La Hora solar pico es un término importante y muy utilizado durante el dimensionamiento de instalaciones fotovoltaicas. Este concepto está relacionado con la cantidad de energía que puede obtenerse del sol en una zona geográfica determinada (como en nuestra residencia), y es una información necesaria para posteriormente calcular el número de módulos fotovoltaicos para que se iguale la potencia producida con la consumida.
Lógicamente la elección de los datos de radiación solar dependerá directamente de la situación de la instalación, así como de las condiciones meteorológicas predominantes y particulares de cada lugar. En internet puede encontrarse esta información por medio de gráficos, tablas o mapas que suelen desglosar las irradiaciones solares en diferentes regiones de un país por mes.
¿Qué es una Hora Solar Pico (HSP)?
Una Hora Solar Pico sobre horizontal, para un lugar concreto, es el valor de energía solar (HSP) total incidente sobre una superficie horizontal de un metro cuadrado (1 m2), expresado en Kilowatts hora (kWh). El significado de hora solar pico es equivalente a decir “Horas de sol a una intensidad de 1 kWh/m2”.
Explicado de una manera menos técnica, desde el amanecer hasta el atardecer, la intensidad de irradiación que recibe un panel fotovoltaico horizontal varía continuamente. En un día típico, la intensidad crece por la mañana, alcanza su máximo al mediodía y decrece por la tarde. Sumando toda la energía recibida a lo largo del día se obtendría el valor de HSP. En realidad, en los primeros momentos de la mañana y en los últimos de la tarde, la intensidad de irradiación solar es demasiado pequeña como para que el panel produzca electricidad, pero la pérdida de energía por este efecto ya se ha tenido en cuenta y suele ser mínima.
Sin embargo, sería lo mismo suponer que el panel está recibiendo una intensidad constante de un kilovatio por metro cuadrado durante un tiempo igual al número de horas de sol pico, porque al coincidir dicho número con el número de kilovatios hora de energía incidente en todo el día, en ambos casos se llega al mismo valor de HSP, cosa que simplifica mucho los cálculos. Dicho de otra manera, para obtener la energía que nos produce un panel podemos coger su intensidad a máxima potencia, multiplicarlo por el número de horas solar pico y tenemos los amperios hora que nos produce en un día promedio de un mes.
Cómo calcular la Hora Solar Pico y el ángulo de inclinación óptimo
La cantidad de horas solares pico se calcula en función de la zona geográfica de ubicación de la instalación solar. Si bien la forma tradicional de obtener esta información siempre ha sido mediante el uso de tablas de centro de meteorología, en este curso utilizaremos un software online gratuito que nos ahorrará mucho tiempo a la hora de calcular. El mismo ha sido confeccionado por el Centro Científico de la Unión Europea y ha recopilador la irradiación solar incidente, no solo en la región de viejo continente, sino en todo el mundo.
El Sistema de información geográfico fotovoltaico es la herramienta que utilizaremos para calcular la irradiación solar incidente en cualquier zona geográfica y el ángulo de inclinación óptimo de nuestros paneles solares para aprovechar al máximo la energía solar.
Para utilizarla deberá elegir su ubicación geográfica, seleccionar la pestaña de “Datos Mensuales”, elegir un periodo de años, marcar una opción de “irradiación” y, por último, darle al botón “visualizar resultados”. Obtendrá una gráfica de los valores de irradiación en el periodo seleccionado en kWh/m2. En breve, mostraremos ejemplos detallados de cómo operar esta página.
La manera en la que vamos a aprovechar esta información para obtener el dato de diseño de horas solares picos dependerá del tipo de instalación fotovoltaica que tengamos proyectada. No se tomarán las mismas Horas Solares Pico y ni el mismo ángulo de inclinación óptimo para nuestros paneles si nuestra instalación funcionará todo el año o solo unos pocos meses.
Inclinación óptima de los paneles fotovoltaicos
Determinar la inclinación óptima de nuestros módulos fotovoltaicos es la primera información que necesitamos para calcular las horas solares pico que aprovechara nuestra instalación. El ángulo de inclinación de un panel solar se puede determinar mediante dos métodos: uno de ellos en función del tipo de instalación y el otro en función de la irradiación máxima.
Inclinación óptima por tipo de instalación
La inclinación óptima de los módulos fotovoltaicos siempre depende de la latitud del lugar donde se vayan a instalar y de si son instalaciones aisladas de la red eléctrica, conectadas a red o de autoconsumo. En este curso nos centraremos en las instalaciones aisladas de la red.
