La radiación solar es uno de los factores más importantes a considerar al diseñar un sistema fotovoltaico (PV) solar. En esta tutorial, exploraremos qué es la radiación solar, cómo se calcula y cómo se puede utilizar el software pvDesign de RatedPower para simular y evaluar la radiación solar en proyectos fotovoltaicos a gran escala.
¿Qué es la radiación solar?
La radiación solar es la energía luminosa emitida por el sol que llega a la Tierra. Se mide en términos de la cantidad de luz solar que golpea un metro cuadrado de superficie en un segundo.
Los términos radiación, irradiación e irradiancia se utilizan a menudo indistintamente. Sin embargo, se puede decir que la radiación es el número de fotones emitidos por una sola fuente, mientras que la irradiación se refiere a la radiación que incide sobre una superficie. La irradiación es el proceso por el cual los paneles solares están expuestos a la radiación y partículas en movimiento (fotones emitidos por el sol), lo que lleva al proceso de ionización.
Las unidades de medida son clave para comprender la diferencia:
- La irradiancia es la potencia de radiación solar por unidad de área, medida en W/m
- La irradiación solar es la cantidad que mide la energía por unidad de área de la radiación solar incidente en una superficie, la potencia recibida durante un tiempo, medida en Wh/m
Entonces, mientras que la irradiancia mide la potencia por área, la irradiación solar mide la potencia por área durante un período de tiempo (por ejemplo, una hora).
Factores que influyen en la radiación solar
La cantidad de radiación solar depende de varios factores:
Ubicación geográfica y estación del año
La Tierra está inclinada en un ángulo de 25° y gira alrededor del Sol en una órbita elíptica, lo que la acerca o aleja del Sol dependiendo de la época del año (en qué parte de la elipse se encuentra). Esto significa que el Sol irradia más en algunas áreas de la Tierra que en otras, dependiendo de la ubicación y la estación del año.
Hora del día
A medida que la Tierra gira, la luz solar golpea la superficie en diferentes ángulos, que van desde 0° (justo por encima del horizonte) hasta 90° (directamente sobre la cabeza). Cuanto más perpendicular sea una fuente de luz a una superficie, más radiación recibe esta última, por lo que los paneles solares reciben más luz solar y calor al mediodía que por la mañana temprano.
Los rayos del Sol más inclinados viajan más tiempo a través de la atmósfera, dispersándose y difundiéndose más.
Atmósfera y clima
La cobertura de nubes, la lluvia y la nieve pueden bloquear la luz solar y reducir los niveles de irradiación en la superficie terrestre.
La atmósfera tiene un efecto de cobertura sobre la superficie terrestre que es mayor donde hay poca cobertura de nubes y menor en áreas con cielos despejados, bajas temperaturas y poca humedad. La cobertura de nubes persistente dispersa la radiación solar de vuelta al espacio. El agua tiene baja reflectividad y absorbe la mayor parte de la luz solar, mientras que la nieve es altamente reflectante y absorbe poca luz solar.
Las regiones desérticas a gran altitud absorben niveles de radiación solar por encima del promedio debido al efecto de la atmósfera reducida.
Paisaje
Las características del paisaje pueden afectar la irradiación, tanto en términos de efectos atmosféricos como de obstrucciones que impiden que la luz solar llegue a la superficie terrestre. A mayor elevación del terreno, menor es la distancia que los rayos del sol tienen que recorrer. Además, varios elementos, como árboles, arbustos y laderas, pueden bloquear la luz solar y evitar que llegue a los paneles solares.
¿Cómo se mide la irradiación?
La irradiación se puede medir utilizando tres componentes: GHI, BHI y DHI.
HI representa la Irradiación Horizontal. Esto se refiere al hecho de que la irradiación se recibe en una superficie horizontal (inclinación de 0°) en la Tierra.
G, B y D representan Global, Beam y Diffuse respectivamente.
GHI se refiere a la Irradiación Horizontal Global (GHI). Esta es la irradiación total del sol en una superficie horizontal en la Tierra. Hay dos componentes en este valor: la Irradiación Horizontal de Haz (BHI) recibida del Sol (rayos solares) y la Irradiación Horizontal Difusa (DHI), que es la luz dispersa que no tiene una dirección concreta debido a la colisión de los rayos solares con la atmósfera, moléculas de aire, vapor de agua, polvo y contaminantes.
GHI = DHI + BHI
La Irradiación Directa Normal (DNI) se refiere a la irradiación de haz recibida por un plano perpendicular. BHI es igual a DNI después de tener en cuenta el ángulo cenital solar (z).
BHI = DHI + (DNI * cos(z))
¿Cómo considera pvDesign la radiación solar?
Cuando simulas un proyecto de energía solar en el software pvDesign de RatedPower, la producción esperada de energía de la planta durante su vida útil es uno de los resultados generados.
La simulación de la producción de una planta fotovoltaica es un proceso de dos pasos. El primer paso es evaluar el recurso solar en una ubicación determinada y el segundo paso es calcular el rendimiento energético de una planta fotovoltaica hipotética en ese lugar.
Evaluación de los recursos solares
Gracias a empresas como SolarAnywhere, Solcast, SolarGIS, Meteonorm, Vaisala 3 Tier, etc., calcular los recursos solares basados en un año meteorológico típico (TMY) es sencillo.
pvDesign ofrece tres fuentes diferentes de datos meteorológicos, que varían según el país en función de la cobertura del conjunto de datos. Los usuarios también pueden cargar sus propios datos meteorológicos.
pvDesign también acepta interfaces de programación de aplicaciones (API) e integraciones para las diversas etapas del diseño y la ingeniería de cualquier proyecto.
Cálculo del rendimiento energético
pvDesign tiene un modelo de energía incorporado, desarrollado internamente por Félix I. Pérez Cicala et al., que calcula el rendimiento energético anual de cualquier planta fotovoltaica solar a gran escala.
Con los datos TMY en mano, el modelo de energía de pvDesign calculará los siguientes aspectos de tu planta fotovoltaica específica:
- La transposición de los componentes de radiación al plano inclinado.
- Uso de una biblioteca para calcular la posición del sol.
- El algoritmo de seguimiento del sol utilizado en seguidores de un solo eje (seguimiento hacia atrás).
- Cálculo de los efectos de las sombras en la radiación recibida por un plano inclinado.
- Cálculo de la radiación percibida por la cara posterior, utilizada para simulaciones bifaciales.
- Generación eléctrica de un módulo fotovoltaico cuando está siendo irradiado y sus pérdidas asociadas.
- Estimación del efecto de las sombras parciales en las cadenas de módulos.
- Desempeño de un inversor eléctrico y ventana de operación.
- Pérdidas eléctricas en una planta fotovoltaica a gran escala.
Puedes leer sobre cada una de estas secciones en nuestro informe de metodología energética 202
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