GEOMETRIA SOLAR Y DISPONIBILIDAD ENERGÉTICA
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RADIACIÓN SOLAR SOBRE LA TIERRALOS MOVIMIENTOS DE LA TIERRA: TRASLACIÓN
La distancia media de la tierra al sol, r0, define una unidad de longitud denominada Unidad Astronómica (UA):
r0 = 1.495979x108 km = 1UA
A partir de la transparencia anterior la distancia r sol‐tierra varia entre:
• 0.983UA, en el perihelio, aprox. el 3 de enero
• 1.017UA, en el afelio, aprox. el 4 de julio
La incidencia de esto en la radiación recibida en la tierra es muy escasa (aprox. 3% anual)
Existen algunas ecuaciones mediante las cuales es posible determinar esta distancia para cualquier día del año.
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RADIACIÓN SOLAR SOBRE LA TIERRALOS MOVIMIENTOS DE LA TIERRA: TRASLACIÓN
Si r es la distancia tierra‐sol y r0 el valor medio de tal distancia, una ecuación que permite estimar esa diferencia es:
Donde:
dn se corresponde con el número del día Juliano, 1 ≤ dn ≤ 365, 1 para el 1 de enero y 365 para el 31 de diciembre
Otra más sencilla y usual:
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RADIACIÓN SOLAR SOBRE LA TIERRALOS MOVIMIENTOS DE LA TIERRA: Factor de corrección de la excentricidad terrestre:
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RADIACIÓN SOLAR SOBRE LA TIERRALOS MOVIMIENTOS DE LA TIERRA: DECLINACIÓN
El ángulo de inclinación δ puede calcularse, para cualquier día Juliano, mediante:
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RADIACIÓN SOLAR SOBRE LA TIERRALOS MOVIMIENTOS DE LA TIERRA: ECUACION DEL TIEMPO
Tiempo solar verdadero: se basa en el movimiento de rotación de la tierra y el movimiento de traslación alrededor del sol….tiempo que tarda el sol en pasar nuevamente sobre nuestra cabeza….eso raramente da 24 hs…
Tiempo solar medio: surge de suponer que la órbita de la tierra alrededor del sol es circular y el tiempo que tarda en dar una vuelta es el mismo (el real)
A la diferencia entre ambos tiempos se le denomina Ecuación del Tiempo, Et, y una forma de estimar tal corrección en minutos es:
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RADIACIÓN SOLAR SOBRE LA TIERRALOS MOVIMIENTOS DE LA TIERRA: ECUACION DEL TIEMPO
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RADIACIÓN SOLAR SOBRE LA TIERRAPARÁMETROS QUE INTERVIENEN EN EL CÁLCULO DE LA RADIACIÓN:
ESFERA CELESTE
POSICION DEL SOL EN LA ESFERA CELESTE
POLO CELESTE NORTE O BOREAL Y SUR O AUSTRAL
LA VERTICAL DEL LUGAR: EL CENIT Y EL NADIR
HORIZONTE DE UN LUGAR
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RADIACIÓN SOLAR SOBRE LA TIERRAPARÁMETROS QUE INTERVIENEN EN EL CÁLCULO DE LA RADIACIÓN:
ANGULOS SOLARES:
Altura solar, α
Ángulo cenital, complemento de α, θz
α + θz = 90
Ángulo acimutal, ψ o γ,
positivo hacia el este, sentido horario
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RADIACIÓN SOLAR SOBRE LA TIERRAPARÁMETROS QUE INTERVIENEN EN EL CÁLCULO DE LA RADIACIÓN:
ANGULOS SOLARES:
Ángulo horario, ω
ts = 12hs
Varia entre 0° y ±180°
