Tema: Eficiencia de un sistema termosolar

Hola buenas,

Soy un estudiante de ingeniería que esta haciendo un proyecto de energía termosolar. Tengo una duda especial con el angulo acimut, y la influencia que tiene el grado de inclinación del colector a la hora de absorber la mayor radiación solar posible. ¿Cuáles serían las dimensiones indicadas para una latiud norte de 41º?

Saludos,

Wnas.
Imagino que te refieres a solar térmica ( termosolar es para generación eléctrica por ciclo termodinámico)
Respecto al ángulo de inclinación óptimo depende de las características del proyecto, a grandes rasgos para maximizar la captación ANUAL se ponen los mismos grados de inclinación que la latitud, pero se debe de pensar en la variabilidad a lo largo del año tanto en la energía captada como en la demandada, ya que entiendes los conceptos haz un calculo adecuado que para reglas de tres ya hay mucha gente [emoji6]

Qué tal Serus.

La variación de la radiación recibida por una superficie inclinada plana, situada en una latitud concreta,a lo largo de un periodo de tiempo, se ciñe a la misma ley tanto en solar térmica como en solar fotovoltáica y siempre es función de dos parámetros: La orientación y la inclinación del captador. En solar termoeléctrica los captadores suelen ser cilindro-parabólicos en vez de planos, pero también en su caso la radiación recibida depende de su orientación e inclinación. En cualquier caso, siempre se habla de pérdidas por orientación y pérdidas por inclinación cuando se estudia la energía solar: Las primeras varían con la desviación de los colectores/paneles respecto de la orientación Sur (si la instalación está en el hemisferio norte) y las segundas varían con la desviación respecto de la inclinación óptima.

Ten en cuenta que toda la bibliografía, incluso la mayoría de software disponible en el mercado, calculan dichas pérdidas suponiendo que los colectores se han situado sobre una superficie plana. Es el caso más sencillo y para ello se usan tablas o fórmulas simples, pero si la cubierta donde apoyan es inclinada en vez de ser plana, entonces el cálculo para obtener la orientación e inclinación óptimas de los colectores respecto de esa superficie es mucho más difícil, siendo requerido el uso de métodos de cálculo trigonométricos complejos. Por otro lado, sólo si se conocen la orientación e inclinación óptimas es posible calcular las pérdidas asociadas (en caso de que los captadores tengan orintaciones y/o inclinaciones diferentes a las óptimas, lógicamente) y de ahí la importancia de hacer bien estos cálculos, porque las pérdidas afectan drásticamente a la producción energética y a la rentabilidad de la instalación.

Sólo conozco un software solar en el mercado que calcula los parámetros para orientar e inclinar captadores planos sobre superficies inclinadas y que, en caso de ser situados de una manera diferente, calcula las pérdidas correspondientes (el cálculo de estas pérdidas es válido sólo para captadores planos ya que los cilíndrico-parabólicos son un poco más complejos). Si alguien conoce algún otro software le agradecería que lo mencionara (es sencillo, si el software no pide introducir ni la pendiente ni la orientación de la cubierta inclinada entonces es que NO calcula las pérdidas correctamente para casos de cubiertas inclinadas) pero, mientras tanto, dejo el enlace al tutorial de cálculo de instalaciones solares de kalkener por si alguien está interesado en calcular este tipo de situaciones.

Respecto a tu duda sobre cuál es la inclinación óptima a una latitud de 41º cuando los captadores están colocados en una superficie plana. Es habitual encontrar en muchos panfletos que la inclinación óptima ha de ser igual a la latitud del lugar pero esta afirmación sólo resultaría cierta si todos los meses se recibiera idéntica radiación. Como ya sabrás esto no es así, porque en verano hay más horas de sol y por lo tanto más radiación. Por lo tanto, volvemos a necesitar de métodos analíticos para calcular la inclinación óptima. Explicar el método de cálculo es un poco comlejo pero a poco que busques en bibliografía especializada encontrarás las ecuaciones que permiten calcularlo.

En resumen, si la cubierta donde vas a situar los captadores es plana y si te da igual ser riguroso en los cálculos y no te importa la rentabilidad de la instalación... entonces usa una inclinación de 41º. Pero como estudias ingeniería me supongo que querrás hacer las cosas bien así que te recomiendo que estudies los modelos de radiación isotrópicos (o también llamados isótropos, depende del traductor) y que en base a ellos hagas tus cálculos de optimización. Para saber si lo estás haciendo bien sólo tendrás que comparar tus resultados con los de Kalkener y así sabrás si tu modelo matemático funciona.

Espero haber sido de ayuda. Saludos!

