Replanteo y funcionamiento de instalaciones solares fotovoltáicas. ENAE0108. Ramón Guerrero Pérez
3.10. Cálculo de sombreamientos externo y entre captadores
El estudio del sombreamiento que pueda afectar a los captadores también es fundamental en el diseño y dimensionado de cualquier instalación fotovoltaica, ya que este va a influir totalmente en el rendimiento de la misma.
Sombras entre captadores
Los captadores solares suelen disponerse formando un conjunto de varias filas, donde cada fila posee un determinado número de captadores.
Aunque, por razones de espacio y economía, es conveniente hacer que el conjunto de captadores sea lo más compacto posible, es necesario tener en cuenta que, al estar los captadores solares inclinados, hay que dejar un espacio libre entre fila y fila para evitar que los captadores no proyecten sombras entre ellos.
La siguiente imagen muestra dos captadores separados, y la expresión que permite el cálculo del espacio óptimo entre fila y fila.
A veces, no existe suficiente espacio para albergar todos los captadores sin que se produzcan sombras, por lo que se suele utilizar el recurso de ir aumentando la altura de los captadores conforme se disponen hacia atrás en el número de fila (como se aprecia en la siguiente imagen).
Sombras externas
Una vez dispuesto el panel de captadores, puede ocurrir que se proyecte sobre él, en algún momento del día o época del año, la sombra de algún edificio o montaña próxima, que hará que la captación de la energía solar no sea eficiente. Por esta razón, es necesario tener en cuenta si existen terrenos sin edificar en las proximidades y cuál es la normativa urbanística antes de construir un panel (por la posibilidad de que se construya un edificio adyacente que impida o minimice la captación de luz del panel fotovoltaico a instalar).
La posición del sol sobre el horizonte se puede obtener a partir de dos coordenadas: el azimut y la altura. El azimut (z) es el valor que corresponde a la orientación Sur, y es positivo tanto hacia el Este como hacia el Oeste. El valor máximo, que corresponde al Norte, es de 180º. La altura (h) es el ángulo formado por la posición del sol y el horizonte.
Los valores de azimut y altura suelen darse en tablas, aunque se pueden calcular a partir de las siguientes expresiones:
Para verificar si un edificio próximo proyecta o no una sombra sobre un campo de colectores determinado, se debe verificar si la sombra alcanza a estos.
La longitud (ls) y dirección (Zs) de la sombra se calculan con las expresiones:
H = altura del cuerpo opaco sobre el nivel de la base de los colectores
h = ángulo de las altura solar
Los valores de ls y Zs se deben calcular de hora en hora y de mes en mes, para comprobar si la sombra afecta o no al campo de captadores. También se pueden evaluar los efectos de una posible construcción de un edificio de, según el plan urbanístico, mayor altura posible, como muestra la siguiente imagen.
3.11. Efecto invernadero
Una de las aplicaciones más extendidas en el ámbito de la energía solar (térmica, no fotovoltaica) es la generación de agua caliente (ACS) y calefacción. Se utilizan, para ello, captadores solares térmicos constituidos por tres elementos básicos: vidrio, absorbedor y aislamiento térmico.
Cuando el absorbedor se calienta, emite radiaciones de longitud de onda larga, la cual no puede salir fuera debido a que la cubierta transparente es opaca frente a esta radiación, siendo mínima la pérdida de energía por radiación. Gracias a este efecto invernadero generado por el vidrio, la radiación solar es atrapada en el interior del captador y absorbida en forma de calor por una superficie metálica “negra” del absorbedor.
También disminuyen las pérdidas de calor por convección, debido a que la cubierta transparente evita el contacto directo del absorbedor con el aire ambiente.
4. Datos de radiación solar
El aprovechamiento de la radiación solar como fuente de energía requiere el conocimiento de los datos relacionados con la cantidad y distribución de la energía solar que incide en un lugar determinado, y su variación en determinados ciclos diarios y anuales.
El conocimiento de estos datos contribuye a que se controle la disponibilidad de los recursos renovables y facilita la identificación de regiones estratégicas, donde es más adecuada la utilización de la energía solar para la solución de necesidades energéticas de la población.
4.1. Atlas solares
Los atlas de radiación solar proporcionan información que cuantifica la energía solar que incide sobre la superficie de una zona (puede ser un país).
Para el caso de las zonas apartadas de las redes nacionales de transporte y distribución de energía, por ejemplo, esta información es necesaria para la construcción de sistemas o aplicaciones tecnológicas que, a partir de la energía solar, permiten el abastecimiento de energía eléctrica, con el fin de satisfacer diversos requerimientos (iluminación, comunicaciones, bombeo de agua, señalización o sistemas solares térmicos para el suministro de calor y calentamiento de agua o aire en secadores de productos agrícolas).
Igualmente, los mapas son importantes para el diseño de edificaciones confortables y energéticamente eficientes.
Nota
En la siguiente dirección, perteneciente a la Agencia Estatal de Meteorología, se pueden consultar multitud de datos relacionados con el mapa de radiación solar de España: <http://www.aemet.es>.
4.2. Datos de estaciones meteorológicas
Las estaciones meteorológicas son los lugares donde se realizan mediciones y observaciones puntuales, utilizando los instrumentos adecuados de los distintos parámetros meteorológicos, para así poder establecer el comportamiento atmosférico.
A continuación, se detalla una clasificación de los tipos de estaciones meteorológicas:
1 Estaciones pluviométricas: son las estaciones meteorológicas donde un pluviómetro o recipiente cuantifica la cantidad de lluvia caída entre dos mediciones consecutivas.
2 Estaciones pluviográficas: son estaciones meteorológicas que pueden realizar de forma continua y mecánica un registro de las precipitaciones, por lo que cuantifican la cantidad, intensidad, duración y periodo en que ha ocurrido la lluvia.
3 Estaciones climatológicas principales: son aquellas estaciones meteorológicas que están cualificadas para realizar observaciones del tiempo atmosférico, precipitaciones, temperatura del aire, humedad, viento, radiación solar, evaporación y otros fenómenos especiales. Normalmente, se realizan aproximadamente tres mediciones al día.
4 Estaciones climatológicas ordinarias: