TEMAS SELECTOS DE LA ENERGIA SOLAR

Presentación del tema: "TEMAS SELECTOS DE LA ENERGIA SOLAR"— Transcripción de la presentación:

1 TEMAS SELECTOS DE LA ENERGIA SOLAR
SEGUNDA UNIDAD PARTE I

2 Tipos de Instalaciones Solares Fotovoltaicas
Una instalación solar fotovoltaica esta configurada por: Generador Solar Fotovoltaico, Regulador, Grupo de baterías, Convertidor de cc-cc o de cc-ca. Esta configuración podrá variar dependiendo el uso o utilización de la instalación de viviendas, la instalación solar fotovoltaica podrá ser centralizada o descentralizada.

3 Instalación Solar Fotovoltaica Centralizada
Una configuración de una instalación solar fotovoltaica centralizada esta formada por un campo solar fotovoltaico con sus correspondientes reguladores, baterías y convertidores adecuados a la demanda de las viviendas.

4 Instalación Solar Fotovoltaica Descentralizada
Una configuración de una instalación solar fotovoltaica descentralizada esta formada por un equipo de generación solar independiente para cada vivienda, adecuada a su demanda.

5 Otras configuraciones existentes son:
Campos solares fotovoltaicos para conexión a red eléctrica.

6 Otras configuraciones existentes son:
Pequeñas instalaciones solares fotovoltaicas.

7 Niveles de Radiación La irradiación solar es una de las variables más importantes, por ser la fuente de energía utilizada en la gran mayoría de los procesos en nuestro planeta. Irradiancia: Potencia solar incidente en una superficie por unidad de área. Sus unidades son W/m². Radiación: Es la energía electromagnética (del sol) emitida, transferida o recibida. Irradiación: Es la cantidad de irradiancia recibida en un lapso de tiempo determinado, es decir, la potencia recibida por unidad de tiempo y por unidad de superficie. Se suele medir en Wh/m2 o, en caso de un día, en Wh/m2/día o unidades equivalentes.

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9 Unidades de medida: Hay dos unidades que son importantes para poder averiguar la radiación solar y su incidencia en la placa solar fotovoltaica. Vatio Pico (Wp): máxima potencia que puede recibir un panel y coincide con una intensidad de radiación constante de 1000W/m² a una temperatura de 25°C. Hora solar Pico (HSP): cantidad de horas de sol, con una intensidad de radiación de 1000W/m² que inciden sobre la superficie del modulo solar. Es decir, es el numero de horas por dia cuando la insolación arroja los 1000w en un área de 01 metro cuadrado.

10 Langley: se utiliza para medir la radiación solar que incide en la atmosfera de la tierra.
Normalmente, algunas las tablas de radiación están expresadas en kJ/m². No obstante, se pueden encontrar algunas cuyas unidades sean los langleys (cal/cm²), o bien el Btu- hora/pie² (Btu h/ft²). Estableceremos las diversas correspondencias entre todas las unidades: 1𝑘𝑊 ℎ 𝑚 2 =86.4 𝑙𝑎𝑛𝑔𝑙𝑒𝑦 El valor (100 mWh)/cm² es lo que se ha dado en llamar hora de sol pico (h.s.p.). De esta forma, multiplicando los langleys por el factor , obtendremos el número de h.s.p. equivalentes, para poder trabajar más fácilmente en los cálculos de instalaciones. Según lo anterior, se puede establecer que: 𝑙𝑎𝑛𝑔𝑙𝑒𝑦 𝑥 =ℎ𝑠𝑝 𝑘𝐽 𝑚 2 𝑥 𝑥 0.024=ℎ𝑠𝑝

11 Ejemplo: Calcular cuantas HSP tiene una radiación solar de kJ/m².dia 24000 kJ/m².dia x x = 6.68 HSP También podemos resumir: 1𝑘𝑊 ℎ 𝑚 2 =1 𝐻𝑆𝑃

12 Orientación e Inclinación
Azimut (α): ángulo que mide la desviación respecto al hemisferio sur. Inclinación o elevación (β): ángulo formado por la superficie del modulo y el plano horizontal. Incidencia (φ): ángulo que forman la radiación directa sobre la superficie captadora, es decir, la línea Sol-captador y la perpendicular al captador. Declinación (δ): ángulo que forma el plano ecuador de la tierra con los rayos incidentes del Sol. δ ° =23.45°𝑠𝑒𝑛 360° 𝑛 Día (n): día representativo a tomar para los cálculos.

13 Radiación sobre superficies
Registro de Radiación Solar – Horas “FULL SOL”: Los registros de radiación solar en un determinado lugar se toman con registradores de diversos tipos, los cuales miden la energía solar incidente sobre superficie horizontal durante un periodo determinado. Así para un determinado mes, si se registra durante un día la energía incidente en 1m² de superficie horizontal, esta será igual a: 𝑅 𝑡ℎ = 𝑑𝑖𝑎 𝜎 𝑡ℎ 𝑑𝑡 Con 𝜎 𝑡ℎ : Intensidad de radiación en superficie horizontal. Se define las horas de sol (Hfs) como las horas que debería incidir una radiación estándar ( 𝜎 00 :1KW/m²) sobre una superficie para dar la energía solar diaria (Rt) realmente incidente sobre tal superficie. Así, para una superficie horizontal de 1m². 𝐻𝑓𝑠ℎ= 𝑅 𝑡ℎ 𝜎 00 Así por ejemplo si 𝑅 𝑡ℎ = 6.9kWh/m² entonces Hfsh = 6.9 horas.

