de módulos, 1 metro de altura libre y un margen lateral para maquinaria agrícola.
Los resultados son de gran utilidad práctica. Para mantener al menos el 75% de la irradiación sobre los cultivos (impacto considerado limitado), la separación debe ser de al menos 8 metros. Sin embargo, el equilibrio fino entre alimento y kilovatio requiere mayor espacio: para mantener el 90% del rendimiento agrícola respecto a una parcela de referencia, la separación óptima entre filas debería situarse entre 11,3 y 13,7 metros.
El estudio también cuantifica un efecto menos intuitivo: el cultivo elegido altera la producción eléctrica por cambios en el albedo (la fracción de luz que refleja el suelo y la vegetación y que puede aprovechar un panel bifacial). En la simulación, la cebada de invierno se asoció con la mayor generación, mientras que la avena arrojó la más baja. Esto introduce una nueva variable en el diseño de sistemas agrivoltaicos: la elección del cultivo no solo afecta al rendimiento agrícola, sino también al energético.
Aceptación social e integración paisajística
Un hallazgo especialmente relevante del estudio danés es el referido a la aceptación social. Mediante un estudio de realidad virtual, los investigadores demostraron que los sistemas agrivoltaicos verticales fueron percibidos más positivamente que los paneles solares convencionales. En un contexto de creciente conflicto por el uso del suelo y resistencia social a grandes plantas solares, este factor puede resultar determinante para la viabilidad de los proyectos.
El proyecto chileno incide en la misma idea desde una perspectiva de desarrollo territorial. La energía generada no solo sirve para el riego, sino que también se suministra al Monumento Natural Pichasca, situado junto al prototipo, beneficiando a emprendedores locales que ofrecen sus productos y tienen requerimientos de refrigeración. Esta integración comunitaria añade valor más allá de la mera generación eléctrica.
Investigación en climas mediterráneos
Un estudio reciente publicado en Sustainable Mediterranean Construction analiza el rendimiento de sistemas agrivoltaicos en Nápoles (clima mediterráneo) para seis configuraciones diferentes: sistemas inclinados sur (35°) y sistemas verticales este-oeste con espaciamientos de 10, 20 y 30 metros.
Los resultados muestran que la producción energética específica alcanza valores de 1408-1449 MWh/MWp al año en todas las configuraciones. Para el cultivo de tomate (Solanum lycopersium), que requiere 4,0 kWh/m²/día, el área con luz suficiente alcanza el 62-89% en los sistemas inclinados y el 66-92% en los verticales. La relación de equivalencia de suelo supera la unidad en todos los casos, alcanzando un máximo de 1,095 en la configuración vertical con 20 metros de separación. Los autores concluyen que espaciamientos moderados o grandes, particularmente en configuraciones verticales este-oeste, equilibran el suministro de energía y luz, mejorando la productividad del suelo.
Otras Consideraciones Técnicas y Económicas
Mantenimiento y suciedad (soiling)
La acumulación de polvo y suciedad sobre los módulos (soiling) es un factor crítico en la operación y mantenimiento de plantas fotovoltaicas, especialmente en entornos áridos y desérticos. En este aspecto, los sistemas verticales presentan una ventaja significativa. Al estar en posición vertical, los paneles acumulan menos polvo y nieve, que tienden a deslizarse o ser arrastrados por el viento y la lluvia de forma natural, reduciendo las necesidades y costes de limpieza. Los paneles inclinados, especialmente con inclinaciones bajas, son más propensos a la acumulación de suciedad, lo que requiere limpiezas frecuentes para mantener la eficiencia.
Resistencia estructural y costes de instalación
Los sistemas verticales, al presentar un perfil bajo y aerodinámico, soportan mejor las cargas de viento, lo que puede simplificar las estructuras de fijación en algunos casos. Sin embargo, la estructura específica para montaje vertical puede tener un coste inicial (CapEx) más elevado que los seguidores o estructuras fijas tradicionales. Un análisis económico del estudio en Jordania revela una compensación fundamental: los sistemas elevados inclinados ofrecen una mayor densidad energética, pero con un LCOE más alto, mientras que los sistemas verticales mantienen la paridad de costes a expensas de una menor densidad energética.
Tecnología de módulos: el factor de bifacialidad
El rendimiento de los sistemas verticales depende críticamente de la calidad de los módulos empleados. La alta bifacialidad (idealmente superior al 90% o incluso del 100%) es esencial para maximizar la captación de radiación por la cara posterior. Los módulos de heterounión (HJT) están demostrando un rendimiento superior en este tipo de instalaciones.
