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

Transcripción

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

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 Variabilidad espacial Mapa solar Uruguayo

9 Variabilidad espacial

10

11

12

13

14

15 Variabilidad temporal

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

17 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

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

19 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

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

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

22 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.

23 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.

24 Tiempo Estándar - t UTC Tiempo Solar

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

26 Tiempo Solar

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

28 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

29 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 )

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

31 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

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

33

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

35 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

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

37 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.

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

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

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

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

42 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

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

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

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

46 Ángulos de interés Seguimiento Horizontal: En este caso el ángulo de incidencia es: Donde se cumple:

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)

48 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 )

49 Diagrama Solar

50 Diagrama Solar

51 Ejemplo de sombra Diagrama Solar

52 Diagrama Solar

53 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

54 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

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 βopt = 28º

57 Inclinación Óptima Dependiendo del objetivo:

58

59 Referencias Notas del curso Fundamentos de Energía Solar Recurso Solar Solar engineering of thermal processes. John A. Duffie, William A. Beckman Pliego de Condiciones Técnicas de Instalaciones Conectadas a Red - IDAE