Se mide desde el mediodía solar (ω= 0°), momento en el que el sol cruza el meridiano del lugar (pos. antes del mediodía y neg. después del mediodía en hemisferio sur)
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RADIACIÓN SOLAR SOBRE LA TIERRAPARÁMETROS QUE INTERVIENEN EN EL CÁLCULO DE LA RADIACIÓN:
Quedan aun por ver un par de ángulos que surgen cuando la superficie está inclinada…
Ángulo de inclinación, β
Medido desde la horizontal y creciente a
medida que el extremos sur del plano se
eleva hacia el ecuador
Ángulo de acimutal, γ
El Ángulo de incidencia θ, de la radiación directa sobre una superficie respecto de la vertical del lugar se relaciona con los restantes ángulos mediante…
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RADIACIÓN SOLAR SOBRE LA TIERRAPARÁMETROS QUE INTERVIENEN EN EL CÁLCULO DE LA RADIACIÓN:
Quedan aun por ver un par de ángulos que surgen cuando la superficie está inclinada…
Ángulo de inclinación, β
Medido desde la horizontal y creciente a
medida que el extremos sur del plano se
eleva hacia el ecuador
Ángulo acimutal, γ (se distinguira entre
acimutal solar y acimutal de una superficie)
El Ángulo de incidencia θ, de la radiación directa sobre una superficie respecto de la vertical del lugar se relaciona con los restantes ángulos mediante…
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RADIACIÓN SOLAR SOBRE LA TIERRAPARÁMETROS QUE INTERVIENEN EN EL CÁLCULO DE LA RADIACIÓN:
Algunas situaciones particulares y eventualmente comunes …superficie horizontal (β=0) y orientada hacia el norte (γ=0):
Si la superficie estuviese inclinada un determinado ángulo β≠0
(*)
Otra.., superficie vertical como la pared lateral de un edificio (β=90) y orientada al norte (γ=0):
(*) siendo estricto con los ángulos en función del hemisferio , tal expresión se corresponde con el hemisferio sur.
Otro detalle: en general se hablara de θ para referirse al “ángulo de incidencia “ o ángulo entre la radiación directa en una superficie y la normal a tal superficie ; θZ es lo mismo… pero para cuando una superficie está horizontal, o sea, entre la vertical y la línea al sol (o el ángulo entre la radiación directa y una superficie horizontal)
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RADIACIÓN SOLAR SOBRE LA TIERRAPARÁMETROS QUE INTERVIENEN EN EL CÁLCULO DE LA RADIACIÓN:
La relación de estos ángulos sobre una superficie horizontal es :
Donde φ es la latitud del lugar (a veces también designado por λ)
Para un lugar a determinada latitud φ y para un día del año correspondiente a determinada declinación δ, se puede determinar cual será el ángulo el ángulo para el cual θZ = 90°; sale el sol….
Cuanto dura el día en ese lugar:
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RADIACIÓN SOLAR SOBRE LA TIERRAPARÁMETROS QUE INTERVIENEN EN EL CÁLCULO DE LA RADIACIÓN:
TRAYECTORIA SOLAR Y SOMBRAS:
Para determinado lugar (latitud) y para determinado día del año (declinación), se ha visto que es posible determinar el horario (o ángulo acimutal) de salida y puesta del sol.