Huasun afirma que su módulo Kunlun G12R, con una eficiencia del 22,5% y una potencia de 570 W, alcanza una bifacialidad del 100%, posicionándose entre los candidatos ideales para instalaciones verticales. En un proyecto agrivoltaico de 98,6 MW en Alemania, los módulos HJT de Huasun demostraron un incremento del 7,91% en las horas de generación frente a su equivalente con tecnología TOPCon, y superaron las expectativas de generación en un 12% en otro proyecto.
Conclusiones y Recomendaciones
No es una tecnología superior, es una tecnología diferente
La evidencia presentada a lo largo de este artículo conduce a una conclusión fundamental: la elección entre un sistema fotovoltaico tradicional y uno vertical no debe basarse únicamente en la maximización de kWh, sino en un análisis multicriterio que incorpore variables cada vez más relevantes en el contexto energético actual.
En primer lugar, el perfil de demanda de la red local o del consumidor resulta determinante. Si la necesidad energética se concentra en las horas de la mañana y la tarde, como ocurre en la mayoría de los entornos residenciales y comerciales, la configuración vertical ofrece una alineación natural imposible de lograr con sistemas convencionales. En segundo lugar, el precio de la electricidad por horas introduce una variable económica crucial: en mercados con alta penetración solar, la energía generada al mediodía vale cada vez menos, mientras que la generada en los hombros del día alcanza primas significativas. Los estudios revisados coinciden en que esta brecha se ampliará en el futuro, haciendo más valiosa la generación desplazada temporalmente.
En tercer lugar, el uso del suelo plantea un dilema que la fotovoltaica vertical ayuda a resolver. Cuando se busca compatibilizar la generación eléctrica con la actividad agrícola, o preservar el valor paisajístico del entorno, los sistemas verticales ofrecen ventajas difícilmente superables por las configuraciones tradicionales. La evidencia de los proyectos en Dinamarca, Alemania, Chile y Finlandia demuestra que es posible mantener rendimientos agrícolas comparables a los de campo abierto mientras se genera electricidad valiosa.
En cuarto lugar, las condiciones ambientales como la acumulación de polvo o nieve inclinan la balanza a favor de los sistemas verticales, que reducen drásticamente las necesidades de mantenimiento. Finalmente, la latitud introduce un matiz importante: en zonas donde el sol permanece bajo durante gran parte del año (por encima de los 45°), la captación de radiación difusa y reflejada por la cara trasera del panel vertical resulta especialmente eficiente.
Aplicaciones ideales
La síntesis de la evidencia disponible permite identificar un conjunto de aplicaciones donde los sistemas verticales bifaciales ofrecen ventajas competitivas claras. La agrivoltaica constituye probablemente el campo de aplicación más prometedor, al permitir mantener la productividad agrícola y generar energía valiosa en el mismo espacio, con beneficios microclimáticos adicionales para los cultivos. Las barreras acústicas y las instalaciones junto a infraestructuras lineales (autopistas, vías de tren) representan otro nicho de aplicación natural, donde el espacio es longitudinal y la verticalidad se integra sin dificultad. En regiones con alta saturación solar al mediodía, los sistemas verticales permiten evitar el curtailment y generar en horas de mayor necesidad, mejorando la rentabilidad del proyecto. Por último, en climas extremos o de difícil mantenimiento, su resistencia al viento, la nieve y su baja acumulación de suciedad constituyen ventajas operativas de primer orden.
Reflexión final
Como bien apunta Sunzaun, el valor real de un sistema fotovoltaico no reside únicamente en la cantidad de energía que produce, sino en cuándo la produce y qué problemas resuelve. La fotovoltaica vertical bifacial emerge no como un sustituto de las instalaciones tradicionales, sino como una herramienta especializada y cada vez más valiosa para construir un sistema eléctrico más equilibrado, resiliente y sostenible.
En un contexto de precios volátiles, alta penetración renovable y creciente competencia por el suelo, la métrica relevante no es la producción bruta, sino la rentabilidad ajustada por perfil temporal y la capacidad de integrarse armoniosamente con otros usos del territorio. Los sistemas verticales intercambian un pequeño volumen de producción en horas de bajo valor por una producción estratégica en horas de alto valor, mejorando sustancialmente la economía del proyecto y ofreciendo un perfil de ingresos más estable y resistente a las señales del mercado.
La pregunta, como señala Sunzaun, no es si producen más, sino qué tipo de producción necesita realmente cada ubicación. Y en un número creciente de casos, la respuesta apunta hacia el este y el oeste.
Autor: Marcos Carbonell Alemany