Estimado Enrigomez58,

Esta pregunta llevaba ya dos emanas en en el foro, y por mi cuenta, la he intentado solucionar. En vistas a que mi proyecto se enfoca en la comparación y análisis de rentabilidad de distintas fuentes de energía renovable (entre las que destaca biomasa y solar térmica) para establecer un patrón de tiempo estandar que facilite la comparación de rentabilidad y viabilidad económica de de todas las fuentes de energía alternativas, decidí que la inclinación óptima fuera de 41º (inclinación óptima según el BOE considerando una demanda energética con periodo de utilización constante a lo largo de todo el año) y la orientación sur hacia el ecuador, que en el caso de nuestro hemisferio, es la ideal para maximizar la energía absorbida por los colectores. En lo referente a la radiación isotrópica, el factor que he empleado para calcular la energía útil real percibida por el colector es la irradiacón solar incidente por unidad de superficie relativa el área geográfica donde se va a ubicar la instalación. También he considerado las pérdidas derivadas a efecto de las condiciones ambientales, y por supuesto las pérdidas debidas a la inclinación y orientación de los colectores. En lo referente a la radiación isotrópica, ¿te refieres a las diferencias de irradiación percibida a lo largo de todos los meses del año, necesarias a tener en cuenta para el corrector cálculo de rendimiento del colector? Esta información la he obtenido de AEMET (agencia estatal de meteorología) y censosolar. No he usado todavía el software que me recomendaste. Estoy empleando cálculos propios basados en la información ofrecida por fabricantes, y me apoyo en la normativa del BOE DB HE, CTE y webs como censosolar, cleaner energy, solar web pero en cuanto termine me voy a poner con el software que me recomiendas y comparar los resultados obenidos, porque me parece muy interesante comparar cuantas mas metodologías mejor, y el cálculo del software debe de ser más específico con resultados más próximos a la realidad. Agradezco mucho el contenido de tus respuestas, y joer, me habría venido de perlas tu respuesta hace dos semanas, me habría orientado bastante y hubiese ahorrado tiempo. Pero también me intriga la cantidad de conocimientos que posees acerca de la energía. Tengo curiosidad ¿ Eres ingeniero, catedrático de universidad, emprendedor experto en el tema, o un aficionado con una pasión enorme en el campo de la energía siempre dispuesto a echar una mano y dar consejo a pupilos inexpertos como yo todavía en proceso de aprendizaje, al menos en este campo de las energías? Muchas gracias por tus respuestas. Son de las más concisas y amplias a la vez que he recibido en solar web.

Qué tal Serus.

Muchas gracias por tus comentarios y también es de agradecer tu interés y rigurosidad en este tipo de instalaciones. Lo cierto es que hay mucha gente que se ha metido en el mundillo de la solar térmica sólo para vender captadores y equipos de marcas comerciales, sin tener idea de las bases mínimas que rigen su comportamiento energético y sin importarle en absoluto las personas a las que prestan servicio. Es una verdadera pena ver cómo cualquiera se baja una excel de internet, y sin tener conocimientos que le brinden un criterio básico para saber por qué los captadores se orientan hacia donde se orientan, qué papel juega el depósito de acumulación solar, las curvas de demanda, etc. y se dedican a diseñar y a realizar instalaciones solares. De ahí que la mayoría de ellas hayan sido mal diseñadas, peor ejecutadas y rematadamente mal mantenidas, con la consiguiente mala publicidad para todo el sector en general.

Pero soy un firme defensor de la energía solar térmica y creo que sólo siendo rigurosos y precisos, podremos sacar este sector adelante. Es una alegría por lo tanto encontrarse de vez en cuando con gente profesional, que en vez de hacer un copy-paste de un proyecto a otro (ni te imaginas la cantidad de arquitectos que hacen esto y adjuntan separatas en sus proyectos con este tipo de instalaciones sin haberlas revisado siquiera) estudian todos sus condicionantes uno a uno (sombras, orientaciones, curvas de demanda, etc), que en vez de creerse a pies juntillas lo que dice el CTE, piensa en lo que está haciendo, con sentido crítico. Claro que pensar de esa manera cuesta más y requiere un mayor sacrificio, pero eso es lo que diferencia a los países en cabeza de europa de los que están a la cola. No sé si me explico .

Yo soy ingeniero industrial, con un máster en instalaciones solares fotovoltáicas y térmicas y, efectivamente, en su día me curré mucho este tipo de instalaciones, desde la programación de modelos de radiación solar hasta el estudio del impacto en la rentabilidad del coste que supone la energía eléctrica que debe alimentar a la propia instalación solar (cosa que todo el mundo obvia cuando 'vende' este tipo de instalaciones, por cierto) y siempre que creo que puedo aportar algo de valor pues intento hacerlo. sé que esto es un simple foro y no es plan de desarrollar fórmulas, pero qué menos que dar directrices para que la gente sepa hacia donde debe mirar.

