Cálculo de la Radiación Solar

Obviamente, el elemento más importante de una instalación solar, ya sea fotovoltaica o térmica, es el captador. La misión del mismo es “recolectar la mayor energía posible”. Como la radiación solar no es constante durante todo el año cabría preguntarse si existe una inclinación u orientación óptima que permitieran maximizar la energía captada del sol. Y, si existiesen, si son válidas para cualquier tipo de aplicación solar.

CARACTERÍSTICAS DE LOS EMPLAZAMIENTOS

Lo primero que debe plantearse el diseñador de una instalación solar es el potencial de energía que podrá aprovechar. Para ello, deberá valorar los siguientes factores:

  • Radiación solar media en la localidad donde se ubica el edificio.
  • Inclinación óptima del colector en función del perfil de uso de la instalación.
  • Espacio disponible para la colocación de los captadores y de los diferentes elementos necesarios.
  • Existencias de obstáculos que pudieran proyectar sombras sobre los
    captadores solares durante algún periodo del año.
  • Distancia de separación entre filas de captadores solares para evitar interferencias.

La energía que recibe una ubicación suele estar tabulada en MJ o kWh por metro cuadrado. Los Pliegos de condiciones técnicas del IDAE, documentos básicos de referencia a la hora del dimensionado de una instalación solar, proporcionan una tabla con los valores de energía media incidente perpendicularmente sobre una superficie de un metro cuadrado para cada provincia y mes del año.

La energía incidente, o radiación solar global, se simboliza mediante la letra H.

La conversión de MJ a kWh se realiza considerando la siguiente relación:

            1 kWh = 3,6 MJ

Tabla 1-Energía en megajulios que incide sobre un metro cuadrado de superficie horizontal
en un día medio de cada mes (Fuente: CENSOLAR).

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Tabla 1.2-También se podrán tomar en consideración los valores indicados en la norma
UNE 94003

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Por ejemplo si se quisiera determinar la energía media incidente en un día del mes de Julio en Orense sería: Según la tabla 1.2 la H es 18,3 MJ/m2 o 5,08 kWh/m2.
Y si se quisiera determinar la radiación solar diaria, H, que recibe Las Palmas
a lo largo del año, expresada en MJ/m2 y kWh/m2. serían los valores señalados en MJ/m2 y los mismos valores sobre 3,6 en KWh

incidencia-ej

Otro aspecto importante para determinar el potencial que ofrece un emplazamiento es conocer la latitud del mismo, puesto que en función de la misma existen unos ángulos de inclinación del panel solar que optimizan el aprovechamiento de la radiación incidente a lo largo del año. La siguiente tabla 2 proporciona la latitud de cada capital de provincia.

Es importante valorar que las instalaciones solares pueden tener un perfil de utilización muy diverso. Por ejemplo, no tendrá la misma demanda una instalación solar para ACS en un edificio de viviendas que la instalación destinada a un camping de verano. Asimismo, los módulos de una instalación fotovoltaica de venta a red tendrán un ángulo de inclinación diferente que los paneles destinados a proporcionar electricidad a una casa de campo que se utilice solo los fines de semana.

Esta consideración es válida, obviamente, para soportes fijos. Precisamente, la imposibilidad de variar la inclinación una vez instalados es lo que motiva a establecer el ángulo de inclinación óptimo para cada aplicación.
En este sentido, en algunas instalaciones fotovoltaicas, la funcionalidad de los seguidores o tracks solares se basa precisamente en el aprovechamiento del ángulo de inclinación que ofrece mayor radiación a lo largo cada día del año. Sin embargo, la utilización de seguidores que permitan variar el azimut e inclinación de los módulos no suele ser una solución muy extendida en edificación, salvo a pequeña escala en algunas cubiertas. De todas formas, los seguidores solares no son aplicables para colectores solares térmicos debido a que la rigidez de las conexiones hace inviable este uso.

 

Sin embargo, en cualquier instalación solar se puede observar que los paneles no se disponen horizontalmente, sino que adquieren cierta inclinación. El motivo es que el sol varía su recorrido a lo largo del año y presenta diferentes alturas en función del recorrido de la órbita terrestre, ofreciendo la menor altura en el solsticio de invierno y la mayor en el de verano.
Es decir, que el abatimiento vertical del panel solar tendrá como consecuencia un mejor aprovechamiento en los meses con menor radiación en detrimento de los meses con mayor energía incidente. Pero como la radiación, H, es considerablemente más significativa en verano que en invierno la merma provocada no influirá significativamente en el aporte necesario si la instalación está bien dimensionada y sí redundará en un aprovechamiento más significativo en los meses más desfavorables.
Cuando se habla de altura solar se hace referencia al ángulo que presenta la línea que une el emplazamiento y la posición del sol con respecto a la horizontal.
La metodología a seguir para determinar la energía incidente en función del ángulo
de inclinación del panel será:

  • Obtención de la energía incidente diaria por metro cuadrado, H, en la superficie horizontal (tabla 1).
  • Determinación de la latitud de la ubicación de la instalación (tabla 2).
  • Determinación de los coeficientes, k, asociados a la inclinación de los paneles y latitud del emplazamiento (tabla 3). En el caso de que la latitud del emplazamiento no coincida con la de la tabla, se puede interpolar entre los valores de las dos latitudes entre las cuales se encuentre comprendida, o bien consultar la tabla con la latitud más cercana. Por ejemplo, si una población se encuentra en la latitud 39,8º, se podrían obtener los factores de corrección k de la tabla de latitud 40º sin incurrir en una desviación importante.
  • Obtención, de la energía mensual, Hmes, como producto del número de días del mes, el factor k y la energía solar incidente en un día medio del mes, Hdía.
    Hmes = n x k x Hdía

TABLA 2. Latitud de las capitales de provincia. Fuente: Pliego de condiciones de solar térmica. IDAE (2009)

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Tabla 3. Factor de corrección k para superficies inclinadas. Representa el cociente entre energía incidente en un día sobre una superficie orientada hacia el Ecuador e inclinada un determinado ángulo, y otra horizontal.

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Ejemplo de cálculo de la Energía solar incidente, H, en los paneles solares con una inclinación de 0º y 30º.

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