Читать книгу Replanteo y funcionamiento de instalaciones solares fotovoltáicas. ENAE0108 - Ramón Guerrero Pérez - Страница 20

Para el cálculo y dimensionado de sistemas solares fotovoltaicos es importante conocer los valores de radiación difusa y directa que incide sobre las superficies captadoras de energía solar (paneles fotovoltaicos).

Notación

En las expresiones que se utilizan para el cálculo de la radiación difusa y directa que incide sobre superficies horizontales e inclinadas se utilizan las siguientes variables:

1 A Índice anisotrópico, Ib/Io.

2 Eo Factor de corrección de la excentricidad de la órbita terrestre.

3 Gcs Constante solar, 1 367 Wm-2.

4 H Irradiación global diaria promedio mensual en una superficie horizontal.

5 Hb Irradiación directa diaria promedio mensual en una superficie horizontal.

6 Hbn Irradiación directa normal diaria promedio mensual en una superficie horizontal.

7 Hd Irradiación difusa diaria promedio mensual en una superficie horizontal.

8 Ho Irradiación extraterrestre diaria promedio mensual.

9 I Irradiación global horaria promedio mensual en una superficie horizontal.

10 Ib Irradiación directa horaria promedio mensual en una superficie horizontal.

11 Ibn Irradiación directa normal horaria promedio mensual en una superficie horizontal.

12 Id Irradiación difusa horaria promedio mensual en una superficie horizontal.

13 Iβ Irradiación global horaria promedio mensual en una superficie inclinada.

14 Ibβ Irradiación directa horaria promedio mensual en una superficie inclinada.

15 Idβ Irradiación difusa horaria promedio mensual en una superficie inclinada.

16 N Duración del día promedio mensual calculada.

17 Rb Razón de la irradiación directa en una superficie inclinada y una superficie horizontal.

18 a, b Constantes de regresión.

19 f Factor de nubosidad, Ib/I.

20 hr Humedad relativa promedio mensual.

21 λ Factor empírico de latitud.

22 m Número de días en un mes.

23 n Horas de insolación medidas promedio mensual.

24 nd Número de días del año.

25 r Número de días con lluvia en un mes.

26 rd Razón entre la irradiación global horaria y la irradiación global diaria.

27 rt Razón entre la irradiación difusa horaria y la irradiación difusa diaria.

28 β Ángulo de inclinación del plano receptor, b = f, en este trabajo.

29 ωs Ángulo horario al alba (ocaso).

30 θ Ángulo de incidencia.

31 θz Ángulo zenital.

32 δ Declinación.

33 φ Latitud.

Radiación difusa y directa

En su paso a través de la atmósfera, parte de la radiación solar es atenuada por dispersión y otra parte, por absorción. La radiación que es dispersada por la atmósfera se conoce como radiación difusa, mientras que la que llega a la superficie de la tierra sin haber sufrido cambio en su trayectoria, se denomina radiación directa. Conocer el flujo de la radiación solar directa y difusa es importante para el análisis y diseño de la mayoría de los sistemas solares. Para el cálculo de la radiación difusa y directa, destaca la denominada “Correlación de Page”:

H_d = H · [1.0 - 1.13 H/H_o]

1 La radiación solar extraterrestre global diaria promedio mensual en una superficie horizontal, se calcula con la siguiente fórmula:

H_o = (24 × 3600 G_cs)/π E_o [cos φ cos δ sin ωs+(2π ωs)/360 sin φ sin δ]

1 El factor de corrección de la excentricidad de la órbita terrestre, se calcula con la ecuación:

E_o = 1.00011 + 0.00128 sin Γ + 0.000719 cos 2 Γ + 0.00077 sin Γ

1 El ángulo horario al alba o al ocaso (ωs), se calcula con:

ω_s = cos-1 (-tan φ tan δ)

1 La irradiación directa horizontal promedio mensual es la irradiación global menos la irradiación difusa:

H_b = H - H_d

Radiación en un plano inclinado

El cálculo de la radiación solar sobre una superficie inclinada no es un problema sencillo. Convertir datos de radiación directa sobre una superficie horizontal a una superficie inclinada se reduce a un planteamiento geométrico de la dirección de la radiación, de la siguiente forma:

I_b = I_Rb

Donde R_b = cos θ /cos θ_z es la razón de la radiación directa en una superficie inclinada y una superficie horizontal. Para el caso de la radiación difusa, es un problema que depende de su distribución en el hemisferio celeste, de las condiciones de nubosidad y de la turbiedad atmosférica.

Sin embargo, ha sido posible obtener valores que resultan satisfactorios para los propósitos de este trabajo e incluir un factor que considera el abrillantamiento del horizonte. La radiación difusa se calcula con:

I_db = I_d {(1 - A) [0.5 (1 + cos β)] [1 + f sin3 (β/2) + A R_b ]} + 0.2 I [0.5(1 - cos β)]

Donde A es un índice anisotrópico dado como una función de la transmitancia atmosférica para la radiación directa, I_b/I_o, f = I_b/I es un factor de nubosidad.

Siendo b el ángulo de inclinación del plano receptor con respecto a la superficie horizontal. Un caso particular es el ángulo zenital θ_z, que es el formado por la dirección de la radiación directa y la vertical del lugar:

cos θ_z = sin δ sin φ + cos δ cos φ cos ω

La irradiación extraterrestre horaria promedio mensual es I_o, que se calcula con:

I_o = (12 × 3600G_cs)/π E_o{cos φ cos δ (sin ω₂ - sin ω₁) + [2π (ω₂ - ω₁)/360] sinφ sinδ}

Donde ω₁ y ω₂ son los ángulos horarios al inicio y al final de la hora en consideración.