suma de estos tres componentes da lugar a la radiación global (G), que se determina: G = B + D + R.
3.6. Energía incidente sobre una superficie plana inclinada
En el caso de tener un plano orientado al ecuador con una inclinación ß sobre el plano horizontal del lugar, se puede calcular el ángulo de incidencia de la radiación solar directa con dicho plano, mediante la expresión:
cos θ = cos (L - ß) · cos δ · cos ω + sin (L - ß) sin δ
Siendo:
1 θ = Ángulo de incidencia formado por la normal a la superficie y el rayo incidencia de ella.
2 L = Latitud del punto de la superficie terrestre considerado, el cual es el ángulo que forma el radio terrestre que pasa por dicho punto con el ecuador.
3 ß = Ángulo de inclinación.
4 ω = Ángulo horario.
5 δ = Declinación.
La radiación total sobre una superficie inclinada a partir de la radiación horizontal, considerando periodos relativamente cortos (una hora), se obtiene de:
Siendo:
1 It = Radiación total sobre una superficie inclinada. IHD = Componente directa de la radiación sobre el plano horizontal. IHd = Componente difusa de la radiación solar sobre el plano horizontal. RD = Relación entre la componente directa de la radiación solar sobre una superficie inclinada y la radiación directa sobre una superficie horizontal. ρ = Reflexividad del suelo.
En los cálculos de las aportaciones solares recibidas por la superficie captadora, se hace necesario conocer la relación (R) entre la radiación media diaria mensual (Hβmedia) recibida por la superficie captadora y la radiación media diaria mensual (H) recibida por una superficie horizontal. Es decir:
Donde:
3.7. Orientación e inclinación óptima anual, estacional y diaria
A la hora de aprovechar al máximo la energía solar, es necesario tener en cuenta que el sol no se encuentra a la misma altura (respecto al horizonte) en invierno que en verano, lo que significa que la inclinación de los paneles fotovoltaicos no puede ser fija si se quiere que, en todo momento, esos paneles se encuentren perpendicularmente orientados al sol.
La inclinación óptima de cualquier captador solar se establece en función de la latitud y la aplicación:
1 Para la utilización en invierno: 10ª mayor que la latitud.
2 Para la utilización en primavera y verano: 20ª menor que la altitud.
3 Paralautilizaciónuniformedurantetodoelaño:10ªmayorquelalatitud.
Definición
Latitud
La latitud mide el ángulo desde un punto cualquiera del planeta con respecto al ecuador. Este ángulo se mide desde el meridiano (línea imaginaria que rodea la tierra y que pasa por los polos) del lugar correspondiente.
En las latitudes españolas (40º aproximadamente), la orientación óptima de los módulos fotovoltaicos es hacia el sur. Sin embargo, la energía que se deja de generar por estar estos módulos orientados hacia el sureste o suroeste, representa solo un 0,2 % por cada grado de desviación respecto al sur.
Del mismo modo, la inclinación óptima de los módulos fotovoltaicos depende de la latitud del lugar donde se instalen, lo que implica una inclinación entre 5º y 10º respecto a la latitud (por ejemplo, resultarían unos 35º en el centro de la península), y de la época del año en la que se quiera maximizar la producción.
En cualquier caso, es recomendable una inclinación superior a los 15º, para permitir que el agua de la lluvia se escurra. Donde nieva con cierta frecuencia, es recomendable una inclinación a partir de los 45º, para favorecer el deslizamiento de la nieve. En definitiva, es recomendable acercarse a las condiciones óptimas de la instalación: orientación sur e inclinación entre 5º y 10º menos que la latitud.
Las denominadas horas de pico solar constituyen un parámetro fundamental para el dimensionado de los sistemas fotovoltaicos. Corresponden al número de horas en las que cada metro cuadrado de superficie captadora obtiene, de modo constante, 1000 W de energía. El número de horas pico de un día concreto, se puede calcular dividiendo la energía producida en ese día entre 1000 W/m2. En España, la media de horas solares pico es de tres a seis, aunque varía entre el norte y el sur, y de invierno a verano.
3.8. Cálculo de radiación difusa y directa sobre superficies horizontales y sobre superficies inclinadas
Para el cálculo y dimensionado de sistemas solares fotovoltaicos es importante conocer los valores de radiación difusa y directa que incide sobre las superficies captadoras de energía solar (paneles fotovoltaicos).
Notación
En las expresiones que se utilizan para el cálculo de la radiación difusa y directa que incide sobre superficies horizontales e inclinadas se utilizan las siguientes variables:
1 A Índice anisotrópico, Ib/Io.
2 Eo Factor de corrección de la excentricidad de la órbita terrestre.
3 Gcs Constante solar, 1 367 Wm-2.
4 H Irradiación global diaria promedio mensual en una superficie horizontal.
5 Hb Irradiación directa diaria promedio mensual en una superficie horizontal.
6 Hbn Irradiación directa normal diaria promedio mensual en una superficie horizontal.
7 Hd Irradiación difusa diaria promedio mensual en una superficie horizontal.
8 Ho
