La radiación solar es una fuente de energía renovable cada vez más utilizada en todo el entorno. Los paneles solares son dispositivos que capturan la energía del sol y la convierten en electricidad utilizable. A la hora de instalar paneles solares, tener en cuenta la inclinación de los mismos para optimizar la cantidad de radiación solar que reciben. En este artículo, explicaremos cómo calcular la radiación en una placa solar inclinada y cómo se comporta la radiación solar sobre una superficie inclinada con la latitud.
Cómo se calcula la radiación solar
La radiación solar se compone de una radiación directa y una radiación difusa. La radiación directa es aquella que proviene directamente del sol y llega sin ser dispersada por la atmósfera. Por otro lado, la radiación difusa es aquella que ha sido dispersada por partículas en la atmósfera y llega desde todas las direcciones.
Para calcular la radiación solar en una placa solar inclinada, debemos tener en cuenta varios factores, como la ubicación geográfica, la inclinación de la placa y la orientación en relación al sol. Existen fórmulas matemáticas que nos permiten realizar estos cálculos de manera precisa.
Radiación solar directa
La radiación solar directa se calcula sumando la insolación directa desde todos los sectores del mapa solar. La insolación directa es la cantidad de energía solar que llega a la superficie en un ángulo específico.
La insolación directa desde un sector del mapa solar se calcula utilizando la siguiente ecuación:
Dir θ,α = S Const * βm(θ) * SunDur θ,α * SunGap θ,α * cos(AngIn θ,α)
Donde:
- S Const : flujo solar en la parte externa de la atmósfera a la distancia media entre el sol y la tierra.
- βm(θ) : transmisividad de la atmósfera correspondiente a la trayectoria más corta.
- SunDur θ,α : duración en el tiempo representada por el sector celeste.
- SunGap θ,α : fracción de huecos correspondiente al sector del mapa solar.
- AngIn θ,α : ángulo de incidencia entre el centroide del sector celeste y el eje normal a la superficie.
La longitud óptica relativa, m(θ), se calcula utilizando la siguiente ecuación:
m(θ) = EXP(-0.000118 * Elev - 638*10-9 * Elev2) / cos(θ)
Donde:
- Elev : elevación sobre el nivel del mar en metros.
- θ : ángulo cenital del sol.
El ángulo de incidencia (AngIn θ,α) tiene en cuenta la orientación de la superficie y se calcula utilizando la siguiente ecuación:
AngIn θ,α = acos( Cos(θ) * Cos(G z ) + Sin(θ) * Sin(G z ) * Cos(α-G a ) )
Donde:
- G z : ángulo cenital del sector celeste.
- G a : ángulo acimutal del sector celeste.
Cómo se comporta la radiación solar sobre una superficie inclinada con la latitud
La cantidad de radiación solar incidente sobre una superficie inclinada depende del ángulo entre el módulo y el sol. Cuando la superficie absorbente y el sol son perpendiculares entre sí, la densidad de potencia en la superficie es igual a la de la luz solar. Sin embargo, a medida que el ángulo entre el sol y la superficie fija cambia, la densidad de potencia en el módulo solar disminuye.
Para calcular la radiación incidente sobre una superficie inclinada, se utilizan las siguientes ecuaciones:
S módulo = S incidente * cos(α) = S horiz * cos(α) * cos(β) + S incidente * sin(α) * sin(β)
Donde:
- S módulo : radiación incidente sobre la superficie inclinada.
- S incidente : radiación solar medida perpendicular al sol.
- S horiz : radiación solar medida en la superficie horizontal.
- α : ángulo de elevación.
- β : ángulo de inclinación del módulo medido desde la horizontal.
El ángulo de elevación se calcula utilizando la siguiente ecuación:
α = φ - δ
Donde:
- φ : latitud.
- δ : ángulo de declinación.
La inclinación del módulo tiene un impacto importante en la radiación solar incidente. Para obtener la potencia máxima a lo largo del año, el ángulo de inclinación debe ser igual a la latitud del lugar. Sin embargo, los ángulos de inclinación más pronunciados se utilizan para maximizar la captación de energía en invierno, mientras que los ángulos de inclinación más bajos se utilizan para aprovechar al máximo la luz solar en verano.
Calcular la radiación en una placa solar inclinada requiere tener en cuenta la ubicación geográfica, la inclinación y la orientación del panel. Utilizando las fórmulas adecuadas, podemos determinar la cantidad de radiación solar que llega a la placa solar y optimizar su rendimiento.