Es posible determinar entonces cual será la altura solar en función de la hora del dia o “avance de ω” mediante la siguiente relación:
Esto determina en un plano lo que se denomina trayectoria solar y que puede ser útil representarlo para una instalación en un determinado lugar en distintos días del año
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RADIACIÓN SOLAR SOBRE LA TIERRAPARÁMETROS QUE INTERVIENEN EN EL CÁLCULO DE LA RADIACIÓN:
TRAYECTORIA SOLAR Y SOMBRAS:
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RADIACIÓN SOLAR SOBRE LA TIERRAPARÁMETROS QUE INTERVIENEN EN EL CÁLCULO DE LA RADIACIÓN:
TRAYECTORIA SOLAR Y SOMBRAS:
Si un objeto “hace sombra” sobre el punto en consideración habrá que “ubicarlo” en el plano anterior para cuantificar su efecto
Esto significa determinar las coordenadas
sobre el eje acimutal y sobre el eje de las
alturas solares en el mapa de las trayectorias
solares
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RADIACIÓN SOLAR SOBRE LA TIERRAPARÁMETROS QUE INTERVIENEN EN EL CÁLCULO DE LA RADIACIÓN:
TRAYECTORIA SOLAR Y SOMBRAS:
Coordenadas sobre el eje acimutal
a y b determinan el acimut izquierdo
y derecho respectivamente del
objeto
Ambos ángulos no son más que el
arctan(x/y), que ya se pueden llevar al mapa
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RADIACIÓN SOLAR SOBRE LA TIERRAPARÁMETROS QUE INTERVIENEN EN EL CÁLCULO DE LA RADIACIÓN:
TRAYECTORIA SOLAR Y SOMBRAS:
Coordenadas sobre el eje de las alturas solares
c y d determinan la “altura” del objeto
que en termino de ángulo pueden representar
se en el eje de las alturas solares
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RADIACIÓN SOLAR SOBRE LA TIERRAPARÁMETROS QUE INTERVIENEN EN EL CÁLCULO DE LA RADIACIÓN:
TRAYECTORIA SOLAR Y SOMBRAS:
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RADIACIÓN SOLAR SOBRE LA TIERRAPARÁMETROS QUE INTERVIENEN EN EL CÁLCULO DE LA RADIACIÓN:
TRAYECTORIA SOLAR Y SOMBRAS:
Una aplicación típica de esta situación puede ser la de paneles ubicados sobre las paredes laterales de un edificio y la consideración de las sombras producidas por edificios colindantes u otros obstáculos
Pero otra que aparece como más habitual es la consideración de las sombra producida por un panel sobre otro en un parque:
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RADIACIÓN SOLAR SOBRE LA TIERRAPARÁMETROS QUE INTERVIENEN EN EL CÁLCULO DE LA RADIACIÓN:
TRAYECTORIA SOLAR Y SOMBRAS:
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RADIACIÓN SOLAR SOBRE LA TIERRARADIACIÓN SOLAR EXTRATERRESTRE
El flujo de energía radiante que el sol emite en todas las direcciones llega al límite superior de la atmósfera con un valor prácticamente constante
Se define la Constante Solar ISC como la potencia recibida por unidad de superficie normal a la dirección de propagación de la radiación fuera de la atmósfera para la distancia media entre el sol y la tierra
Los primeros estudios (1954) en el orden de los 1395 W/m2 ; en principio existen actualmente dos valores de referencia no exactamente iguales:
• NASA: 1353 W/m2 = 4871 kJ/(h.m2)
• WRC: 1367 W/m2 = 4921 kJ/(h.m2)(el más aceptado)
Valor muy importante ya que es la densidad de potencia sobre el tope de la atmósfera y es una magnitud de referencia para la determinación de otra magnitudes a usar
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RADIACIÓN SOLAR SOBRE LA TIERRARADIACIÓN SOLAR EXTRATERRESTRE
Como es de esperar, ya que la distancia sol‐tierra es variable a lo largo del año, la intensidad de radiación también lo será, y para cada día d del año es:
Si a la expresión anterior se la multiplica por “cosθZ”,
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0 50 100 150 200 250 300 350 4001320
1330
1340
1350
1360
1370
1380
1390
1400
1410
1420
DIA DEL AÑO
W/M
2
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RADIACIÓN SOLAR SOBRE LA TIERRARADIACIÓN SOLAR EXTRATERRESTRE
En función de la expresión anterior y de las relaciones entre los ángulos involucrados seria posible estimar la radiación extraterrestre en algún lugar de latitud definida (φ) y para un día del año (δ) sobre una superficie horizontal:
