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RADIACION SOLAR 1 2 3 4 5 6 7

EL SOL LA TIERRA EN MOVIMIENTO LA ESFERA CELESTE SISTEMAS DE REFERENCIA ÁNGULO DE INCIDENCIA LA CONSTANTE SOLAR IRRADIANCIA E IRRADIACIÓN SOLAR EXTRATERRESTRE 8 RADIACIÓN SOLAR SOBRE LA SUPERFICIE TERRESTRE 9 DATOS DE RADIACIÓN RADIACIÓN. TABLAS

1 EL SOL Algunos datos:  Esfera gaseosa formada por

80% de Hidrógeno 19% de Helio 1% de Carbono, Oxígeno, Nitrógeno

 Diámetro de aproximadamente 1.350.000 km. (El diámetro aproximado de la Tierra es 12.756 12 756 Km en el Ecuador). Ecuador)  Masa de 2.2 x 1027 toneladas (300.000 veces mayor que la Tierra))  Fusionan unas 700 x 106 toneladas de hidrógeno por segundo  Transformación de materia en energía de unas 4x106 toneladas de masa por segundo  Temperatura interior de 40 x 106 K Temperatura exterior de 6000 K

1 EL SOL

ESPECTRO DE

CUERPO

Estudio de fenómenos

RADIACIÓN

NEGRO

de calentamiento p por

SOLAR

A 5762 K

absorción de radiación.

que llega q g a la Tierra fuera de la atmósfera

1 EL SOL ESPECTRO DE LA RADIACIÓN DEL CUERPO NEGRO A 6000 K Y DE LA RADIACIÓN SOLAR

2 LA TIERRA EN MOVIMIENTO Movimientos de la Tierra  DE ROTACIÓN ALREDEDOR DE SU PROPIO EJE. EJE Diario. Diario

 DE TRASLACIÓN ALREDEDOR DEL SOL. Anual.

2 LA TIERRA EN MOVIMIENTO  DE

ROTACIÓN ALREDEDOR DE SU PROPIO EJE.

- La Tierra rota alrededor de su propio eje con una d duración ió d de 23 h horas 56 minutos i t 44,099 099 segundos. d

- El eje de rotación es el eje de unión de los polos terrestres.

- Origina el día y la noche.

2 LA TIERRA EN MOVIMIENTO  TRASLACIÓN ALREDEDOR DEL SOL. - La tierra describe una órbita elíptica alrededor d l soll con una duración del d ió de d 365,2411 365 2411 días. dí

- El Sol se encuentra en uno de los focos.

- La distancia media entre la Tierra y el Sol es de 149,6 millones de kilómetros ( 1 Unidad Astronómica)

2 LA TIERRA EN MOVIMIENTO

2 LA TIERRA EN MOVIMIENTO LA DECLINACIÓN SOLAR  S ddefine Se fi como ell áángulo l que fforma lla línea lí que une los l centros de la tierra y el sol con el plano ecuatorial terrestre. Es una magnitud variable La declinación tiene variaciones diarias de menos de 0,5º.  Valor medio diario de la declinación:  = 23,45º sen ( (360 /365) (n+284) ) n = número de días del año trascurridos.

2 LA TIERRA EN MOVIMIENTO

2 LA TIERRA EN MOVIMIENTO HEMISFERIO NORTE

SOLSTICIO DE VERANO (21-22 de Junio). Día máximo.  = 23,5º SOLSTICIO DE INVIERNO (21-22 De Dic.). Día mínimo.  = - 23,5º EQUINOCIO DE PRIMAVERA (20-21 de Marzo).

=0º

p EQUINOCIO DE OTOÑO (22-23 de Septiembre).

Día = Noche

2 LA TIERRA EN MOVIMIENTO

2 LA TIERRA EN MOVIMIENTO

Solsticio de invierno

Solsticio de verano

2 LA TIERRA EN MOVIMIENTO

2 LA TIERRA EN MOVIMIENTO

3 LA ESFERA CELESTE Existe un movimiento relativo de la Tierra respecto de los astros que nos rodean. Situado en la Tierra, Tierra nosotros somos el ente fijo alrededor del cual percibimos el movimiento de los astros. La sensación L ió de d un observador b d desde d d cualquier l i punto t de d la l Tierra Ti cuando d mira i al cielo en una noche estrellada, es que se encuentra rodeado por una bóveda sobre la cual se encuentra situado una innumerable cantidad de astros.

