IRRADIANCIA E IRRADIACIÓN SOLAR


La irradiancia y la irradiación son dos magnitudes muy importantes para los cálculos en instalaciones fotovoltaicas.

Es por eso que tenemos que tener claro lo que significan, cómo se utilizan y cómo se usan las tablas de estos valores para hacer los cálculos correctos y conseguir que nuestros paneles solares nos suministren la energía necesaria.

irradiancia irradiación
Antes de empezar, queremos recomendarte este fantástico libro con el podrás calcular y diseñar todo tipo de instalaciones fotovoltaicas, así como aprender el funcionamiento de todos los componentes que las forman:



Irradiancia

Es la magnitud de la medida de la potencia solar por unidad de superficie.

Cómo es una potencia por unidad de superficie, se mide en vatios (w) o su múltiplo el Kilovatio (Kw) entre la unidad de superficie, donde se suele utilizar metros cuadrados.

Unidad de Irradiancia: Kw/m2

La letra que representa la magnitud la irradiancia es la letra G.

Esta potencia que llega del Sol a la tierra también dependerá de la superficie que incida.

Siendo los rayos procedentes del Sol los mismos en una determinada zona o en un momento determinado, No tiene o le llega la misma irradiancia a una superficie horizontal que vertical, o a una superficie orientada al sur que al norte.

Es decir, la irradiancia depende del Sol, pero también de la superficie sobre la que inciden los rayos solares (inclinación y orientación).
inlclinacion y orientación placa solar

Cómo la irradiancia que nos interesa es la que le llega a un panel solar, se suele poner entre paréntesis la orientación y la inclinación de la superficie sobre la que incide la irradiancia, es decir, la del panel fotovoltaico.

G ( -15,30) = irradiancia sobre una superficie (panel) con una orientación -15º, y una inclinación de 15º

Nota: la orientación es el grado acimut, ángulo normalmente llamado con la letra alpha (α)

El acimut ideal es con una orientación al Sur.

Al decir que es menos (-) quiere decir que está desviado 15º hacia el este.

La inclinación se suele representar con  la letra beta (β), por lo que podemos decir que la irradiancia se representa:

G (α, β)

Cuando solo se pone uno de los 2 ángulos se supone que es que está orientada hacia el Sur, y por lo tanto el ángulo que se pone es el de la inclinación

G (0) será la irradiancia sobre una superficie horizontal.

G(25) será una irradiancia sobre una superficie inclinada 25º.

Si el cielo está totalmente despejado llega una irradiancia de 1.000w/m2 a la superficie de la tierra.

irradiancia

Pero esta la irradiancia se vera reducida en la atmósfera por las nubes, la contaminación, etc.

1.000w/m2 de irradiancia es la que se toma como valor normalizado para definir los datos que se proporcionan en un panel solar.

Por ejemplo, si el panel solar tiene una potencia de 250w, quiere decir que esta será la potencia que no da cuando le llega al panel una irradiancia de 1.000w/m2.

Irradiación

La irradiación es una magnitud que nos mide la energía que llega del Sol por cada unidad de superficie.

Ya sabemos que la energía es la potencia x tiempo.

Por lo que se medirá en vatios por hora o kilovatios por hora (Kw x h) partido por la unidad de superficie (metros cuadrados).

Unidad de la Irradiación: Kwxh/m2

Pero ¡¡¡OJO!!! cuando tenemos el dato de la irradiación, es muy importante saber el tiempo al que corresponde esa irradiación.

Por ejemplo, no es lo mismo un dato de una irradiación de 5.000Kwh/m2 que le llega a un panel, y que este dato sea la irradiación de un día o la de un año.

Para expresar la irradiación se expresa también con la letra G, e igual que la irradiancia se pone el ángulo y la inclinación de la superficie sobre la que llega, la del panel fotovoltaico.

Pero antes de poner los ángulos, se pone el dato del tiempo al que hace referencia esa irradiación.

Ga (5,30) = Irradiación anual sobre un panel a 5 desplazado del Sur (orientación) e inclinado 30º respecto a la horizontal.

Es muy habitual utilizar valores medios de irradiación.

Por ejemplo, se toman todos los valores diarios de la irradiación y se divide entre el número de días del año (365).

Este valor de la irradiación sería el valor medio diario durante un año de la irradiación.

Se expresaría así:

Gda = Irradiación diaria media obtenida como valor medio de los valores de un año entero,  sobre una superficie (panel) a 10º desplazado del sur de orientación y 40º de inclinación.

Gdm (0) = valor medio mensual de la irradiación global diaria sobre una superficie horizontal.

A veces la unidad de irradiancia o la de irradiación viene expresada en Julios o  Kilojulios (KJ) en lugar de Kwh.

Recordar que

1Julio = 1 w x s

3.600.000 Julios = 1Kwh = 3.600 Kjulios

Por lo que para pasar Kj a Kwh tendremos que dividir entre 3600.

Veamos un ejemplo:

Convertir 10.850Kj a Kwh

1Kwh/3.600KJulios x 10.850Kj = 3,01388 Kw x h

Si lo queremos pasar a vatios hora solo tendríamos que multiplicar por 1.000

10.850Kj = 3.013,88 w x h

A continuación puedes ver un mapa mundial con las irradiaciones en cada zona:

irradiación


Ya dijimos que la irradiancia se veía afectada por las nubes, el polvo etc.

A la irradiación le pasa lo mismo.

La radiación directa es la parte de la luz solar que pasa sin obstáculos a través de la atmósfera terrestre.

La radiación difusa, en cambio, es desviada a su paso por la atmósfera terrestre, dispersada por partículas de polvo, aerosoles y moléculas de agua (nubes o niebla).