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-150 -100 -50 0 50 100 1500
200
400
600
800
1000
1200
ANGULO SOLAR º
W/M
2
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RADIACIÓN SOLAR SOBRE LA TIERRARADIACIÓN SOLAR EXTRATERRESTRE
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-150 -100 -50 0 50 100 1500
200
400
600
800
1000
1200
1400
ANGULO SOLAR º
W/M
2
21 de diciembre16 de marzo16 de junio
-150 -100 -50 0 50 100 1500
200
400
600
800
1000
1200
1400
ANGULO SOLAR º
W/M
2
21 de diciembre16 de marzo16 de junio
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RADIACIÓN SOLAR SOBRE LA TIERRARADIACIÓN SOLAR EXTRATERRESTRE
Será de interés calcular la “Radiación Media Diaria Mensual Extraterrestre” G0 (energía radiada por día para, por ejemplo, un día “medio” del mes), que podría obtenerse de la ecuación anterior integrada en un día (o mientras haya sol…)
d, día del año
δ, declinación correspondiente al día d
φ, latitud del lugar
ωs, ángulo de salida y/o puesta de sol del lugar correspondiente al día en cuestión
I0, [W.h.diario/m2]
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RADIACIÓN SOLAR SOBRE LA TIERRARADIACIÓN SOLAR EXTRATERRESTRE
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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 120
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
MES
Wh/
M2/
DIA
RIO
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RADIACIÓN SOLAR SOBRE LA TIERRA
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INSTRUMENTOS PARA LA OBSERVACIÓN DE LA RADIACIÓN SOLAR:
HELIÓGRAFOS:
Miden la duración de la insolación diaria
Heliógrafo de Campbell‐Stokes
Tienen un umbral mínimo de radiación para el registro
Debe ajustarse para cada latitud y longitud
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RADIACIÓN SOLAR SOBRE LA TIERRA
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INSTRUMENTOS PARA LA OBSERVACIÓN DE LA RADIACIÓN SOLAR:
PIRHELIÓMETRO:
Miden Radiación Solar Directa
Un sistema de seguimiento
En general es una medida indirecta de temperatura
PIRÁNOMETRO:
Miden Radiación Global (o Semiesferica Total), Directa y Difusa
Mide radiaciones de longitudes de onda de 0,3 μm a 3 μm
Un Piranómetro Térmico esta constituido
por una pila termoeléctrica (termopares)
Un Piranómetro Fotovoltaico esta basado
en un efecto fotoeléctrico (en general
resultan mas precisos que los anteriores)
ALBEDOMETRO:
Radiación Difusa o Radiación del Cielo
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MASA ATMOSFÉRICA:
La radiación procedente del sol, al atravesar la atmósfera, es difundida, absorbida y reflejada por las moléculas gaseosas en suspensión
Radiación Directa: Radiación recibida del sol sin cambio de dirección
Radiación Difusa: Radiación recibida del sol pero después que se ha reflejado y difundido en la atmósfera modificando su dirección original
El camino óptico recorrido por la radiación solar depende de la posición cenital del sol.
Aparece el concepto de masa atmosférica atravesada por la radiación, m
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RADIACIÓN SOLAR SOBRE LA TIERRA
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MASA ATMOSFÉRICA:
A nivel del mar y con el sol en el zenitm = 1
En otro lugar, habrá que ver cuento vale la presión
atmosférica p
Cuando la trayectoria recorrida es la OM,
La expresión da muy buenos valores a pesar de la curvatura de la tierra y de los fenómenos de refracción atmosféricos
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RADIACIÓN SOLAR SOBRE LA TIERRA
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DATOS DE RADIACIÓN SOLAR
La disponibilidad de datos de radiación puede tener distintas formas; su uso y entendimiento es importante:
• Pueden ser datos de mediciones instantáneas (Irradiancia) o valores integrados (Irradiación horaria o diaria)
• El período de tiempo de las mediciones
• Pueden ser datos de medidas de radiación directa, difusa o total.
