Fundamentos Esenciales de la Radiación Solar para Sistemas Fotovoltaicos

Introducción a la Radiación Solar

El principal recurso energético utilizado es la radiación solar, proveniente del Sol, que se encuentra a una distancia promedio de 149 597 870 km de la Tierra.

Movimientos Terrestres y su Influencia Solar

• Movimientos de la Tierra: La Tierra realiza dos movimientos principales: la traslación alrededor del Sol y la rotación sobre su propio eje.
• Plano de la Eclíptica: Durante su traslación, la Tierra se mueve alrededor del Sol, describiendo un plano conocido como la eclíptica.
• Declinación Solar: Es el ángulo formado entre el plano ecuatorial terrestre y el plano de la eclíptica.

Coordenadas Geográficas y Tiempo Solar

• Coordenadas Geográficas: Se expresan en grados respecto al Ecuador y al Meridiano de Greenwich.
• Ecuador: Es una circunferencia imaginaria definida sobre la superficie terrestre.
• Meridiano de Greenwich: Es la semicircunferencia imaginaria que une los polos.
• Latitud: Se mide desde el Ecuador.
• Longitud: Se mide desde el Meridiano de Greenwich.

Hora Solar y Hora Oficial

• Mediodía Solar Verdadero: Es el momento en que el Sol alcanza su punto más alto en el cielo.
• Día Solar Medio: Es el valor promedio de todos los días solares verdaderos a lo largo de un año.
• Hora Solar Media: Todos los sitios con la misma longitud geográfica comparten la misma hora solar media.
• Husos Horarios: La Tierra está dividida en 24 franjas de 15º, denominadas husos horarios.
• Hora Legal u Oficial: Viene determinada por la pertenencia a uno de estos husos o franjas, y está relacionada con el aprovechamiento de las horas de luz y el ahorro energético.

Cartas Solares

Las Cartas Solares son gráficos bidimensionales que representan la trayectoria aparente del Sol en el cielo a lo largo del año para una ubicación específica, facilitando el diseño de sistemas solares.

Características de la Radiación Solar

Tipos de Radiación Solar

• Radiación Visible: Responsable de la luz que percibimos diariamente, esencial para procesos biológicos como la fotosíntesis.
• Radiación Infrarroja: Radiación electromagnética invisible que se percibe como calor y contribuye a mantener la temperatura terrestre.
• Radiación Ultravioleta: Radiación no ionizante, potencialmente dañina para la piel y otros materiales.

Interacción de la Radiación Solar con la Materia

• Reflexión: La radiación rebota al incidir sobre una superficie (ej. agua, superficies claras).
• Difracción: La radiación se desvía o "dobla" al pasar cerca de un obstáculo o abertura.
• Dispersión: La radiación se esparce en múltiples direcciones al interactuar con partículas en la atmósfera.
• Absorción: La radiación es capturada por un material y convertida en otra forma de energía (ej. calor).

Componentes de la Radiación Solar Global

• Radiación Directa: Es la radiación que llega directamente del Sol sin ser alterada por la atmósfera.
• Radiación Difusa: Es la radiación dispersada por la atmósfera, responsable de la luz del cielo en días nublados.
• Radiación Reflejada: Es la radiación que incide sobre una superficie después de ser reflejada por otras superficies cercanas (ej. suelo, edificios).

Masa de Aire (AM)

La Masa de Aire (AM) representa la distancia relativa que la radiación solar recorre a través de la atmósfera terrestre. Un valor común de referencia para pruebas de módulos fotovoltaicos es AM 1.5 (correspondiente a un ángulo cenital solar de 48.2º o un ángulo de elevación de 41.8º).

Parámetros Clave en Energía Solar Fotovoltaica

Componentes de la Radiación Solar para Sistemas Fotovoltaicos

Para el cálculo y diseño de sistemas fotovoltaicos, se consideran los siguientes componentes de la radiación que inciden sobre el panel:

• Radiación Directa: Llega directamente del Sol sin obstáculos.
• Radiación Difusa: Llega después de interactuar con partículas en la atmósfera (es la luz en días nublados).
• Radiación Reflejada: Llega después de rebotar en superficies cercanas al módulo.
• Radiación Global: Es la suma de las tres componentes anteriores y representa la energía total que incide sobre una superficie, como un panel fotovoltaico.

Diferencia entre Irradiancia e Irradiación

Es fundamental distinguir entre estos dos conceptos (1 Wh = 3600 J = 3.6 kJ):

• Irradiancia: Es la cantidad de potencia solar que incide sobre un área específica en un momento determinado (expresada en W/m²).
• Irradiación: Es la energía solar total recibida sobre un área específica durante un periodo determinado (expresada en Wh/m² o kWh/m²).

Horas Solares Pico (HSP)

Las Horas Solares Pico (HSP) representan el número de horas equivalentes en las que la irradiancia solar promedio es de 1000 W/m². Este valor simplifica la irradiación diaria para el dimensionamiento de sistemas fotovoltaicos.

Posición de un Módulo Fotovoltaico

La orientación y la inclinación de un módulo fotovoltaico son cruciales para maximizar su rendimiento. Se especifican mediante dos parámetros clave:

• Acimut: Es el ángulo horizontal de orientación del módulo respecto al Sur geográfico (0º para el hemisferio norte). El acimut óptimo es 0º (orientación Sur).
• Inclinación (β): Es el ángulo vertical del módulo respecto a la horizontal. Este ángulo se determina en función de la latitud del lugar para maximizar la captación solar anual. Generalmente, no debe ser menor de 15º para asegurar la autolimpieza por lluvia y un drenaje adecuado.