Irradiancia Potencia y energía recogidas según el angulo de incidencia sobre una superficie Forma parte del contenido de Lecturas básicas para solar térmica y FV
Esta sección habla de Irradiancia o también Potencia de los rayos solares aunque en realidad ambas secciones son complementarias.
Irradiancia, angulo de incidencia solar
-Si en el mes de julio, en una ciudad del hemisferio Norte, p.e. Madrid, salimos a la calle a las tres de la tarde, notaremos una sensación de intensísimo calor que probablemente nos haga retroceder al interior. El sol está muy alto, incidiendo sobre la superficie de la tierra casi verticalmente y abrasa. A esa intensa sensación de calor de forma instantánea la llamamos Irradiancia; es potencia y le adjudicamos la unidad de watios/metro cuadrado (w/m2).
-Si salimos de nuestra casa a una hora en la que el sol no incida de forma tan próxima a la vertical, esa sensación será más soportable y estaremos recibiendo una potencia solar de algunos w/m2 menos.
-En invierno (seguimos en el hemisferio norte) la tierra está mucho más cerca del sol que en verano, sin embargo, su posición con respecto al sol hace que los rayos solares incidan de forma menos vertical que en verano. La conclusión es que la potencia con la que nos calienta el sol, depende fundamentalmente del ángulo de incidencia.
Insolación
-Además de esto, la climatología tiene mucho que ver, puesto que incluso en los meses más cálidos puede haber borrascas, o simplemente nubes de evolución diurna que, como es lógico se interponen entre el sol y la tierra impidiendo que aquel nos caliente. De la misma forma, en invierno se tienen temporadas anticiclónicas que impiden el paso de nubes y proporcionan gran cantidad de energía solar.
-Del estudio de la climatología extraemos una estadística que nos permite conocer el número de horas de sol de un día promedio de cada mes y por tanto conocer la energía solar total recibida en el transcurso de ese mes en watios x hora o, más comúnmente utilizada Kwh y, de forma normalizada, sobre superficie horizontal. Estamos refiriéndonos exclusivamente a la insolación calculada según el movimiento de la tierra y la estadística de nubosidad que se registra en cada mes del año según la ubicación geográfica; es decir, potencia según irradiancia de cada momento y lugar y, energía en función de horas de insolación.
Latitud e inclinación de los paneles
-Como hemos dicho, el ángulo de incidencia es un factor fundamental en el cálculo de la energía recibida, por tanto, la posición con respecto al movimiento del sol de un objeto que queramos calentar, también lo es.
-Una superficie colocada horizontalmente recibirá una escasa cantidad de energía solar en los meses en que el sol no se eleva mucho sobre el horizonte. Sin embargo recibirá una gran cantidad de energía en aquellos meses en los que el sol alcanza gran altura sobre el horizonte. Por el contrario una superficie colocada en vertical aprovechará más el calor solar cuando éste se encuentra bajo y por tanto su grado de incidencia sobre dicha superficie será mucho mayor que sobre una superficie horizontal.
-Todos los valores relativos al ángulo de incidencia en función de la latitud y la inclinación son aplicables al hemisferio sur tomando como eje de simetría el ecuador; no así en lo relativo a los valores climatológicos.
-Por lo general la inclinación de los paneles para un consumo constante anual debe acomodarse a una mayor captación en aquellos meses en los que el sol está más bajo. Aproximadamente igual a la latitud más 10º. Si la instalación va a tener un consumo mayor en verano la inclinación normalmente aceptada es igual a la latitud menos 10º, pero de cualquier manera es conveniente analizar la inclinación convenientemente para no sobredimensionar la superficie captadora y optimizar la captación acomodándola lo más posible al consumo.
Para determinar el ángulo de instalación de los paneles son de inestimable ayuda los programas de calculo. Realizando reiterados supuestos podremos ver como varia la energía captada durante todo un año y, es evidente que esta cifra nos importa, pero nos importa aun mas, que ensayando con diferentes inclinaciones veamos con cual de ellas se acercan mas la captación mensual y el consumo de cada mes, con independencia de si la energía total captada en un año es mayor o menor.
Si acercamos los captadores a la vertical (imaginando una latitud de 40º como la de Madrid), tendremos una captación menor en los meses de verano y esto nos hará disminuir el total anual, pero a cambio puede proporcionarnos una cobertura mayor en algún mes de invierno y evitar algunos kwh innecesarios durante el calor estival. Este efecto se diluye según nos acercamos al ecuador. Si en una latitud de 20º elevamos la posición de los colectores disminuiremos enormemente el ángulo de incidencia y por tanto la posibilidad de captar energía. Si ubicamos la instalación en Alaska, el efecto completamente opuesto.
Resumiendo
Todos los cálculos relativos a la captación según latitud e inclinación de los captadores solares, son exactamente iguales para cada uno de los hemisferios tomando como referencia el ecuador. Es decir que, cuando se habla de latitud Xº e inclinación Yº es con independencia del hemisferio en el que esté situada la instalación. Sin embargo la cantidad de energía solar recibida es diferente para cada ubicación por cuestiones climatológicas.
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