CAPITULO II: ANÁLISIS DE LA SITUACION. DESCRIPCION CLIMATOLOGICA.

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1 CAPITULO II: ANÁLISIS DE LA SITUACION. DESCRIPCION CLIMATOLOGICA. Este apartado tiene por objeto proporcionar una visión general de las distintas variables que caracterizan climatológicamente cada una de las ciudades analizadas. El criterio de selección para estas ciudades se basa en el intento de abarcar un número suficiente de condiciones climatológicas de forma que sean representativas de todo el mundo. CIUDAD PAIS LATITUD(º) LONGITUD*(º) ALTITUD(m) Sevilla España Paris Francia Londres Reino Unido Helsinki Finlandia New York Estados Unidos San Salvador El Salvador Buenos Aires Argentina Río de Janeiro Brasil El Cairo Egipto Nairobi Kenya Cape Town Ciudad del Cabo Sidney Australia (*) Valores de longitud positivos hacia el este Tabla II.1: Situación geográfica de las diferentes ciudades sometidas a estudio

2 Cálculos realizados Para el cálculo de las variables que influyen en el módulo solar se parte de la información que nos proporciona la base de datos meteorológica METEONORM, se obtiene así una media para cada hora del día de los parámetros irradiancia global inclinada (W/m2), temperatura ambiente (ºC), velocidad del viento(m/s) y temperatura de rocío (ºC). NOTA: El grado de inclinación del panel fotovoltaico coincide con la latitud de la ciudad para la cual lo estamos sometiendo a estudio. Una vez adquiridos estos datos se tratan de dos maneras diferentes: 1.- A nivel mensual 2.- A nivel anual; este tratamiento se analiza en un capítulo posterior. 1.- NIVEL MENSUAL Una vez que se conoce y dispone de este conjunto de datos, el primer paso consiste en obtener a partir de ellos el valor medio de los parámetros anteriores para cada hora del día de los doce meses que constituyen el año; a este conjunto de valores, más reducido que el original, se le conoce como la media horaria diaria para cada mes: constituye el valor medio de cada parámetro para cada una de las veinticuatro horas de un día, cada día representará los valores medios de los parámetros para el mes al que pertenece. Se obtiene de esta forma un día característico para cada mes del año y para cada ciudad en la que se está trabajando. Por tanto, se parte de matrices de datos de 8760 filas (una para cada hora del año) y 5 columnas (una para cada uno de los cinco parámetros necesarios para el estudio del módulo solar: hora solar, irradiancia global inclinada, temperatura ambiente, velocidad del viento y temperatura de rocío) y se llega, para cada ciudad sometida a estudio, a doce matrices de 24 filas y 5 columnas; una para cada mes del año. Para lograr lo anterior se siguen los siguientes pasos: 1.- División de la matriz de 8760 filas en 365 conjuntos de 24 filas; cada uno de estos conjuntos representa un día del año.

3 2.- Agrupación de los 365 conjuntos anteriores en 12, 7 formados por 31 de los 365 conjuntos, 4 formados por 30 y 1 formado por 28; estos nuevos conjuntos representan los 12 meses del año, que, gracias al paso 1, ya están divididos en días. Por tanto, la matriz inicial queda dividida en 12 submatrices (meses del año), y éstos, a su vez, en los días que lo forman. 3.- Por último, para cada mes, se realiza la media de cada parámetro para cada hora de los días que lo forman. A continuación se representan los valores medios horarios de los parámetros irradiancia global inclinada (W/m2), temperatura ambiente (ºC) y temperatura de panel (ºC) para un día promedio de dos meses opuestos (Enero y Julio) para dos ciudades con condiciones climáticas opuestas: Sevilla y Helsinki; (con el fin de no extendernos en demasía, los valores del resto de ciudades y meses se presentan recogidos en el CD que acompaña al proyecto). Los valores de la irradiancia global inclinada y la temperatura ambiente se obtienen de los datos del METEONORM una vez procesados (como se ha explicado anteriormente); para calcular la temperatura del panel utilizamos la fórmula [1.2]. SEVILLA: Enero (Sevilla) hora solar -1 irradiancia temp_panel temp_ambiente Fig. 2.1: Irradiancia y temperaturas ambiente y de panel para el mes de Enero en Sevilla

