orientacion del generador fotovoltaico - Arturo Lara

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T Figura 1.11. Ángulo de acimut (a) de un módulo fotovoltaico.
•t Figura 1.12. Ángulo de inclinación (P) de un módulo fotovoltaico.
4. Orientación del generador fotovoltaico
Una vez descritas las coordenadas que nos permiten situar el Sol en el cielo, hay que situar la superficie del generador fotovoltaico de manera que reciba la mayor cantidad posible de energía solar. Esto depende de:
· La orientación de la superficie del generador fotovoltaico.
· El tiempo que se va a usar a lo largo del año: anual, estacional, etc.
· La aplicación que va a tener: autónomo, conectado a la red, etc.
La orientación de un generador fotovoltaico se define mediante coordenadas angulares, similares a las utilizadas para definir la posición del Sol:
· Angulo de acimut (a): ángulo que forma la proyección sobre el plano horizontal de la perpendicular a la superficie del generador y la dirección Sur (figura 1.11). Vale 0° si coincide con la orientación Sur, es positivo hacia el Oeste y negativo hacia el Este. Si coincide con el Este su valor es -90 y si coincide con el Oeste su valor es +90".
· Angulo de inclinación (p): ángulo que forma la superficie del generador con el plano horizontal (figura 1.12). Su valor es 0° si el módulo se coloca horizontal y 90" si se coloca vertical.
Una superficie recibe la mayor cantidad posible de energía si es perpendicular a la dirección del Sol. Como la posición del Sol varía a lo largo del día, la posición óptima de la superficie también tendrá que ser variable. Veamos cómo es esa variación.
Hemos definido la declinación (5) como el ángulo variable que forma el ecuador con el plano de la eclíptica. Por lo tanto la dirección de la radiación solar incidente sobre la tierra varía en función de la declinación. La latitud (<|>) de un lugar A (figura 1.13) indica el ángulo que forma la vertical de ese lugar con el ecuador. Por lo tanto, a lo largo del año el ángulo cenital 0-s que forma la vertical de un lugar A con la dirección de la radiación solar varía desde 0ZS = (J) - 8 en el solsticio de verano a 0;s = 0 + 8 en el solsticio de invierno, pasando dos veces por el valor 0-s = (|) en los equinoccios del año.
Por lo tanto, para que una superficie reciba la radiación solar perpendicularmente (figura 1.14) tendremos que inclinar la superficie un ángulo |3 con la horizontal igual al que forma la vertical del lugar con la radiación solar. Tendremos que variar el ángulo de inclinación desde P = 0 - 8 en el solsticio de verano (figura 1.14.c) a P = + 8 en el solsticio de invierno (figura 1.14 a ), pasando por el valor P = c|> en los equinoccios (figura 1.14.b).
t Figura 1.13. Variación anual del ángulo cenital 0ZS de un lugar A de latitud <|>.
Cénit
T Figura 1.14. Superficie normal a la radiación solar, a) Al mediodía del solsticio de invierno, b) Al mediodía de los equinoccios, c) Al mediodía del solsticio de verano.
Módulos fotovoltaicos
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Aunque hay generadores fotovoltaicos que son capaces de seguir la trayec-
toria solar, véase la unidad 5, lo habitual es que la superficie del generador
sea de orientación fija. La orientación óptima será un valor constante, con
una inclinación (p) que va a depender de la latitud 0 del lugar y un acimut
(a) que depende del hemisferio en el que está situado el generador.
La figura 1.15 muestra una superficie situada en el hemisferio norte, donde
el Sol sigue una trayectoria Este-Sur-Oeste. Si pretendemos maximizar la
captación de energía solar, la superficie tendrá que estar orientada hacia el
Sur y por lo tanto el ángulo de acimut (a) debe ser nulo. El acimut óptimo
para que una superficie fija reciba la mayor cantidad posible de energía so-
lar debe ser cero (a = 0°) , la superficie se debe orientar hacia el Sur si está
situada en el hemisferio norte o hacia el Norte si es está en el hemisferio sur.
Para determinar la inclinación óptima de una superficie fija se usa una fór-
mula basada en análisis estadísticos de radiación solar anual sobre superfi-
cies con diferentes inclinaciones situadas en lugares de diferentes latitudes,
que proporciona la inclinación óptima en función de la latitud del lugar:
Popt: ángulo de inclinación óptima (grados)
12] popí = 3,7 + 0,69 • 101	. .	x
101: latitud del lugar, sin signo (grados)
La fórmula es válida para aplicaciones de utilización anual que busquen la
máxima captación de energía solar a lo largo del año.
T Figura 1.15. Orientación de una superficie en el hemisferio norte. El acimut a debe ser cero y la inclinación J3 depende de la latitud $ del lugar.
En la práctica también se utilizan expresiones, basadas en la experiencia y la ob-
servación, que proporcionan la inclinación óptima en función del periodo de
tiempo y el uso que se le va a dar al generador fotovoltaico (tabla 1.1).
caso práctico inicial
Criterios para orientar los módulos
fotovoltaicos.
	Tipo de instalación
	Uso
	Máxima captación de energía
	Inclinación óptima
	Conectadas a la red
	Anual
	Anual
	Popt — 0 ~ 10
	Bombeo de agua
	Anual
	Verano
	Popt — Ó - 20
	Autónomas de consumo anual constante
	Anual
	Periodo de menor radiación (por ejemplo, invierno)
	Popt = 0+10
t Tabla 1.1. Inclinaciones óptimas en función del periodo de máxima captación.
Si se comparan los datos de la tabla l.l con la figura 1.14, se ve claramente que el uso en la estación de más radiación solar, el verano, implica menor inclinación y el uso invernal, mayor inclinación, buscando en ambos casos la perpendicularidad de los rayos solares.
Hay aplicaciones en las que no se usa el criterio de máxima captación de energía para determinar la inclinación. En lugares con nevadas frecuentes se requieren inclinaciones próximas a 90° para evitar acumulaciones sobre la superficie del generador. En zonas desérticas, para evitar acumulación de arena es necesaria una inclinación mínima de 45°. En regiones lluviosas tropicales hace falta una inclinación mínima de 30°.