Esto s o llevó evó a de definir la Esfera s e Ce Celeste es e ppara ccada d un punto de la corteza terrestre (O), es aquella esfera imaginaria de radio unidad con el centro en O y sobre la que se sitúan todos los astros visibles desde la tierra. tierra

3 LA ESFERA CELESTE

4 SISTEMAS DE REFERENCIA Para determinar la posición de un astro sobre la esfera celeste es necesario fijar previamente un sistema de referencia. Sistema de referencia horizontal Sistema de referencia ecuatorial ec atorial

4 SISTEMAS DE REFERENCIA  Sistema de referencia horizontal Si se traza una recta que definiera la dirección de una plomada hipotética en el punto O, esta cortaría en dos puntos de la esfera celeste: el zenit y el nadir. El eje que une ambos puntos se llama Eje fundamental o de gravedad. El círculo máximo tangente a la tierra en el punto O y perpendicular al eje fundamental se denomina horizonte astronómico celeste.

4 SISTEMAS DE REFERENCIA

4 SISTEMAS DE REFERENCIA Sistema de referencia ecuatorial El eje polar, paralelo al eje instantáneo de rotación de la tierra, es el eje de rotación de dicha esfera, dotado de movimiento de rotación uniforme. Este eje corta a la esfera celeste en dos puntos denominados polo Norte y polo Sur. Sur El ecuador celeste es el círculo máximo con centro en O y perpendicular al eje polar.

4 SISTEMAS DE REFERENCIA

4 SISTEMAS DE REFERENCIA Coordenadas Coo de d s angulares: gu es:

Para fijar j la

posición de un astro en la esfera celeste es necesario utilizar solamente dos coordenadas angulares.

Coordenadas horizontales Coordenadas ecuatoriales

Azimut (A) Altura solar (h) Ángulo horario () D li ió () Declinación

4 SISTEMAS DE REFERENCIA Coordenadas horizontales Azimut (A) es el ángulo sobre el horizonte astronómico celeste partiendo desde el sur hasta la vertical que coincide con el astro M. Suele medir de 0º a 180º si partimos desde el sur hacia el oeste t y de d 0º a - 180º sii nos desplazamos d l d d ell sur hacia desde h i ell este. Altura solar (h) es el ángulo medido sobre la vertical del astro M comprendido entre el horizonte astronómico y el paralelo que contiene el astro. Se mide de 0º a 90º si nos desplazamos hacia el zenit o de 0º a -90º en sentido contrario.

4 SISTEMAS DE REFERENCIA

4 SISTEMAS DE REFERENCIA Coordenadas ecuatoriales Ángulo horario () es el ángulo medido sobre el ecuador celeste partiendo desde el punto H perteneciente al meridiano del lugar hasta el meridiano que coincide al astro, M. Se mide S id de d 0 a 360º en sentido tid retrógrado t ó d (manecillas ( ill del d l reloj) l j) o de 0 a 24 h. A cada hora le corresponde un giro de 15º de la bóveda.

4 SISTEMAS DE REFERENCIA Declinación () es el ángulo medido sobre el meridiano que contiene al astro M comprendido entre el ecuador celeste y el paralelo que contiene al astro M. Suele medirse de 0º a 90º si partimos del ecuador celeste hacia el polo norte y de 0 a –90º si partimos del ecuador celeste hacia el polo l sur. Este ángulo es considerado como un ángulo universal, ya que en un instante dado la declinación de un astro dado es igual para todos los puntos de la tierra.

4 SISTEMAS DE REFERENCIA

4 SISTEMAS DE REFERENCIA Relación entre ambas coordenadas Horizontales i Ecuatoriales i Sen  = sen h sen  - cos h cos cos A C  = (sen Cos ( h - sen sen )/ (cos ( cos) )  es la latitud geográfica del lugar de observación o del centro de la esfera E Ecuatoriales t i l

H i t l Horizontales

Sen h = sen  sen  + cos  cos  cos  Cos A = (- sen  + sen  sen h )/(cos  cosh)

5 ÁNGULO Á DE INCIDENCIA Se define el ángulo g de incidencia (()) de los rayos y solares sobre una superficie en el exterior de la atmósfera terrestre, al ángulo entre la dirección de dichos rayos y la perpendicular a la superficie. Se define el azimut de la superficie () como el ángulo comprendido entre la línea hipotética Norte-Sur (meridiano local)) y la pproyección y horizontal de la normal a la superficie p de captación.

5 ÁNGULO Á DE INCIDENCIA Para una superficie horizontal, el “suelo que pisamos, el á ángulo l de d incidencia i id i en cada d momento vienen i d d por la dado l siguiente expresión: Cos  = sen h = cos  cos  cos  + sen  sen 

5 ÁNGULO Á DE INCIDENCIA Para una superficie inclinada  grados respecto a la horizontal del lugar, lugar el ángulo de incidencia viene dado por la expresión:

Cos  = sen h cos  + cos h sen  cos (A-)

5 ÁNGULO Á DE INCIDENCIA Cos  = sen  sen  cos  - sen  cos  sen  cos  + cos  cos  cos  cos  + cos  sen  sen  cos  cos  + cos  sen  sen  sen  El ángulo de incidencia de la radiación solar extraterrestre, de igual manera que la radiación solar directa terrestre, es función: • de las coordenadas geográficas del lugar y de la posición del sol en la bóveda celeste, • o dicho de otra manera, manera de la hora, hora día y mes en que nos encontremos.

5 ÁNGULO Á DE INCIDENCIA Normalmente, para aplicaciones de aprovechamiento energético de la radiación solar,, las superficies p de captación p están orientadas hacia el sur (o hacia el Ecuador) para las que  = 0. La energía g así captada p es máxima. Para este caso el ángulo de incidencia se simplifica, siendo: Cos  = sen h cos  + cos h sen  cos (A) Cos  = sen  sen ( - ) + cos  cos ( - ) cos 

5 ÁNGULO DE INCIDENCIA Evolución de la radiación solar incidente sobre una superficie con diferentes inclinaciones. inclinaciones 3,50E+07

GLOBAL_INCL(0º) GLOBAL_INCL(5º) GLOBAL INCL(10º) GLOBAL_INCL(10º)

3,00E+07

GLOBAL_INCL(15º)

2,50E+07

GLOBAL_INCL(25º) GLOBAL_INCL(30º) ( ) GLOBAL_INCL(35º)

2,00E+07

GLOBAL_INCL(40º) GLOBAL_INCL(45º) GLOBAL_INCL(50º)

1 50E+07 1,50E+07

GLOBAL_INCL(55º) GLOBAL_INCL(60º) GLOBAL_INCL(65º)

1,00E+07

GLOBAL_INCL(70º) GLOBAL_INCL(75º)

5,00E+06

GLOBAL_INCL(80º) GLOBAL_INCL(85º) GLOBAL_INCL(90º)

BR E IE M

IC

M BR E D

VI E

E N

O

C TU BR

O

IE M

BR

E

ST O SE PT

AG O

LI O JU

IO N JU

M AY O

IL AB R

ER O FE BR ER O M AR ZO

0,00E+00

EN

RADIACIÓ ÓN GLOBAL ((J/día)

GLOBAL_INCL(20º)

6 LA CONSTANTE SOLAR La constante solar (Gsc) se define como la energía procedente del Sol recibida en la unidad de área pperpendicular p a la radiación y situada en el exterior de la atmósfera terrestre, en la unidad de tiempo y tomando la di distancia i media di Tierra-Sol. Ti S l • La unidad de medida es habitualmente el W/m2 . p • Se trata de una ppotencia superficial.

6 LA CONSTANTE SOLAR Como consecuencia de • las oscilaciones en la intensidad de radiación que incide sobre la atmósfera terrestre • la variación de las distancias entre la Tierra y el Sol, La radiación fuera de la atmósfera, por unidad de superficie y tiempo, varía entre 1.310 W/m2 y 1.400 W/ 2 . Hoy W/m H en día dí ell valor l aceptado t d por ell World W ld Radiation Center (WRC) es de 1367 W/m2, con una incertidumbre del 1%, 1% por lo tanto la constante solar se considera un valor fijo.

