Energias renobables

ENERGÍAS RENOVABLES, 5º DE INGENIERÍA INDUSTRIAL

RADIACIÓN SOLAR

Medidas y cálculos

Radiación Solar
Valeriano Ruiz Hernández Manuel A. Silva Pérez

Grupo de Termodinámica y Energías Renovables Escuela Superior de Ingenieros Universidad de Sevilla

T abla de contenido
1. 2. EL SOL COMO FUENTE ENERGÉTICA. GEOMETRIA SOL-TIERRA. POSICION SOLAR 2 4
4 4 5 6 7 9 10 12 13 14

2.1. Losmovimientos de la Tierra 2.1.1. Movimiento de traslación 2.1.2. Movimiento de rotación 2.1.3. Posición de un observador sobre la superficie terrestre 2.2. 2.3. 2.4. 2.5. 2.6. 2.7. La esfera celeste. Sistemas de referencia Movimiento aparente del Sol sobre el horizonte Tiempo solar y tiempo oficial. La ecuación del tiempo Cálculo de la posición solar. Ecuaciones aproximadas Posición del solrelativa a una superficie plana Cálculo de la radiación solar extraterrestre

3.

LA RADIACIÓN SOLAR A SU PASO POR LA ATMÓSFERA.

17
18 18 19 19 22 22 23 23

3.1. Interacción de la radiación solar con la atmósfera terrestre 3.1.1. Composición de la atmósfera terrestre. 3.1.2. Recorrido óptico atmosférico. 3.1.3. Interacción de la radiación solar con la atmósfera sin nubes. 3.2. 3.3. 3.4. 3.5.Cálculo de la componente directa de la radiación solar (días sin nubes). Origen y cálculo de la componente difusa. Irradiancia total espectral sobre el suelo (días sin nubes). La irradiancia total para días sin nubes.

4.
4.1. 4.2. 4.3.

MEDIDA Y REGISTRO DE LA RADIACIÓN SOLAR
Radiación solar directa Radiación global y difusa Heliofanía

25
27 30 33

5.

IRRADIACION SOLAR SOBRESUPERFICIES INCLINADAS

39
39 40 40 44 46 46

5.1. Componentes de la irradiación solar a nivel de suelo 5.1.1. Cálculo de la irradiación directa sobre superficies inclinadas. 5.1.2. Obtención de la radiación difusa horizontal. Relaciones entre irradiación difusa y global. 5.1.3. Distribución espacial y cálculo de la irradiación difusa sobre superficies inclinadas. 5.1.4. Cálculo de la irradiaciónreflejada desde el suelo sobre superficies inclinadas. 5.1.5. Cálculo de la irradiación sobre superficies inclinadas

E N E R G Í A S

R E N O V A B L E S . 5 º C U R S O RADIACIÓN SOLAR

D E

I N D U S T R I A L E S .

1. El Sol como fuente energética.
La radiación electromagnética procedente del Sol es la fuente de energía más abundante y limpia de que disponemos los seres vivos quehabitamos en el planeta Tierra. Sin embargo, su dispersión y discontinuidad dificultan notablemente su aprovechamiento, lo que la sitúa en desventaja en relación a otros tipos de fuentes energéticas. Como es sabido por la ley de Prevost, todo cuerpo a temperatura superior a 0 K, es decir todos los cuerpos, emiten radiación electromagnética como consecuencia del movimiento acelerado de las partículascargadas que componen la estrella enana a la que llamamos Sol. De manera simple, se puede considerar al Sol como una esfera no homogénea compuesta por diversos elementos y cuyas características principales son las que aparecen en la tabla. Tabla 1. Características principales del Sol Masa: Diámetro: Superficie: Volumen: Densidad media: Diámetro angular (desde la Tierra): Distancia media Tierra-Sol:Temperatura efectiva: Potencia: Irradiancia: 1,99 x 1030 kg 1,392 x 109 m 6,087 x 1018 m2 1,412 x 1027 m3 1,41 x 103 kg/m3 31 m 59,3 s 1,496 x 1011 m 5777 K 3,86 x 1026 W 6,35 x 107 W/m2

A efectos prácticos, desde la Tierra, el Sol puede ser considerado como un foco térmico a 5777 K y que nos hacer llegar 1367 W/m2 en forma de radiación electromagnética. Si el Sol fuese un radiador integral(cuerpo negro), la radiación solar seguiría las leyes de Planck, Wien y StefanBoltzman, que se formulan de la siguiente manera: Ley de Planck. El poder emisivo monocromático de un cuerpo negro depende de la longitud de onda, λ, y de su temperatura absoluta, T. Esto se traduce en la siguiente ecuación:

M λ = C1

e -1
λT

C2

λ -5

Ec. 1-1

donde Mλ se conoce como poder emisivo...