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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
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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/
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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…
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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
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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
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2
1 cos1 2 cos
1n
erF e O e
r e
Ps: potencia emitida por el sol
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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).
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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.
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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
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