6 LA CONSTANTE SOLAR

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IRRADIANCIA E IRRADIACIÓN Ó SOLAR EXTRATERRESTRE

Irradiancia (G) Es la energía sobre la unidad de superficie en la unidad de tiempo. Se puede hablar de potencia superficial. La unidad normalmente empleada es W/m2.

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IRRADIANCIA E IRRADIACIÓN Ó SOLAR EXTRATERRESTRE

La radiación solar en el exterior de la atmósfera terrestre en cualquier momento del año, es función de la distancia en ese momento entre la tierra y el sol,, así la p potencia sobre una superficie perpendicular a los rayos solares está dada por la expresión. Gon = Gsc [1+0,033 cos (360*n/365)] (W/m2) Donde n es una ordenación ordinal de los números del año a ppartir del día 1 de enero ((n=1)) hasta el día 31 de diciembre (n=365). Es el llamado día del año juliano.

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IRRADIANCIA E IRRADIACIÓN Ó SOLAR EXTRATERRESTRE

La irradiancia solar extraterrestre sobre un plano horizontal ((Go)): Go = Gon cos  = Gon [cosφ cosδ cosω + senφ senδ] La irradiancia solar extraterrestre sobre un plano inclinado (Go): Go = Gon cos  = Gon [senδ sen (φ-β) + cosδ cosω cos (φ-β)]

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IRRADIANCIA E IRRADIACIÓN Ó SOLAR EXTRATERRESTRE Irradiancia di i solar l extraterrestre sobre b plano l h i horizontal l

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IRRADIANCIA E IRRADIACIÓN Ó SOLAR EXTRATERRESTRE Irradiancia di i solar l extraterrestre sobre b plano l i li d inclinado

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IRRADIANCIA E IRRADIACIÓN SOLAR EXTRATERRESTRE

Irradiación Es la energía recibida sobre la unidad de superficie durante un periodo de tiempo determinado. Si el periodo es de una hora se representa por el símbolo I y si el periodo es un día se representa por el símbolo H. Se puede hablar de energía superficial. La unidad normalmente empleada es J/m2.

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IRRADIANCIA E IRRADIACIÓN Ó SOLAR EXTRATERRESTRE Irradiación horaria extraterrestre sobre superficie horizontal (Io) Io=1 horaGodt

Irradiación diaria extraterrestre sobre superficie horizontal (Ho) Ho=1 díaGodt

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IRRADIANCIA E IRRADIACIÓN Ó SOLAR EXTRATERRESTRE I di ió diaria Irradiación di i terrestre t t para ell día dí medio di de d cada d mes en el hemisferio norte

Irradiancia

Irradiación horaria

Irradiación diaria

(W/m2)

(J/m2)

(J/m2)

G

I = 1horaGdt

H = 1díaGdt

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RADIACIÓN Ó SOLAR SOBRE LA SUPERFICIE TERRESTRE

La atmósfera óf terrestre constituye i un poderoso d filtro frente a energías procedentes del espacio exterior y no toda la radiación solar que se dirige exterior, a la Tierra alcanza su superficie. Por tanto, la radiación solar sufre una serie de interacciones con los componentes presentes en la atmósfera, provocando su disminución de varias formas

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RADIACIÓN Ó SOLAR SOBRE LA SUPERFICIE TERRESTRE REFLEXIÓN POR LAS NUBES

ABSORCIÓN DEL OZONO

DISPERSIÓN POR LA ATMÓSFERA

DIFUSIÓN MÚLTIPLE

DIFUSIÓN SIMPLE ABSORCIÓN DE LA ATMÓSFERA

DISPERSIÓN POR LAS NUBES SUPERFICIE

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RADIACIÓN Ó SOLAR SOBRE LA SUPERFICIE TERRESTRE

Estas interacciones con la atmósfera reducen la intensidad de la radiación solar en la superficie del planeta Intensidad recibida en el exterior de la atmósfera: 1.367 W/m2