Respecto al tema que planteas de la inclinación para optimizar la radiación absorbida durante el periodo de funcionamiento de la instalación, voy a ampliar un poco mi explicación anterior.

Todos los modelos de radiación solar parten de unos datos empíricos obtenidos de mediciones reales. Estas mediciones se hacen con paneles situados en posición horizontal y de ahí que se publiquen 'tablas de radiación horizontal' para cada localidad y zona geográfica. Pero no se hace lo mismo con paneles situados a diferentes inclinaciones (puesto que habría que hacer tantas mediciones anuales como posibles ángulos de inclinación) y es por eso que para conocer la radiación sobre superficies inclinadas se emplean modelos matemáticos. Hay muchísima bibiliografía al respecto y no sabría decirte cual es la más exacta, pero en todo caso este campo de investigación ha sido ampliamente explorado y es la manera en la que se puede calcular la radiación recibida por una superficie inclinada. Eso sí, todos estos modelos matemáticos consideran que la superficie plana inclinada está orientada hacia el sur y apoyada sobre una superfie horizontal. Si alguna de estos dos parámetroa cambia (porque el captador puede estar orientado en otra dirección, o la superficie donde se ha situado tiene una configuración espacial con su pendiente orientada hacia una dirección diferente ) entonces hay que volver a aplicar ecuaciones correctoras, complejas, que las tengan en cuenta.

Pues bien, así es cómo se calcula la radiación recibida sobre una superficie plana. En condiciones ideales, si todos los meses tuviéramos la misma radiación (porque no hay estaciones de lluvias, por ejemplo) y los días de verano e invierno duraran lo mismo (como ocurre en el ecuador y sus inmediaciones) entonces la inclinación óptima del captador sería la latitud del lugar donde se ubique la instalación (tiene su explicación matemática, créeme ). Pero ocurre que en condiciones normales en verano hay más horas de luz que en invierno y además en Europa coincide que hay menos lluvias. En ese caso... parece lógico pensar que la inclinación del captador deba tener una inclinación menor que la latitud del lugar ¿no crees?. De hecho, esto lo saben bien los productores de energía solar fotovoltáica, cuyos ingresos dependen mucho de una buena orientación solar de sus paneles.

En la solar térmica ocurre esto mismo idénticamente solo que muchas veces se recomienda dar una inclinación igual a la lde la latitud e incluso mayor, porque se da por hecho de que en verano se va a producir más energía que la demandada, lo cual no tiene por qué se cierto. El CTE, los BOEs y las normas al final lo que dan son recomendaciones generales. Es un gran error por lo tanto usar esas recomendaciones siempre, como si fueran dogmas, al igual que los talibanes hacen con determinados textos 'sagrados'. Al final, cada caso hay que estudiarlo si se quiere ser exacto y si se quiere velar por los intereses de quien paga y/o usa este tipo de instalaciones solares.

En fin. Si has llegado hasta aquí sin dormirte... enhorabuena . Espero haber aclarado más tus conocimientos

Saludos cordiales!

Gracias Enri de veras. Ahora estoy estudiando la solar fotovoltaica para satisfacer la demanda de lucernarios y electricidad. La demanda energética ya la tengo estimada, pero me falta conocer más acerca de una instalación solar fotovoltaica. Podrías orientarme brevemente los aspectos a considerar y factores que pueden determinar la elección de un panel solar fotovoltaico de otro.
Muchas gracias y saludos cordiales!

Iniciado por Serus

... la elección de un panel solar fotovoltaico de otro.

Los 4 tipos de paneles más comunes son:
- Silicio monocristalino: Eran los primeros en comercializar. Buen rendimiento (15%), pero los más caros.
- Silicio policristalino: Rendimiento algo menor (13-15%) y algo más económicos que los mono.
- Silicio amorfo: Rendimiento bajo (10-12%), los más económicos.
- Panel de capa fina: Muy delgados, hasta los hay flexibles. Como los amorfos.

Aparte de esto se distinguen según la cantidad de células por panel (36, 60 o 72 células), lo que define la tensión que da el panel. Con eso defines los paneles adecuados para sistemas de 12, 24 o 48V (aislada) o para inyectar a red. Claro que tambien se distinguen por la intensidad de corriente que dan, es decir, por la potencia pico (tensión x intensidad).

Más detalles los encontrarás fácilmente en Internet.

Gracias por tu respuesta.