• Instrumentos usados en la medición
• Orientación de la superficie sobre la que se mide (en general horizontal, a veces con una inclinación específica o normal a la directa)
• Promediada (en cuyo caso el período de sobre el que se promedió)
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RADIACIÓN SOLAR SOBRE LA TIERRA
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ATENUACIÓN ATMOSFÉRICA
La radiación solar en incidencia normal recibida por la superficie de la tierra es variable debido a :
• Cambios en la radiación extraterrestre (como se ha visto)
• La difusión y la absorción atmosférica
La difusión se produce por la interacción de la radiación con las moléculas de aire, agua (vapor o gotas) y polvo, dispersando la radiación en direcciones aleatorias sin alterar su longitud de onda
La difusión también reduce la cantidad de radiación entrante que alcanza la superficie de la tierra ya que una parte de la misma es redirigida al espacio
El grado de difusión depende del número de partículas por las que debe pasar la radiación y del tamaño de las mismas respecto de su longitud de onda
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RADIACIÓN SOLAR SOBRE LA TIERRA
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ATENUACIÓN ATMOSFÉRICA
En la atmósfera terrestre existe un gran número
de partículas de tamaño próximo a 0,5 μm
(estos tamaños se corresponden con longitudes
de onda que hacen que el cielo se vea azul)
Otro elemento importante es el concepto de masa atmosférica ya descrito lo que depende de la posición del sol, la localización y la época del año
La absorción atmosférica (radiación retenida y convertida en calor) se produce en la zona de los ultravioletas debida al ozono (longitudes de onda por debajo de los 0.35μm) y en los infrarrojos por el vapor de agua y el CO2 (1, 1,4 y 1,8μm)
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RADIACIÓN SOLAR SOBRE LA TIERRA
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ESTIMACIÓN DE LA RADIACIÓN EN UN LUGAREn lo que sigue se describen los pasos esenciales para determinar la radiación
disponible en un lugar
Para ello se partirá de que al menos se dispone de la Radiación Media Diaria Mensual sobre una superficie horizontal (medida), H (o Gdm0 en kWh/m2 o MJ/m2) y que mediante modelos matemáticos presentadas es posible determinar la Radiación Media Diaria Mensual Extraterrestre, H0 (o Gext0)
La idea es a partir de las dos informaciones anteriores poder estimar la Radiación Difusa y la Radiación Directa
La estimación de la Radiación Difusa se efectúa mediante la definición de un Índice de Claridad Promedio Mensual o Índice de Nubosidad Promedio Mensual KT , siendo este la razón entre Gdm0 con respecto a Gext0 (esto quiere decir que existirá un KT para cada mes)
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RADIACIÓN SOLAR SOBRE LA TIERRA
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ESTIMACIÓN DE LA RADIACIÓN EN UN LUGAR
Varios modelos permiten calcular el Promedio Mensual de Radiación Difusa Diaria Hdy del Promedio Mensual de Radiación Directa Diaria Hb a partir del KT definido recientemente
Uno de tales modelos (Liu‐Jordan) establece que si 0.3≤KT≤0.7 , entonces:
Otro modelo (Collares‐Pereira‐Rabl):
A partir de la disponibilidad de tal radiación difusa Hd es posible calcular la Radiación directa Hd como:
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RADIACIÓN SOLAR SOBRE LA TIERRA
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ESTIMACIÓN DE LA RADIACIÓN SOBRE UNA SUPERFICIE INCLINADA
La Radiación Total Diaria Promedio Mensual sobre una superficie inclinada H(β) será:
Donde H es la Radiación Total Diaria Promedio Mensual sobre una superficie horizontal, y R:
Rb es la razón del promedio diario para cada mes de la radiación directa sobre una superficie inclinada al promedio de la misma magnitud pero sobre una superficie horizontal, donde β es la inclinación del dispositivo y ρ la reflectancia del terreno o albedo.
