Radiación solar en paneles solares: orientación, inclinación y sombras

Instalación de captadores solares: el lugar geográfico

En primer lugar, es necesario precisar que la radiación solar es más que suficiente para un calentador de agua o un sistema de calefacción solar en toda Europa. Sin embargo, las variaciones entre el Norte y el Sur son importantes, y existen distintas zonas solares tanto en Europa como en España.

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La radiación solar incidente sobre un punto de la Tierra puede analizarse mediante dos componentes: geográfico-astronómico y meteorológico. El primero es la radiación que alcanzaría la superficie de la Tierra en caso de no existir alteraciones o distorsiones atmosféricas, que puede ser estimado con precisión gracias a las ecuaciones que describen el movimiento Sol-Tierra. El segundo componente está relacionado con las condiciones meteorológicas del momento y del lugar. Estas variables tienen mucho peso sobre la radiación incidente, y son completamente aleatorias y más difíciles de predecir.

En este caso, para poder estimar la radiación solar que va a alcanzar un determinado lugar de la tierra en el futuro, es necesario recurrir a bases de datos del pasado.

Instalación de placas solares: orientación e inclinación

La posición aparente del Sol varía durante el día y según la estación. En un momento dado, esta posición viene determinada por el ángulo de su acimut (el ángulo que forma el meridiano del sol con el meridiano del lugar)y su altura (el ángulo con el que se ve el sol si se mira en su dirección, tomando como origen la horizontal). Al relacionar estas coordenadas hora tras hora se puede trazar el curso aparente del sol y dibujar un diagrama solar.

Junto a la determinación de la trayectoria solar, resulta útil conocer el ángulo de incidencia de los rayos sobre una superficie receptora no horizontal, como es el caso habitual de los captadores solares, que se calcula mediante una sencilla expresión matemática.

La posición del captador se define por su inclinación (ángulo que forma respecto al plano horizontal) y su acimut.

Idealmente, un captador plano debe estar orientado plenamente al Sur e inclinado en un ángulo perpendicular a la radiación solar, es un ángulo de 50° de media, con relación al horizontal. Pero son posibles divergencias más o menos importantes en función de las necesidades de instalación, ya que las pérdidas de rendimiento son relativamente escasas. Optimizar este tipo de instalaciones requiere tener en cuenta también cómo es el tejado de nuestra vivienda o edificio, y cuál es la parte que más rendimiento nos va a generar.

Tanto para la inclinación como para la orientación, lo más interesante es que la empresa que vaya a instalar el sistema haga un estudio y decida cual es la mejor forma de instalar este tipo de sistemas, y si requieren de una estructura adicional para optimizar la captación solar.

Calidad de la radiación solar

Como se ha comentado anteriormente, los fenómenos atmosféricos y meteorológicos generan que la radiación solar no llegue con la misma potencia que la extra-atmosférica, por lo que ya no es directa procedente del disco solar, sino que además de esta componente unidireccional se debe contemplar la componente difusa, que proviene del resto de la esfera celeste.

Además, el captador solar puede en ocasiones recibir la radiación reflejada en el suelo, llamada radiación de albedo.

La radiación global se obtiene como suma de las tres componentes: directa, difusa y de albedo.

En ciertos momentos, ya sea por el momento del año o por las condiciones meteorológicas, una placa solar absorberá más radiación difusa sin recoger tanta radiación directa. En comparación con la directa, este tipo de radiación generará menos cantidad de energía, ya sea eléctrica o térmica, por lo que en el caso de la eléctrica se necesitará utilizar las baterías ya cargadas o la red eléctrica como apoyo, y en la térmica utilizará o bien para el precalentamiento del agua y para su posterior utilización mediante sistemas de apoyo.

Sombras

El emplazamiento de los captadores solares debe estar libre de las sombras proyectadas de obstáculos alejados (como una montaña, un edificio o un gran árbol), y obstáculos próximos (como una chimenea, un alero del tejado o la vegetación estacional). Los instaladores experimentados pueden situar el mejor emplazamiento, pero en algunos casos, es mejor evaluar el potencial real con un estudio sobre uno diagrama solar, ya que la posición aparente del sol varía muchos durante el día y según las estaciones.

El diagrama solar para una latitud dada, permite imaginar el acimut y la altura del sol durante las horas del día y según las estaciones.

La superposición de las sombras a la trayectoria del sol sobre el diagrama solar, permite imaginar los períodos en que se llevará a sombras sobre el cuadrante.
Estudio de las sombras.

A fin dibujar las sombras sobre el diagrama solar, es necesario proveerse de una brújula con un inclinómetro (indicador de pendiente). Así pues, será posible de establecer el acimut y la altura de los puntos indicados sobre el horizonte.

Si encuentran que el dibujo de las sombras es demasiado complicado, consultar con los especialistas

Integración

En primer lugar, si se observan las placas solares plantean la cuestión de su integración arquitectónica. Con el auge de este mercado existen cada vez más formas de integrar los paneles solares respetando las características de diseño de nuestra vivienda o edificio.

Normas de base para colocar las placas solares en tejado:
- colocar las placas sobre el mismo plano que el tejado,
- colocar las placas paralelas a la línea del tejado,
- reducir las canalizaciones en tejado al mínimo,
- fijación en piñón, si no se adapta a la orientación del techo.

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