14 Radiación solar sobre superficie horizontal

15 Otros Ángulos y Definiciones
Angulo de Puesta de Sol: es el ángulo horario en que el sol se pone en el horizonte, el mismo es igual en valor absoluto al ángulo de salida del sol. 𝑊𝑠=𝑎𝑟𝑐𝑜𝑠 −𝑡𝑎𝑛𝜙 𝑡𝑎𝑛𝛿 Tiene tres componentes: la radiación directa, la radiación difusa y la radiación reflejada. Si hacemos las siguientes suposiciones: La radiación difusa que proviene de cualquier punto de la bóveda celeste tiene el mismo valor. La radiación reflejada por el suelo también tendría el mismo caso anterior. Entonces se puede calcular que la radiación total instantánea sobre una superficie inclinada S grados al sur se puede calcular de la relación: 𝜎 𝑡 = 𝜎 𝑑ℎ 𝑐𝑜𝑠 𝜃 𝑡 𝑐𝑜𝑠 𝜃 ℎ + 𝜎 𝑑𝑓ℎ 1+𝑐𝑜𝑠𝑆 2 + 𝜎 𝑡ℎ 1−𝑐𝑜𝑠𝑆 2 𝜌 Radiación Instantánea sobre Superficie Inclinada

16 Radiación Diaria sobre Superficie Inclinada
Simplificaciones de Liu y Jordan Se asume que se tienen datos de promedio mensual de radiaciones diarias total, sobre superficie horizontal. Se asume que la proporción entre las radicaciones directas diarias incidentes sobre una superficie inclinada y sobre una superficie horizontal es la misma que la existente en el exterior de la atmosfera terrestre. Se asume que la proporción entre las radiaciones diarias difusas y total incidentes sobre superficie horizontal se puede hallar con la relación empírica de Liu y Jordan. El promedio mensual se puede obtener calculando todos los parámetros para un día intermedio del mes en cuestión. Con estas simplificaciones se puede estimar el promedio mensual de la radiación diaria sobre superficie inclinada a partir del promedio mensual de radiación diaria incidente sobre una superficie horizontal.

17 Tal estimación se puede hacer a través de la siguiente relación:
𝑅 𝑡 = 𝑅 𝑡ℎ − 𝑅 𝑑𝑓ℎ 𝐹𝑏+ 𝑅 𝑑𝑓ℎ 1+ cos 𝑆 𝑅 𝑡ℎ 1− cos 𝑆 2 𝜌 Donde el factor de relación entre radiación diaria de superficie inclinada a la superficie horizontal (Fb en el exterior de la atmosfera) y el ángulo de puesta de sol para superficie inclinada (W´s) es: 𝐹𝑏= 𝑊´𝑠 sin 𝛿 sin 𝜙−𝑆 + cos 𝛿 cos 𝜙−𝑆 sin 𝑊´𝑠 𝑊𝑠 sin 𝛿 sin 𝜙+ cos 𝛿 cos 𝜙 sin 𝑊𝑠 𝑊´𝑠=𝑀𝑖𝑛 𝑊𝑠, 𝑎𝑟𝑐𝑜𝑠 − tan 𝜙−𝑆 tan 𝛿 Y donde Liu y Jordan 𝑟= 𝑅 𝑑𝑓ℎ 𝑅 𝑡ℎ =1.390−4.027 𝐾 𝑇 𝐾 𝑇 2 − 𝐾 𝑇 3 𝐾 𝑇 = 𝑅 𝑡ℎ 𝑅 𝑜ℎ

18 Así mismo la radiación diaria, en superficie horizontal en el exterior de la atmosfera (Roh:kWh/m²) se calcula de: 𝑅 𝑜ℎ = 24 𝜋 𝜎 𝑐𝑠 cos 360𝑛 𝑊𝑠 sin 𝛿 sin 𝜙+ cos 𝛿 cos 𝜙 sin 𝑊𝑠 Donde: 𝜎 𝑐𝑠 =1.353𝑘𝑊/𝑚² Asimismo: Rth: promedio mensual de la radiación diaria total sobre una superficie horizontal (kWh/m²). Rdfh: promedio mensual de la radiación difusa sobre una superficie horizontal (kWh/m²). W´s: angulo de puesta de sol para superficie inclinada.

19 n – δ – Ws – W´s – Roh – KT – r – Rdfh – Fb – Rt
APLICACIÓN PRACTICA Conociendo Rth para un mes determinado en un lugar de latitud dada (ᵠ) se puede calcular el correspondiente promedio mensual de la Radiación diaria (Rt) sobre una superficie inclinada a un ángulo dado (S) de inclinación hacia el sur, siguiendo la siguiente secuencia de calculo: n – δ – Ws – W´s – Roh – KT – r – Rdfh – Fb – Rt Nota: se considera apropiado tomar siempre una reflactancia ρ=0.2 para el suelo. Debe anotarse en lo que sigue, que casi siempre la radiación en el mes peor es la que determina el proyecto.

20 Calculo de la Radiación Solar Terrestre en un Plano Inclinado

21 Calculo de la Radiación Solar Terrestre en un Plano Inclinado

22 Calculo de la Radiación Solar Terrestre en un Plano Inclinado

23 Calculo de la Radiación Solar Terrestre en un Plano Inclinado