4 Se hace notorio el desfase de temperatura máxima (en torno a dos horas) respecto a la irradiancia máxima debido a la propia inercia del entorno. Esto provoca que para un mismo nivel de irradiancia en la mañana y la tarde, la temperatura ambiente y de panel por la mañana sea inferior. En el gráfico anterior puede observarse una cierta simetría cualitativa en la evolución de la irradiancia que se da cuando el cielo se mantiene despejado la mayor parte del mes; en días nublados dicha simetría se ve afectada por la aleatoriedad del nivel de nubosidad. Julio (Sevilla) hora solar irradiancia temp_panel temp_ambiente Fig. 2.2: Irradiancia y temperaturas ambiente y de panel para el mes de Julio en Sevilla El nivel de irradiancia y la temperatura ambiente y de panel medias horarias aumentan respecto a los valores correspondientes al mes de Enero Del mismo modo se observa como el número de horas de sol en Julio supera en cuatro aproximadamente al día medio de Enero. Tanto el aumento del nivel de irradiancia a lo largo del día, así como el número de horas de sol provocará un incremento de la irradiación en los meses de verano respecto a los de invierno.

5 HELSINKI: Enero (Helsinki) hora solar irradiancia temp_panel temp_ambiente Fig. 2.3: Irradiancia y temperaturas ambiente y de panel para el mes de Enero en Helsinki En el caso del día medio para el mes de Enero de Helsinki es importante observar que la irradiancia no supera en ningún momento del día el valor de 180 W/m2; además, la evolución de irradiancia no es simétrica, esto se debe a que la mayoría de los días en esta época en Helsinki están nublados y esto distorsiona dicha simetría. Como consecuencia de estos reducidos valores de irradiancia la temperatura ambiente media se sitúa en torno a los -5ºC y la temperatura de panel media en torno a los -12ºC, superando a la temperatura ambiente media durante sólo tres horas al día aproximadamente. Julio (Helsinki) hora solar irradiancia temp_panel temp_ambiente Fig. 2.4: Irradiancia y temperaturas ambiente y de panel para el mes de Julio en Helsinki

6 Si se observa el día medio para Helsinki durante el mes de Julio, la evolución de la irradiancia recupera su simetría y además no se diferencia tanto de los valores de Sevilla como en el mes de Enero. En cuanto a la temperatura, el valor medio de la temperatura ambiente también se asemeja más al valor medio de Sevilla y el hecho de que esta temperatura no sea tan extrema como la de Enero provoca que la temperatura de panel máxima supere con autoridad a la temperatura ambiente máxima (en 25ºC aproximadamente) En resumen: - La evolución de la irradiancia media sigue una cierta simetría cualitativa entre la mañana y la tarde excepto para meses en los que una gran parte de los días se presentan nublados; esto distorsiona dicha simetría (es el caso de Helsinki en el mes de Enero) - La temperatura ambiente alcanza su valor máximo con un desfase de dos horas aproximadamente respecto al instante en que la irradiancia alcanza su máximo valor; esto se debe a la inercia del entorno y provoca que tanto los valores de temperatura ambiente como de panel sean mayores por la tarde. Sin embargo, el valor máximo de la temperatura de panel si se encuentra en fase con el valor máximo de irradiancia. - Como cabía esperar, tanto la temperatura ambiente como la de panel son mucho mayores en Sevilla (clima más cálido) que en Helsinki. - También se observa como el valor máximo de la temperatura de panel se sitúa aproximadamente 30ºC por encima del valor máximo de la temperatura ambiente excepto para casos extremos en los que ambas temperaturas sean muy bajas (enero en Helsinki). - Por último destacar el hecho de que la irradiancia en las horas centrales del día en Sevilla es muy superior a la irradiancia para estas horas en Helsinki; además debemos tener en cuenta que este hecho se acentúa más en los meses fríos del año; mientras en Julio la irradiancia para estas horas en Sevilla supera en 300 W/m2 a la misma en Helsinki, en el caso de Enero este valor se sitúa en torno a los 500 W/m2, importante de igual forma denotar la irregularidad que presenta la irradiancia para los meses más fríos en el caso de Helsinki.