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RADIACIÓN SOLAR SOBRE LA TIERRA
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ESTIMACIÓN DE LA RADIACIÓN SOBRE UNA SUPERFICIE INCLINADA
En la expresión anterior Rb se puede estimar como la razón de la radiación extraterrestre sobre una superficie inclinada a la radiación extraterrestre sobre una superficie horizontal:
En un caso general, a determinada latitud φ correspondiéndose con un día del año cuando la declinación es δ, se desea calcular Rb para una superficie cuya inclinación respecto del plano horizontal es β y un ángulo acimutal γ, entre los horarios solares W2 y W1 se tendrá:
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RADIACIÓN SOLAR SOBRE LA TIERRA
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ESTIMACIÓN DE LA RADIACIÓN SOBRE UNA SUPERFICIE INCLINADA
Para un caso frecuente, como es el de un colector solar con una inclinación sobre el plano horizontal de un ángulo β y orientado hacia el norte (desde el hemisferio sur) se tendrá:
Donde:
Esto teóricamente sería así ya que el período de integración iria desde el amanecer real hasta el anochecer real para la superficie horizontal y desde el amanecer aparente hasta el anochecer aparente para la superficie inclinada
Sin embargo lo razonable es tomar el menor de los ángulos: W’S u WS
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RADIACIÓN SOLAR SOBRE LA TIERRARADIACIÓN SOBRE SUPERFICIES INCLINADASRADIACIÓN TOTAL
Radiación directa y difusa sobre una
superficie horizontal en función del
ángulo cenital en condiciones medias
y extremas de turbidez para cielo
claro y sin nubes
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RADIACIÓN SOLAR SOBRE LA TIERRARADIACIÓN EN SISTEMAS CON SEGUIMIENTO
Mediante los sistemas de seguimiento se pretende maximizar la radiación recibida; para ello son necesarios dos movimientos en el tiempo:
• El ángulo de incidencia (ángulo cenital de la superficie θ)
• El ángulo azimutal γ
Los sistemas de seguimiento pueden clasificarse por los ejes de rotación sobre los que se mueve la superficie:
• Este‐oeste horizontalmente
• Sur‐norte horizontalmente
• Vertical
• Paralelo al eje de la tierra
• Dos ejes
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RADIACIÓN SOLAR SOBRE LA TIERRARADIACIÓN EN SISTEMAS CON SEGUIMIENTO
SEGUIMIENTO EN UN EJE DE ROTACION HORIZONTAL ESTE‐OESTE (SEGUIMIENTO CENITAL DIARIO)
La pendiente de la superficie para cada día:
El ángulo azimutal de la superficie dependerá
de la latitud y declinación:
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RADIACIÓN SOLAR SOBRE LA TIERRARADIACIÓN EN SISTEMAS CON SEGUIMIENTO
SEGUIMIENTO EN UN EJE DE ROTACION ESTE‐OESTE CON AJUSTE CONTINUO MINIMIZANDO EL ÁNGULO DE INCIDENCIA (SEGUIMIENTO CENITAL CONTINUO)
Eje este‐oeste y la parábola se mueve de
manera que el plano de apertura es
perpendicular a la altura solar a lo largo del día
La pendiente para la superficie:
El ángulo acimutal de la superficie cambia entre 0 y 180 grados si el ángulo acimutal solar pasa de ±90. Para cada hemisferio:
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RADIACIÓN SOLAR SOBRE LA TIERRARADIACIÓN EN SISTEMAS CON SEGUIMIENTO
SEGUIMIENTO EN UN EJE HORIZONTAL NORTE‐SUR CON AJUSTE CONTINUO MINIMIZANDO EL ÁNGULO DE INCIDENCIA (SEGUIMIENTO AZIMUTAL CONTINUO)
Al medio día se pasa por una superficie horizontal, pero la superficie sigue perpendicularmente a la altura solar durante el día.
