RECURSO SOLAR. Primera Clase. Ing. Diego Oroño Ing. Gonzalo Hermida

Transcripción

1 RECURSO SOLAR Primera Clase Ing. Diego Oroño Ing. Gonzalo Hermida

2 Objetivos Posicionamiento del Sol Ubicación de sombras en el diagrama solar Distancia entre paneles Inclinación óptima Estimación de irradiación sobre un plano inclinado a partir de valores en el plano horizontal

3 Temario Introducción Movimiento aparente solar Dimensionamiento Estimación de la irradiación solar incidente Medición

4 Temario Introducción Movimiento aparente solar Dimensionamiento Estimación de la irradiación solar incidente Medición

5 Generación Fotovoltaica E GeneradaPV = f G Incidente, Curva IV y PV de módulo fotovoltaico

6 Características del Recurso Solar Ventajas Inagotable. Libre de costo. Disponible. Desventajas Intermitencia. Depende de la hora y el clima. Baja densidad de potencia (~1 kw/m2 en días claros).

7 Variabilidad espacial

8 Estimación del recurso solar mediante imágenes satelitales, Rodrigo Alonso Suárez Variabilidad espacial Mapa solar Uruguayo

9 Variabilidad espacial

10 Variabilidad espacial Estimación del recurso solar mediante imágenes satelitales, Rodrigo Alonso Suárez

11 Variabilidad espacial Estimación del recurso solar mediante imágenes satelitales, Rodrigo Alonso Suárez

12 Estimación del recurso solar mediante imágenes satelitales, Rodrigo Alonso Suárez

13 Variabilidad temporal

14 Variabilidad temporal Estimación del recurso solar mediante imágenes satelitales, Rodrigo Alonso Suárez

15 Temario Introducción Movimiento aparente solar Dimensionamiento Estimación de la irradiación solar incidente Medición

16 Movimiento aparente solar Orbita terrestre. Declinación Solar y Ángulo Horario. Ángulo Cenital, Altura Solar y Acimut Solar. Inclinación y Orientación de la superficie. Angulo de incidencia en una superficie

17 Excentricidad: Eje de rotación de la Tierra forma un ángulo de 23.5 con la perpendicular al plano de la orbita.

18 Declinación Solar (δ ): corresponde al ángulo que forma la línea Tierra-Sol con el plano ecuatorial a la Tierra. Este ángulo varía con el tiempo, alcanza un máximo de ±23,5 en los solsticios y es nulo en los equinoccios

19 Declinación Solar (δ ): Ecuación de Spencer para la Declinación Solar (más precisa): Donde: n ordinal día Ecuación de Cooper (menos precisa): Donde:

20 Ordinal día: Notas Fundamentos de Energía Solar Radiación Solar - IFFI

21 Ángulo Horario: ω Ángulo formado entre el meridiano que contiene a la línea Tierra-Sol y el meridiano del observador. ω = 0 en el mediodía solar ω < 0 en las mañanas ω > 0 en las tardes Este ángulo varía a una tasa de 15 /hora y define el Tiempo Solar Día solar: Intervalo que transcurre desde que el sol aparece hasta que completa un ciclo respecto a un observador estacionario en la tierra. Varía en duración a lo largo del año existiendo diferencias de hasta 16 minutos.

22 Tiempo Solar Tiempo Solar: NOTACIÓN: Tiempo Solar - t S Tiempo Observador t O Tiempo Estándar - t UTC Tiempo Estándar: es el principal estándar de tiempo por el cual el mundo regula los relojes y el tiempo. Tiempo Observador: L UTC = -45 (para UTC -3) L 0 : Longitud del lugar.

23 Tiempo Estándar - t UTC Tiempo Solar

24 Tiempo Solar NOTACIÓN: Tiempo Solar - t S Tiempo Observador t O Tiempo Estándar - t UTC Ecuación del tiempo de Spencer:

25 Tiempo Solar

26 Tiempo Solar Entonces tenemos: NOTACIÓN: Tiempo Solar - t S Tiempo Observador t O Tiempo Estándar - t UTC Despejando:

27 Ángulo Cenital: θ z formado por la línea Sol-Tierra y la vertical a la superficie del lugar. Donde es la Latitud fuente: Solar engineering of thermal processes. John A. Duffie, William A. Beckman

28 Horas de Sol: Puesta o Salida de Sol: θ z = π 2 ; Despejando de la ecuación anterior, el Ángulo Horario para la puesta o salida de Sol es: ω S = acos( tan δ tan ) Horas de Sol: = 35 N 0 = 2 ω S 24 2π N 0 = 24 π acos( tan δ tan )

29 fuente: Solar engineering of thermal processes. John A. Duffie, William A. Beckman Altitud Solar: α s Es el complemento del ángulo cenital

30 Acimut Solar: γ s es el ángulo que forma la proyección de la línea Tierra- Sol sobre el plano horizontal local, y el meridiano (línea N-S) del observador. Se refiere este ángulo al Norte ( γ s = 0 si la superficie se orienta al norte) y se incrementa en sentido antihorario (oeste). γ s < 0 : Este (Mañanas) γ s > 0 : Oeste (Tardes) fuente: Solar engineering of thermal processes. John A. Duffie, William A. Beckman

