CAPÍTULO 3Recurso solar

MATERIAL DEL CAPÍTULO 3

Bibliografía

Abal, G. Radiación solar (notas del curso Fundamentos de Energía Solar). Universidad de la Repúblia, Uruguay, 2014.

https://eva.fing.edu.uy/pluginfile.php/81705/mod_resource/content/2/rad_solar-v3.1.pdf

DIE

C-U

NS

-1

er c

ua

t. 20

19

FA

E -

Cla

se

5

2

ENERGÍA DEL SOL

La mayor parte de la energía que consumimos proviene directa o indirectamente del sol.

Características generales

Diámetro: 1.39 x 106 km (110 veces mayor que la tierra)

Distancia a la tierra: 149 x 106 km

Masa: 2 x 1030 kg

Composición: 70% hidrógeno, 28% helio(completamente gaseoso).

Energía: proviene de reacciones termonucleares en el núcleo (fusión del H) que tiene 1.5 x 107 K y 250 x 109 atm.

Se consumen 613 x 106 tn de H/s.

Temperatura externa: 5800 K con espectro de radiación estable.

Imagen del sol tomada por el satélite SOHO el 25/3/2019

http://sohowww.nascom.nasa.gov/data/realtime/eit_304/512/

DIE

C-U

NS

-1

er c

ua

t. 20

19

FA

E -

Cla

se

5

3

ENERGÍA DEL SOL

Radiación solar

La radiación solar que llega a la superficie de la tierra depende de muchos factores

Determinísticos (simples de determinar)

Momento del año (día y hora)

Posición y orientación de la superficie colectora

Radiación típica en un día claro (cielo limpio)

No determinísticos (más difíciles de predecir)

Nubosidad

Nivel de actividad solar

Concentración y tipo de aerosoles

Otros…

DIE

C-U

NS

-1

er c

ua

t. 20

19

FA

E -

Cla

se

5

4

ÓRBITA TERRESTRE

La tierra sigue una órbita elíptica con el Sol ubicado en uno de sus focos.

Posición de la Tierra en coordenadas polares

Distancia media Tierra-Sol

Distancia mínima (perihelio)

Distancia máxima (afelio)

21

1 cos

a er

e

22

2 6

0

0

111 149.5 10 km 1U.A.

2 1 cos

a er d a e b

e

0 1 0.983U.A.r a e

2 2

: semieje mayor

: semieje menor

: distancia focal

0.0167 : excentricidad

a

b

c a b

e c a

1 1.017 U.A.r a e

DIE

C-U

NS

-1

er c

ua

t. 20

19

FA

E -

Cla

se

5

5

r

RADIACIÓN SOLAR

Variación estacional

La irradiancia (densidad de potencia) en incidencia normal (sobre un plano perpendicular a la dirección de incidencia) que llega a la atmósfera terrestre es inversamente proporcional a r2

El valor medio se denomina constante solar

Entonces la irradiancia normal resulta

Se puede aproximar la no linealidad considerando sólo el término de primer orden que involucra la excentricidad (e << 1)

0 24

sPG

r

2

04

scs

PG

r

2

00 cs cs n

rG G G F

r

22

20

2

1 cos1 2 cos

1n

erF e O e

r e

Ps: potencia emitida por el sol

DIE

C-U

NS

-1

er c

ua

t. 20

19

FA

E -

Cla

se

5

6

RADIACIÓN SOLAR

Variación estacional (cont.)

Considerando variaciones diarias del ángulo

n es el ordinal día o día juliano (n=1 para 1 de enero y n=365 para 31 de dic.)

Reemplazando el valor de la excentricidad resulta

La variación de la distancia Tierra-Sol (r) produce variaciones estacionales en la irradiancia normal extraterrestre de aproximadamente ±3% respecto de la constante solar

Acentúa el efecto estacional en el HS y lo atenúa en el HN.

r es menor en el verano del HS y la irradiancia es mayor (n=365).

r es mayor en el invierno del HS y la irradiancia es menor (n=180).

DIE

C-U

NS

-1

er c

ua

t. 20

19

FA

E -

Cla

se

5

7

21 0.033 cos

365n

nF

2

365

n

RADIACIÓN SOLAR

Movimiento aparente del Sol

Sobre la superficie terrestre la principal variación estacional se debe a la inclinación de 23.45° del eje polar terrestre con respecto al plano de la órbita terrestre (eclíptica).

Para nuestros propósitos el ángulo de inclinación se considera constante.

La posición del sol depende del lugar (latitud y longitud) y el momento del año (hora y día). Es importante determinarlo para evaluar al sistema de aprovechamiento.

Analema: lugar geométrico que describe

la posición del sol para un horario fijo en

un período de tiempo determinado.

En la figura se muestra una composición

de una serie de fotografías tomadas a

las 8:00 hora local desde una posición

fija, con dirección oeste, en Acassuso,

provincia de Buenos Aires, entre

sept. 2013 y sept. 2014.

DIE

C-U

NS

-1

er c

ua

t. 20

19

FA

E -

Cla

se

5

8

http://www.astrosurf.com/astronosur/galeria/Analema_2013-2014_1.htm

MOVIMIENTO APARENTE DEL SOL

Declinación solar (δ)

Ángulo que forma la recta Tierra-Solcon el plano ecuatorial de la tierra.

La mayor variación se produce en los equinoccios (llegando a 0.5° en un día).

Considerando que es constante durante todo el día se puede aproximar mediante

No depende del lugar geográfico pero sí del día del año (estaciones)

Nulo en los equinoccios y máximo en los solsticios (δ = ± 23.45°)

28423.45ºsen 2

365

n

DIE

C-U

NS

-1

er c

ua

t. 20

19

FA

E -

Cla

se

5

9