El ángulo de inclinación:
El ángulo acimutal de la superficie será
90 o ‐90 dependiendo del ángulo acimutal
solar:
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RADIACIÓN SOLAR SOBRE LA TIERRARADIACIÓN EN SISTEMAS CON SEGUIMIENTO
SEGUIMIENTO EN UN EJE VERTICAL CON UNA PENDIENTE FIJA (AZIMUTAL )
Como el anterior, pero donde el eje se eleva desde el Norte o sur dependiendo el hemisferio. El ángulo de incidencia se hace mínimo cuando el azimut de la superficie y el solar se igualan
Y
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RADIACIÓN SOLAR SOBRE LA TIERRARADIACIÓN EN SISTEMAS CON SEGUIMIENTO
SEGUIMIENTO EN UN EJE NORTE‐SUR PARALELO AL EJE DE LA TIERRA CON AJUSTE CONTINUO PARA MINIMIZAR EL ÁNGULO CENITAL. ( DE UN EJE POLAR)
Inclinación del eje en la dirección Norte‐Sur pero inclinado un ángulo igual a la latitud del lugar
El ángulo azimutal también se puede calcular…pero es más complicado..
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RADIACIÓN SOLAR SOBRE LA TIERRARADIACIÓN EN SISTEMAS CON SEGUIMIENTO
SEGUIMIENTO EN DOS EJES PARA MINIMIZAR EL ÁNGULO DE INCIDENCIA
Inclinación del eje en la dirección Norte‐Sur pero inclinado un ángulo igual a la latitud del lugar del eje igual a la latitud
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RADIACIÓN SOLAR SOBRE LA TIERRAEVOLUCIÓN TEMPORAL DE LA TEMPERATURA AMBIENTE
Puede resultar necesario estimar la evolución de la temperatura ambiente (Ta) a lo largo de un día. Un dato que en general se dispone son las temperaturas máximas (TaM) y mínimas (Tam) para días ´”típicos” del año.
Un modelo usual para esto asume que:
• La TaM se produce siempre 2 horas después del mediodía solar (w = π/6)
• La Tam se produce siempre al amanecer (w = Ws)
• Entre ambos momentos la temperatura evoluciona de acuerdo a dos semiciclos de dos funciones coseno en función del tiempo solar (w)
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RADIACIÓN SOLAR SOBRE LA TIERRAEVOLUCIÓN TEMPORAL DE LA TEMPERATURA AMBIENTE
Para w < Ws
Con:
Para Ws< w < π/6
Con:
Para Ws< w < π/6
Con:
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RADIACIÓN SOLAR SOBRE LA TIERRAEVOLUCIÓN TEMPORAL DE LA TEMPERATURA AMBIENTE
Para w < Ws
Con:
Para Ws< w < π/6
Con:
Para w > π/6
Con:
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RADIACIÓN SOLAR SOBRE LA TIERRAUN PROCEDIMIENTO GENERAL PARA DETERMINAR LA
DISPONIBILIDAD ENERGETICA
1.‐ Se supone que se encuentra en la «peor situación», solo se dispone de la Radiación Diaria Media Mensual sobre una superficie horizontal kWh/m2 (para un día promedio de cada mes del año) (Gdm0)
2.‐ Se determina el horario de salida y puesta de sol para tal latitud y para cada día representativo del mes (por ejemplo el 15)
3.‐ Para cada día representativo de cada mes se calcula la Radiación Media Diaria Extraterrestre (kWh/m2) (I0 o Gext0)
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RADIACIÓN SOLAR SOBRE LA TIERRAUN PROCEDIMIENTO GENERAL PARA DETERMINAR LA
DISPONIBILIDAD ENERGETICA
4.‐ Determine el un Índice de Claridad Promedio Mensual o Índice de Nubosidad Promedio Mensual KT
5.‐ Determine la relación entre la componente directa y difusa mediante:
6.‐ Si la superficie esta inclinada un ángulo β, entonces habrá que determinar el «ángulo aparente» de salida y puesta de sol; debería suponerse que tal ángulo no puede ser menor que un βmin ni mayor que un βmax (a los fines de la integración se tomara el mas pequeño)
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RADIACIÓN SOLAR SOBRE LA TIERRAUN PROCEDIMIENTO GENERAL PARA DETERMINAR LA
DISPONIBILIDAD ENERGETICA
7.‐ Se calcula la relación entre la Radiación Extraterrestre sobre una superficie inclinada (para los ángulos entre βmin y βmax , y la Radiación Extraterrestre sobre una superficie horizontal
8.‐ Se buscan los valores máximos de Rb y sus correspondientes ángulos
9.‐ Se pasa a calcular la Radiación Total Máxima como suma de la Directa más la difusa más la de albedo
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RADIACIÓN SOLAR SOBRE LA TIERRAUN PROCEDIMIENTO GENERAL PARA DETERMINAR LA
DISPONIBILIDAD ENERGETICA
9.a.‐ El primer término de la anterior:
Hd/H , es lo determinado en el paso 5
Rb, es el valor máximo determinado en el paso 8
9.b.‐ Para el segundo, el valor de β es el que se corresponde con el que dio el máximo Rb, también determinado en el paso 8
9.c.‐ Para el tercero se debe tomar un ρ, (por ejemplo 0,2) y el β es el mismo que se tomóantes
Solo resta multiplicar a R por Gdm0 para obtener la disponibilidad energética total..