7 Por otra parte se representan los valores mensuales medios de enero y julio (mes de invierno y verano respectivamente) de la irradiancia global inclinada y temperatura ambiente de cada una de las doce ciudades de estudio para partir de una idea general del clima que se da en cada una de ellas; según esto: ENERO: SEV PAR LON HEL NY CAI BUEN RIO SALV NAI CAPE SID -1 Irradiancia temp_ambiente JULIO: Fig. 2.5: Irradiancia y temperatura ambiente para el mes de Enero en cada una de las ciudades sometidas a estudio SEV PAR LON HEL NY CAI BUEN RIO SALV NAI CAPE SID Irradiancia temp_ambiente Fig. 2.6: Irradiancia y temperatura ambiente para el mes de Julio en cada una de las ciudades sometidas a estudio

8 A partir de los dos gráficos anteriores se distinguen dos grupos de ciudades bien diferenciados: a) Sevilla, Paris, Londres, Helsinki, New York, El Cairo. En este conjunto de ciudades los valores de la irradiancia global inclinada y de la temperatura ambiente son mayores en Julio que en Enero; todas ellas pertenecen al hemisferio norte. b) Buenos Aires, Río de Janeiro, San Salvador, Nairobi, Cape Town, Sidney. En este caso, los valores de irradiancia global inclinada y de temperatura ambiente son mayores en el mes de Enero; todas ellas pertenecen al hemisferio sur excepto San Salvador (latitud 13.42º, es la más cercana al ecuador de las ciudades situadas en el hemisferio norte) Durante el mes de Enero, las instalaciones fotovoltaicas que más potencia por área podrán conseguir serán las situadas en las ciudades pertenecientes al grupo b), durante el mes de Julio ocurrirá justo lo contrario, las instalaciones más productivas serán las pertenecientes al grupo a). De este modo se puede observar como en el mes de Enero el valor de irradiancia media máxima se da en Cape Town (b) y ronda el valor de 300 W/m2; sin embargo el valor de irradiancia media máxima para el grupo a) sólo alcanza el valor de 200 W/m2 (El Cairo). La temperatura ambiente media máxima se da en San Salvador (b) y ronda el valor de 27ºC; es importante destacar que no corresponde con la ciudad donde se da el valor máximo de irradiancia media. Durante el mes de Julio el valor de irradiancia media máxima se da en El Cairo y Sevilla (a) y ronda el valor de 280 W/m2; sin embargo el valor de irradiancia media máxima para el grupo b) sólo alcanza el valor de 210 W/m2 (Río de Janeiro); de esta forma se observa como la ciudad con mayor valor de irradiancia media del grupo (b) en Enero no tiene por qué coincidir con la de mayor valor de irradiancia media de ese mismo grupo en Julio.

9 La temperatura ambiente media máxima se da nuevamente en El Cairo y Sevilla, en este caso sí coinciden con las ciudades de mayor valor de irradiancia media para este mes. NOTA: De forma análoga a lo desarrollado para paneles fotovoltaicos sin concentración, se podría desarrollar lo anterior para paneles fotovoltaicos con una concentración 2X; para no convertir el documento en un texto tedioso se omite todo el desarrollo anterior para el caso de concentración; esto puede encontrarse en el CD que acompaña al proyecto. Una vez definidas cada una de las doce ciudades en función de sus parámetros meteorológicos mensuales medios, se ha observado que, efectivamente, abarcan condiciones meteorológicas representativas de todo el mundo; en este punto se inicia su estudio para simular cómo se comportarían los paneles fotovoltaicos en cada una de estas ciudades tras la limitación de temperatura a la que los vamos a someter.