Fíjate en la gráfica siguiente donde viene expresada la irradiación diaria en cada mes del año, y cómo cambia cuando es difusa.

irradiacion gráfica
Los meses de mayor irradiación suelen ser Julio y Agosto y los de menor Enero y Diciembre.

Tablas de Irradiación

Las tablas de la irradiación en una determinada zona son muy importantes para los cálculos fotovoltaicos.

Veamos las más utilizadas.

Irradiación en Función de la Inclinación de los Paneles

Tabla de la Irradiación Solar Global sobre una Superficie Inclinada.

En la gráfica vemos la Gdm (β), es decir la irradiación diaria sacada de la media de todos los valores de irradiación diaria de cada mes (irradiación  diaria de los valores medios mensuales) en función de la inclinación de los paneles fotovoltaicos.

OJO los valores están en KiloJulios/ m2, por lo que si queremos pasarlos a Kwh/m2 tendremos que dividirlos entre 3.600.

KJ/ (m2 x día) significa que son valores de irradiación diarios, por día.

irradiacion en función del ángulo
Es muy importante la última columna ya que nos da el valor total anual, OJO no el diario.

Si te fijas son valores de millones no de miles.

Hagamos un ejercicio para entenderla mejor.

Para una instalación fotovoltaica ubicada en Madrid, con orientación sur, y suponiendo que el ángulo de inclinación de los módulos fotovoltaicos es de 25º:

a) ¿Cual es la irradiación que recibe en el mes de Octubre?

Calcula los datos en Kj/m2 y en Kwh/m2

solución:

El mes de octubre tiene 31 días y cada día tenemos una media de 13.752KJ/m2, entonces:

Gm (25º) = 31 x Gdm (25º) = 31 x 13.752 = 426.312 KJ/m2

Si lo convertimos s Kwh/m2 será:

Gm (25) = 426.312/3.600 = 118, 42Kwh/m2

b) ¿Cual será la irradiación a lo largo de todo el año para ese mismo ángulo?

Ga (25) = 6.278.924 KJ/m2 o

Ga (25) = 6.278.924/3.600 = 1.744,15Kwh/m2

c) ¿Cual sería la inclinación óptima si el objetivo es generar la máxima cantidad de energía durante un año?

Esta claro que tendremos que elegir el ángulo cuya Ga sea la mayor (ultima columna).

En nuestro caso sería, fijándonos en la última columna, cuando están inclinadas un ángulo de 30º.

Con esta tabla también podríamos sacar el ángulo para el cual tendríamos más irradiación en el mes, por ejemplo, mas desfavorable, es decir en el que menos irradiación hay.

Tabla de la Irradiación en Función de la Provincia

En esta tabla si que vemos los datos ya en Kwh/m2, y en este caso diarios y en superficie horizontal, es decir tenemos los valores Gdm (0) por provincias.

Hemos omitido muchas provincias por simplificarla tabla ya que en realidad solo nos interesaría la de la ciudad donde instalaremos las placas solares.

Las columnas son los meses del año.

irradiación por provincias

Hagamos un ejercicio para entenderla mejor.

Calcula el valor de la irradiación global anual que incide sobre una superficie cuya inclinación es la óptima, orientada al sur y ubicada en Valencia.

La Gda (0) nos la da la última columna, y es la irradiación diaria media anual, sacada de la media de los valores medios mensuales.

Gda(0) = 4,27 Kwh/m2 al día

En un año será 4,27 x 365 =1.558,55 Kwh/m2 al año.

Pero OJO esto sería para una inclinación de 0º de los paneles, que no es nuestro caso.

Nuestro caso tienen la inclinación óptima, que si es para una instalación conectada a red se calcula:

βóptima = 3,7 + (0,69 x Φ)

Siendo Φ la latitud donde está ubicada la instalación, en nuestro caso la de valencia, que es 39,48º

βóptima = 3,7 + (0,9 x 39,48) = 30,94º

Si fuera una instalacion de vivienda anual constante de autoconsumo sería:

βóptima = Φ + 10 = 39, 48 + 10 = 49,48º

O la inclinación por el mes critico que veremos en otra página.

Hay tablas con factores de correción e incluso una fórmula que corrige a otro ángulo partiendo del ángulo 0.

No es motivo de estudio en esta página por lo que simplemente diremos que el resultado de aplicar esa fórmula sería:

G (30,94º) = 1.786, 75Kwh/m2

Estas son las 2 tablas más utilizadas en los cálculos fotovoltaicos.

Hay una página que nos proporciona datos de irradiación solar medios por mes y otros muchos más datos, en función del mes, de la inclinación e incluso de la orientación de nuestros paneles.

También puede decirte el ángulo óptimo de inclinación adecuado de los paneles en función de la ubicación que le señales.

La forma más utilizada es ponerle los datos de potencia de los paneles fotovoltaicos que usaremos, la ubicación y que la herramienta te saque los datos de irradiación que absorberá 1 panel y la inclinación óptima que deben tener.

Con estos datos puedes sacar el número total de paneles que necesitas, sabiendo la irradiación del mes más desfavorable.

PVGIS proporciona información sobre la radiación solar y el rendimiento del sistema fotovoltaico (PV) para cualquier lugar de Europa y África, así como de gran parte de Asia y América, y por supuesto en idioma Español.

El enlace a su aplicación es el siguiente: Herramienta PVGis.

Esta herramienta de acceso gratuito es muy interesante y casi obligatorio usarla a la hora de calcular y configurar una instalación solar fotovoltaica.

Aqui te dejamos un video donde ver de qué forma tan sencilla puedes obtener la irradiacion solar para un determinado lugar y con una inclinación de placas determinada y por consiguiente las HSP.



Si quieres aprender todos los componentes de una instalación fotovoltaica, su cálculo y diseño te recomendamos el siguiente fantástico libro:



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