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RADIACIÓN SOLAR SOBRE LA TIERRAUN PROCEDIMIENTO GENERAL PARA DETERMINAR LA
DISPONIBILIDAD ENERGETICA
Otras alternativas para evaluar:
A.‐ Dejar un β fijo…. Cual??? Una alternativa: El valor medio de lo que dieron los máximos para cada mes… y recalcular desde el paso 6 en adelante…
B.‐ Se dispone de un seguidor y de tal seguidor los incrementos porcentuales para cada mes…
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RADIACIÓN SOLAR SOBRE LA TIERRAUN PROCEDIMIENTO GENERAL PARA DETERMINAR LA
DISPONIBILIDAD ENERGETICA
Es claro que para cada día tipo de cada mes la radiación (W/m2) y la temperatura de la celda variarán continuamente a los largo del día…. Como contemplar esto se verá más adelante…
10.‐ Los rendimientos de cada paarte o componente
10.a.‐ Temperatura de celda: ηT :Por lo pronto se supone que el rendimiento de la celda por efecto de la temperatura es constante para cada mes (un rendimiento por temp.para cada mes)
10.b.‐ Rendimiento adicional del seguidor: ηS : uno para cada mes
10.c.‐ Rendimiento del MPPT: ηMPPT : el sintonizador no trabaja exactamente en el MPPT (0,98%?)
10.d.‐ Pérdidas por distorsión o conexionado: ηDIS : los paneles no son todos exactamente iguales (0,95%?)
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RADIACIÓN SOLAR SOBRE LA TIERRAUN PROCEDIMIENTO GENERAL PARA DETERMINAR LA
DISPONIBILIDAD ENERGETICA
10.e.‐ Pérdidas por suciedad: ηSUC : del panel (0,95%?)
10.f.‐ Pérdidas por reflectancia angular: ηREF : tiende a ser nula al mediodía (caso fijo) o mas bajo en sistema con seguidor(0,97%?)
10.g.‐ Pérdidas por sombreado: ηSOM : del panel (0,98%?)
10.h.‐ Pérdidas del inversor ηINV : (0,97%?)
10.i.‐ Pérdidas por el cableado: ηCAB : del panel (0,98%?)
10.j.‐ Pérdidas en el transformador de acople: ηTRA : del panel (0,97%?)
Rendimiento global : ηGLOBAL : al producto de todos los rendimientos anteriores
UDELAR – OCTUBRE 2013
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RADIACIÓN SOLAR SOBRE LA TIERRAUN PROCEDIMIENTO GENERAL PARA DETERMINAR LA
DISPONIBILIDAD ENERGETICA
11.‐ Para una potencia total pico instalada en la planta de (kWp), la producción diaria de energía sera:
Ediario = kWp*(disponibilidad diaria de energía determinada en el punto 9)
Mensual = Ediario* (los días de cada més)
Anual…..
UDELAR – OCTUBRE 2013
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