Si se tiene pensado utilizar la energía solar para todo el año (es decir, se vive en una casa de forma ininterrumpida con un sistema fotovoltaico aislado) el ángulo óptimo según este método es la latitud menos diez grados (estos valores no son arbitrarios, son los recomendados por la IDAE).
Nota: Este ángulo recomendado es solo aproximado. Como IDAE es una institución española, el ángulo óptimo puede variar en otras regiones fuera de Europa. Más adelante, utilizaremos un método mejor para calcular dicho ángulo.
Sin embargo, si se tiene pensado alojarse en una vivienda solo durante días vacacionales, como el verano o el invierno, entonces la configuración cambia. Lógicamente, durante los meses de verano los paneles solares van a estar menos inclinados porque el sol estará más alto en el cielo, por lo tanto, se le resta veinte grados (20°) a la latitud en la que estamos para obtener el ángulo óptimo.
Mientras que las instalaciones que se vayan a utilizar durante el invierno, los paneles van a estar más inclinados, porque el sol va a estar más bajo en aquellos meses desfavorecidos, dónde es que queremos optimizar la captación de energía solar. En este caso, se le suma diez grados (10°) a la latitud en la que estamos para obtener el ángulo óptimo.
Inclinación óptima por irradiación máxima
Otro método muy utilizado para calcular el ángulo óptimo es el de la irradiación máxima. Como ya se explicó en el método anterior, si se inclina un panel en un ángulo óptimo solo para un periodo del año en concreto (por ejemplo, en verano) se aprovechará la mejor irradiación solar para dicho periodo, pero de menos para el resto del año.
Es por ello, que este método consiste en hallar el ángulo de inclinación en el que la irradiación que recibirá un panel solar sea la máxima a lo largo de todo el año sin tener la necesidad de tener que estarlo moviendo constantemente.
Este es el método más fiable para instalaciones que funcionarán todo el año y el que utilizaremos para dimensionar. Utilizando nuestra latitud menos diez grados como valor semilla (el valor correspondiente a la inclinación óptima por IDAE) se debe compara el gráfico “irradiación con el ángulo óptimo” con uno adicional utilizando el “ángulo que hemos seleccionado”.
Si la segunda gráfica supera los valores de irradiación en algunos meses y/o es inferior en otros, entonces el ángulo seleccionado no está optimizado. Deberá modificarse el ángulo seleccionado hasta obtener una gráfica idéntica a la del ángulo óptimo, el ángulo en que la irradiación solar anual es máxima.
Cálculo de las Horas Solar Pico según el tipo de Instalación
Si se ha optado por montar una instalación fotovoltaica que funcionará todo el año, entonces se calculará las horas solares pico tomando como referencia el peor mes del año. Se debe seleccionar el peor mes, en este caso, para que nuestro suministro de electricidad generada por el sol no se vea comprometido en aquel periodo, y en función de ese dato se dimensionará la instalación fotovoltaica.
Habitualmente, el mes con menor exposición de los paneles fotovoltaicos a la energía solar es Diciembre (si se reside en el hemisferio norte) o Junio (si se reside en el hemisferio sur el planeta).
Para facilitar el proceso de cálculo del ángulo óptimo de inclinación, utilizaremos nuevamente la Calculadora Solar Online.
A continuación, mostraremos un tutorial básico de uso. En la siguiente sección, hallaremos las horas solares pico de algunas ubicaciones de ejemplo.
Si se ha optado montar la instalación fotovoltaica para que funcione solo un periodo del año (como el invierno o verano), las horas solares pico deben calculase haciendo un promedio entre el rango de meses del periodo. La diferencia en el método se debe a que la energía que llega a una determinada zona geográfica en periodos vacacionales no varía tanto.
Ejemplos del cálculo de las horas solares pico
A continuación, calcularemos el ángulo de inclinación óptimo y las horas solares pico para tres ciudades de referencia: Madrid (España), Ciudad de México y Buenos Aires (Argentina). Para este procedimiento nos ayudaremos tanto del Sistema de información geográfico fotovoltaico que presentamos anteriormente y de la Calculadora Solar Online de nuestra página Solarpedia.
Irradiación Solar en Madrid, España (Todo el año)
1) Comenzamos yendo al mapa fotovoltaico y seleccionamos la ubicación de la capital del país europeo. Anotar la latitud que nos devuelve.
2) Ahora diríjase a la Calculadora Online de Solarpedia (sección Hora Solar Pico), elija el tipo de instalación (en este caso, para todo el año) y escriba la latitud de su zona geográfica. El formulario le devolverá el ángulo de inclinación de IDAE.
