Radiación Solar

El aprovechamiento de la energía solar no es uniforme en todo el planeta. La cantidad de radiación solar que llega a la superficie terrestre varía ampliamente en función de factores geográficos y climáticos.

Este fenómeno da lugar a la existencia de diferentes zonas climáticas, cada una con su propio potencial para la generación de energía solar.

El análisis de la radiación solar en una ubicación específica es un paso muy importante en el diseño y dimensionamiento de instalaciones solares.

Este análisis no solo permite identificar las regiones con mayor potencial para la generación de energía solar, sino que también proporciona la base para calcular parámetros esenciales, como la irradiancia, la irradiación y las horas pico solar.

Además, en instalaciones solares que incluyen sistemas de almacenamiento de energía, como bancos de baterías, es fundamental considerar los días de autonomía, es decir, el número de días que la instalación puede operar sin recibir energía solar directa.

El correcto cálculo de las instalaciones fotovoltaicas, depende en gran medida de una comprensión profunda de la radiación solar y de cómo se distribuye en la superficie terrestre. A través de estos conceptos es posible dimensionar adecuadamente los sistemas fotovoltaicos para maximizar su rendimiento.

Conceptos Relacionados con la Radiación Solar

La irradiancia, la irradiación y las horas de pico solar son conceptos interrelacionados que describen la cantidad y la intensidad de la radiación solar que llega a la Tierra.

Irradiancia o Potencia de la Radiación

La irradiancia I se refiere a la cantidad de potencia solar recibida por unidad de área en la superficie terrestre, generalmente expresada en W/m². Evidentemente dependerá de la hora del día, siendo su valor máximo aproximadamente a las 12 del mediodía.

Este parámetro es fundamental para evaluar la intensidad de la radiación solar en un momento específico y en un lugar determinado.

Según se observa en la siguiente gráfica, la irradiancia I es nula por la noche, y va aumentando desde que amanece hasta llegar a su valor máximo sobre las 12 del mediodía, para volver a disminuir hasta hacerse nula cuando anochece.

Irradiación o Energía de la Radiación

La irradiación G es la cantidad de energía solar recibida por unidad de área durante un período de tiempo específico, generalmente expresada en Wh/m². A diferencia de la irradiancia, que mide la potencia instantánea, la irradiación se refiere a la energía acumulada a lo largo del tiempo.

La irradiación G de una zona geográfica se puede consultar en tablas o en páginas web. Como cada día del año cambia la irradiación del sol, en las tablas se da la irradiación G para cada mes del año. Para la irradiación mensual se hace la media de las irradiaciones de todos los días de ese mes.

Además, la irradiación G dependerá del ángulo de inclinación β que tenga el panel fotovoltaico. Los ángulos típicos son 0°, 30°, 45° y 60°, pero en la web se puede encontrar para cualquier ángulo.

Por ejemplo, para una zona como Alicante, los valores de irradiación (Wh/m²) son los siguientes:

Por ejemplo, para el mes de Julio en Alicante y para inclinación de panel de 30°, G = 6600 Wh/m². Si el cálculo es para un uso de varios meses, como por ejemplo, junio, julio y agosto, se haría la media de las 3 irradiaciones (media de G = 6450, 6600 y 6300 Wh/m²).

Horas de Pico Solar

Las horas pico de solar (HPS) representan el número de horas en un día durante las cuales la irradiancia solar alcanza un nivel estándar de 1.000 W/m².

Este concepto es imprescindible para el dimensionamiento de sistemas fotovoltaicos, ya que proporciona una medida de la energía solar disponible en una ubicación determinada.

Entonces, como tiempo t = Energía E / Potencia P, las horas de pico solar se calculan dividiendo la irradiación diaria total (energía de la radiación) por 1.000 W/m² (potencia de la radiación).

donde:

G = irradiación para la zona geográfica, Wh/m²

I = irradiancia media diaria de horas pico solar, 1000 W/m² (condiciones estándar)

A pesar de la fluctuación de la irradiancia solar I a lo largo del día, se adopta un valor constante de 1000 W/m² como referencia. Así, las horas de pico solar obtenidas serán las horas en las que la irradiancia es igual a ese valor estándar.

Ejemplo: Si en una instalación en Alicante, estimamos una irradiación media anual de G = 5,2 kWh/m², calcular las horas de pico solar media anuales.

Las horas de pico solar media anuales serán:

Días de Autonomía

Los días de autonomía D_aut se refieren al número de días que la instalación debe ser capaz de operar sin recibir nueva energía de los paneles solares, utilizando solo la energía almacenada en las baterías.

La cantidad de días de autonomía a considerar dependerá en gran manera de la zona geográfica, ya que hay zonas donde hay más días nublados o soleados.

Además, en periodos prolongados de mal tiempo o estaciones con menor radiación solar, los paneles solares pueden no generar suficiente energía. En estos casos, la instalación debe funcionar extrayendo la energía del banco de baterías.

Para calcular los días de autonomía necesarios, se debe considerar el consumo diario de la instalación y la capacidad total del banco de baterías.

Por ejemplo, si una instalación consume 1.000 Whd y el banco de baterías tiene una capacidad de 5.000 Wh, la instalación tiene 5 días de autonomía (asumiendo que no se genera nueva energía solar durante ese periodo).

Como norma general se tomarán entre 3 a 5 días de autonomía. Se suele ampliar hasta 6 o 7 días en zonas de baja irradiación solar o en zonas donde pueden darse largos períodos de días nublados. En cualquier caso, es el usuario el que deberá decidir este dato.

El aumento de los días de autonomía, implica una mayor capacidad de las baterías. Por tanto, se debe equilibrar la necesidad de los días de autonomía con la capacidad obtenida. De esta manera, se garantiza un rendimiento óptimo y un coste razonable.

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