Ángulo de incidencia e irradiación solar. Claves para generar electricidad.

radiacion solar y angulo de incidencia
7 Abr, 2020

la Energía Solar Fotovoltaica aprovecha la radiación del Sol para generar electricidad. Uno de elementos clave en este proceso es el ángulo de incidencia solar. Pero, ¿por qué este aspecto es tan importante? En este artículo te lo explicamos desde cero.

¿Te interesa el mundo de las energías renovables, pero no sabes por cuál empezar?

¡Fácil! La energía solar fotovoltaica es la mejor opción. ¿Por qué? Porque es una fuente de energía limpia e inagotable que utiliza la radiación procedente del sol de forma más directa que la energía solar térmica de baja temperatura o la termoeléctrica, ya que convierte directamente la energía del Sol en energía eléctrica. Mientras que las otras dos tienen un paso más, pues la energía del Sol se convierte primero en energía térmica, y luego se aprovecha para la generación de electricidad.

Energía solar fotovoltaica

Entonces, ¿Cuál es una de las maneras de aprovechar los beneficios del sol?

Una de ellas, es la Energía Solar Fotovoltaica, que aprovecha la radiación solar para generar electricidad. Te podrás preguntar ¿Así de fácil y sencillo? Bueno, tan sencillo no es. Te explicaremos a continuación las cosas más importantes a tener en cuenta antes de realizar la instalación de una planta solar.

La energía fotovoltaica sigue el principio fotoeléctrico que Heinrich Hertz descubrió en 1887. Esta energía solar dispone de tres tipos de radiación: Directa, Reflejada y Difusa. La suma de estas tres son la energía que se aprovecha para la generación de electricidad desde su recepción con los paneles solares.

Pero para que nuestras placas solares  puedan aprovechar la mayor cantidad de radiación de los tres tipos, es necesario conocer el plano de instalación y el ángulo de incidencia solar en las diferentes estaciones del año. Con estos datos, ya se podría realizar un cálculo de la producción energética de una instalación fotovoltaica.

Lo primero que debemos conocer es la radiación extraterrestre, que no es más que la irradiación incidente sobre una superficie situada fuera de la atmósfera que servirá como referencia.

diferentes angulos de incidencia

Diferentes ángulos de incidencia

Ángulo de incidencia

En la imagen adjuntada con anterioridad encontramos los siguientes ángulos de incidencia:

  • El ángulo azimutal (ψ) es el formado por la dirección Sur y la proyección de la línea que une al panel, en nuestro caso, y al Sol sobre la superficie terrestre.
  • La altura del Sol (α), es el ángulo entre la horizontal y la línea que une al panel con el Sol. La cual será diferente según la latitud donde nos encontremos y para cada día del año.
  • El ángulo cenital (ϴ), es el complementario a la altura solar. EL cual, cuanto mayor sea, más bajo estará el Sol.
  • Inclinación del panel (β), que varía con el tiempo y la situación geográfica.

Perpendicular solar. Cómo afecta a la planta fotovoltaica.

Cuanto más perpendicular se encuentra el sol con respecto a la superficie terrestre menor es el camino que recorre la radiación solar a través de la atmósfera.

Por tanto, si la planta o panel solar se encuentra colocada con el ángulo óptimo de inclinación, aprovechará esta perpendicular para obtener la mayor energía posible. Por el contrario, para una menor altura solar el camino a recorrer por la radiación solar en la atmósfera es mayor, lo que implica que la intensidad de la radiación solar que llega a la superficie terrestre es menor.

Otro factor a tener en cuenta es la masa de aire (AM), que no es más que el cociente entre el recorrido óptico de un rayo solar y el correspondiente a la normal de la superficie terrestre, y que está relacionada con la altura solar.

Cálculo de irradiación solar

En definitiva, a diferencia de la orientación e inclinación del panel solar según la irradiancia solar, el efecto de la absorción atmosférica es algo que no podemos controlar. Por lo que la cantidad de energía solar recibida en la superficie terrestre es siempre inferior a la que se recibiría por encima de la atmósfera.

Al variar el azimut y la altura solar a lo largo del día y del año, el ángulo de incidencia de radiación óptimo no es siempre constante. La única situación donde eso ocurriría sería con un sistema que varíe la inclinación y orientación constantemente, como lo hace un seguidor solar.

Si queremos saber si una superficie ya existente es adecuada para la implantación de paneles solares eficientes, es necesario conocer la radiación solar incidente y el ángulo de incidencia sobre dicha superficie.

En la siguiente imagen, se muestra el tanto por cierto de irradiación que recibirán unas placas solares en función de su orientación respecto al sur (azimut del panel) y su ángulo de inclinación. Además, tener en cuenta que este tipo de gráficos deben estar adaptados a cada latitud, ya que puede haber variaciones significativas.

irradiacion que recibe un panel solar

Irradiación que recibe un panel solar

En el ejemplo de la figura, podemos ver que una instalación fotovoltaica con un azimut de 45º (positivos pues es hacia el Oeste), representados por la línea de puntos que une el centro con los 45º, y con una inclinación de 30º (donde corta la línea de puntos con la circunferencia de los 30º), nos sale en la zona de mayor radiación, por lo que desviaciones de hasta 45º no afectan demasiado a la producción.

 

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1 Comentario

  1. Joxean

    Esta es mi consulta: Cuál es el ángulo de inclinación óptimo para un panel solar orientado perfectamente al Sur y situado en la latitud 43,124 Norte?

    Responder

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