3) Vuelva al mapa fotovoltaico y diríjase a “Datos Mensuales”.
4) Seleccione el último año de desglose de datos (en este caso 2020), marque la casilla de “Irradiación solar con el ángulo óptimo” y dele a “Visualizar Resultado” (Nota: Puede seleccionar un rango de años para más datos).
5) Obtendrá una gráfica similar a la que se muestra abajo. Ahora debe buscar el mes del año con la menor irradiación solar. Debe elegirse el peor mes para que al diseñar la instalación fotovoltaica llegue con la energía justa en ese periodo, pero sin problemas el resto de año.
6) Para este caso, se visualiza que noviembre es fue el mes con la menor irradiación solar. Colocar el curso arriba y visualizará el valor de irradiación solar mensual específico para ese periodo. Anotar dicho valor.
7) Con ese dato, ya puede regresar a la calculadora Online de Solarpedia y colocarlo en campo: “Irradiación solar MÁS BAJA del último año”. Le devolverá la Horas Solares Pico diarias para dicho mes. Aún no hemos terminado.
8) Ahora debemos descubrir cuál es el ángulo óptimo de inclinación de los paneles solares para obtener las Horas Solares Pico anteriores. Para ello, vuelva al mapa fotovoltaico, marque la casilla. “Irradiación Solar con el ángulo seleccionado”, escriba el ángulo IDAE obtenido en el paso 2 y dele a “Visualizar resultados”.
9) Observará que apareció una segunda gráfica violeta correspondiente a la Irradiación solar con el ángulo IDAE que pusimos. Esta no se correlaciona del todo con la naranja (la del ángulo óptimo) y lo que buscamos es que sí lo hagan.
10) Para ello, iremos probando con otros ángulos modificando el que pusimos dos paso atrás, iterando hacia arriba hasta lograr una correlación exacta.
11) Eventualmente, llegará a un ángulo con el que la gráfica violeta se superpondrá sobre la naranja (casi) perfectamente. Ese será el ángulo de inclinación óptimo real para sus paneles solares (instalación de todo el año).
Irradiación Solar en Madrid, España (Verano)
12) ¿Y si la instalación fotovoltaica está pensada para que funcione solo durante el verano? En ese caso, deberá selecciona la opción “Vacaciones de Verano” en la Calculadora de Solarpedia. El nuevo ángulo IDAE obtenido lo tomaremos como el óptimo real y con ese nos basaremos el cálculo de las horas solares pico.
13) Nuevamente en el mapa fotovoltaico, escribir el ángulo obtenido en la casilla de “irradiación solar con el ángulo seleccionado” y volver a darle al botón de “Visualizar resultados”.
14) Esta vez nos interesa los valores de irradiación solar en la gráfica violeta (ignore la naranja) para los meses de verano de junio, julio y agosto (puede trabajar con mayo o septiembre también). Colocar el cursor sobre la curva violeta en esos meses y anotar los valores obtenidos.
15) Con esos datos, puede regresar a la calculadora solar y escribirlos en los 3 campos de “Irradiación solar Mes de Verano”. Al final, el formulario le devolverá el promedio de las horas solares pico diarias para esos 3 meses.
Irradiación Solar en Madrid, España (Invierno)
16) ¿Y si la instalación fotovoltaica está pensada para que funcione solo durante el invierno? En ese caso, deberá selecciona la opción “Vacaciones de Invierno” en la Calculadora de Solarpedia. El nuevo ángulo IDAE obtenido lo tomaremos como el óptimo real y con ese nos basaremos el cálculo de las horas solares pico.
17) Nuevamente en el mapa fotovoltaico, escribir el ángulo obtenido en la casilla de “irradiación solar con el ángulo seleccionado” y volver a darle al botón de “Visualizar resultados”.
18) Aquí nos interesa los valores de irradiación solar en la gráfica violeta (ignore la naranja) para los meses de invierno de diciembre, enero y febrero (puede trabajar con noviembre o marzo también). Colocar el cursor sobre la curva violeta en esos meses y anotar los valores obtenidos.
19) Con esos datos, puede regresar a la calculadora solar y escribirlos en los 3 campos de “Irradiación solar Mes de Invierno”. Al final, el formulario le devolverá el promedio de las horas solares pico diarias para esos 3 meses.
Irradiación Solar en CDMX, México (Todo el año)
Irradiación Solar en Buenos Aires, Argentina (Todo el año)
El ángulo óptimo de inclinación es 34°:
Irradiación Solar en Buenos Aires, Argentina (Verano)
Irradiación Solar en Buenos Aires, Argentina (Invierno)
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