31 Acimut Solar: Nota: Trabajar en el cuadrante adecuado fuente: Solar engineering of thermal processes. John A. Duffie, William A. Beckman

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33 Ángulos de la superficie: Orientación: γ Inclinación: β fuente: Solar engineering of thermal processes. John A. Duffie, William A. Beckman

34 Orientación: γ es el ángulo que forma la proyección de la normal a la superficie de interés sobre el plano horizontal local, y el meridiano (línea N-S) del observador. Se refiere este ángulo al Norte (γ= 0 si la superficie se orienta al Norte) y se incrementa en sentido antihorario (Oeste). fuente: Solar engineering of thermal processes. John A. Duffie, William A. Beckman

35 Inclinación: β Ángulo formado entre la superficie y el plano horizontal fuente: Solar engineering of thermal processes. John A. Duffie, William A. Beckman

36 Ángulo de Incidencia: Una vez definida la posición de la superficie, y conociendo la ubicación del Sol, se puede calcular el ángulo de incidencia que forma la línea Sol-Tierra con la normal a la superficie mediante la siguiente ecuación. Este ángulo se denota θ, y resulta importante a la hora de calcular la irradiación incidente sobre un plano inclinado.

37 Temario Introducción Movimiento aparente solar Dimensionamiento Estimación de la irradiación solar incidente Medición

38 Configuración de la superficie de paneles Paneles fijos Orientación: γ Inclinación: β Seguimiento En un eje»horizontal»acimutal»polar En dos ejes

39 Paneles fijos Orientación fija: γ = cte ( 0 ) Inclinación fija: β = cte ( )

40 Paneles fijos Superficies orientadas hacia el ecuador = 1 = 0

41 Seguidores Un eje ACIMUTAL HORIZONTAL POLAR Orientación: γ = γ s Inclinación: β = cte Orientación: Si γ s > 0 γ = +90º Si γ s < 0 γ = 90º Inclinación: β = θ z

42 Seguidores Un eje Seguimiento Acimutal: En este caso el ángulo de incidencia se puede calcular cómo: Donde se cumple:

43 Seguidores Un eje Seguimiento Horizontal: En este caso el ángulo de incidencia se puede calcular cómo: Donde se cumple:

44 Seguidores Dos ejes Orientación: γ = γ s Inclinación: β = θ z

45 Seguidores Dos ejes En este caso el ángulo de incidencia es: Donde se cumple:

46 Ganancia según seguimiento La ganancia energética en el uso de configuraciones de seguimiento depende de la ubicación de la central. A modo de ejemplo: Salto (Uruguay)

47 Ganancia según seguimiento La ganancia energética en el uso de configuraciones de seguimiento depende de la ubicación de la central. A modo de ejemplo: Salto (Uruguay) Configuración Paneles Fijos (28 ) Ganancia 9 % (vs paneles horizontales) Seguimiento Horizontal 19 % (vs 28 ) Seguimiento Acimutal 24 % (vs 28 ) Seguimiento en Dos Ejes 32 % (vs 28 )

48 Diagrama Solar

49 Diagrama Solar

50 Ejemplo de sombra Diagrama Solar

51 Diagrama Solar

52 Distancia entre los paneles Con la siguiente ecuación se garantiza un mínimo de 4 horas de sol en torno al mediodía del solsticio de invierno: d min = h tg 61 Fuente: Pliego de Condiciones Técnicas de Instalaciones Conectadas a Red - IDAE

53 Distancia entre los paneles k = 1 tg 61 d min = k h phi ( ) k -10 0, , , , , , , , , ,51 Fuente: Pliego de Condiciones Técnicas de Instalaciones Conectadas a Red - IDAE

54 Inclinación Óptima El ángulo óptimo de inclinación es aquel que maximiza la energía incidente. Dependiendo del fin, se puede maximizar a nivel anual o estacional. Generalmente se busca maximizar la energía a nivel anual. Sin nubosidad, en condiciones de nubosidad constante o fuera de la atmósfera el ángulo coincide con la latitud. β opt = φ Con mayor nubosidad en invierno que en verano: β opt Con mayor nubosidad en verano que en invierno: β opt

55 Inclinación Óptima Según Pliego de Condiciones Técnicas de Instalaciones Conectadas a Red IDEA España ( = ) β opt = Utilizando la fórmula para el territorio Uruguayo: Montevideo = 34.9 β opt = 27.8 Paysandú = 32.3 β opt = 26 Salto = 31.4 β opt = 25.4

56 Estimación del recurso solar mediante imágenes satelitales, Rodrigo Alonso Suárez Inclinación Óptima Según Irradiación Incidente en la superficie

57 Inclinación Óptima Dependiendo del objetivo (otro criterio):

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59 Referencias Notas del curso Fundamentos de Energía Solar Recurso Solar Estimación del recurso solar mediante imágenes satelitales. Rodrigo Alonso Suárez Solar engineering of thermal processes. John A. Duffie, William A. Beckman Pliego de Condiciones Técnicas de Instalaciones Conectadas a Red IDEA