Paso por la atmósfera

1000 W/m2

Paso so po por la atmósfera ós e un día muy nuboso 60 W/m2

VALLADOLID

ALMERÍA CAL CULADA EXPERIMENTAL T RANS NUBES

3,00 E+ 07

3,50E+ 07

1, 00

1, 00 0, 90

0, 90

3,00E+ 07 0, 80

0, 50 1,50 E+ 07

0 40 0, 0, 30

1,00 E+ 07

2,50E+ 07

R A D IA C IÓN ( J/día

0, 60

2,00 E+ 07

0, 70 0, 60

2,00E+ 07

0, 50 1,50E+ 07

0 40 0, 0, 30

1,00E+ 07

0, 20

0, 20 5,00E+ 06

CAL CUL ADA EXPERIMENTAL T RANS NUBES

0, 10

RADIACIÓN EXPERIMENTAL FACTOR NUBOSIDAD = RADIACIÓN CALCULADA

E

E

R M B IC

IE

IE O V N

O C

TU

B

M B

R

R

E

E R

TO

M B TI E

S

E

P

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LI O

G O S A

JU

N JU

Y

O

IL M A

A

B

R

ZO

O R B

R

R E

E N FE

M A

R

R

E

0, 10 0, 00

O

0,00E+ 00

E

E M B IE IC D

N

O V

IE

TU

B

M B

R

R

E

E

P E S

O C

M B

R

TO

TI E

LI O

G O S

IO

A

JU

O Y

N JU

M A

R B A

R

ZO

O R E R B

M A

R E N FE

IL

0, 00 O

0,00 E+ 00

D

5,00 E+ 06

E

R A D IA C IÓN ( J/día

0, 70

TR A N SM MITA N C IA D E N U B

0, 80 2,50 E+ 07

TR A N SM MITA N C IA D E N U B

3,50 E+ 07

8

RADIACIÓN Ó SOLAR SOBRE LA SUPERFICIE TERRESTRE

Con todo C d lo l dicho di h hasta h ahora h se puede d resumir i en dos d los l factores que caracterizan la radiación solar que llega a la superficie de la tierra:  Factores geométricos. Dependen de la posición relativa Tierra-Sol y de las coordenadas geométricas del emplazamiento. g de incidencia de la Condicionan sobre todo el ángulo radiación directa y recorrido de la radiación solar a través de la atmósfera.

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RADIACIÓN Ó SOLAR SOBRE LA SUPERFICIE TERRESTRE

Factor climático. Una vez “descontados” los efectos de los factores geométricos se sigue observando que la radiación solar presenta unas características distintas a las esperadas. Esto es debido a la ppresencia de nubes,, aerosoles,, ozono,, etc. Q Que difunden, absorben y reflejan parte de la radiación solar de una manera aleatoria.

9 DATOS DE RADIACIÓN. Ó TABLAS Si se desea valorar la evolución de los datos de radiación solar terrestre ppara realizar algún g análisis climático o si se desean realizar previsiones sobre la irradiancia o irradiación en un lugar determinado y sobre una superficie d captación de ió inclinada i li d u horizontal h i l para diseñar di un campo de colectores solares, se puede: 1º.- Recurrir a bases de datos de radiación solar en dichos lugares y realizar previsiones basadas en la experiencia anterior. Dichas previsiones serán más fiables cuando la base de datos sea temporalmente más extensa. extensa

9 DATOS DE RADIACIÓN. Ó TABLAS 2º.- Recurrir a modelos matemáticos, más o menos complejos l j del d l comportamiento i d la de l atmósfera óf terrestre que permitan realizar correlaciones entre datos terrestres y datos conocidos de radiación extraterrestre. extraterrestre 3º.- A partir de datos de radiación solar terrestre sobre una determinada superficie, normalmente horizontal, aplicar modelos para obtener la radiación sobre superficie inclinada.

9 DATOS DE RADIACIÓN. Ó TABLAS Hoy en día existe una amplia disponibilidad de datos de radiación solar terrestre provenientes de estaciones de medición por lo que en muchas ocasiones, es innecesario recurrir a los modelos ppara diseñar instalaciones solares o evaluar los recursos de un lugar. Se han reunido un conjunto de tablas que contienen los datos de ppartida necesarios ppara ppoder efectuar las fases previas de cálculo de una instalación solar.