Energia solar térmica. Pedro Rufes Martínez

; por la mañana el ángulo horario es negativo, por la tarde es positivo. Por ejemplo, para las 9:00 horas (hora solar), ω = -45, y para las 17:00 horas (hora solar), ω = 75.

       Declinación (δ)

      Es el ángulo formado por el rayo incidente y el plano del Ecuador. La declinación varía según el día del año. Puede determinarse a partir de la siguiente expresión:

      Donde n es el día del año. Sus valores extremos son + 23 27’ y -23 27’ en los solsticios de verano e invierno, respectivamente. En los equinoccios su valor es nulo. En estos cuatro puntos la declinación coincide con la oblicuidad de la eclíptica.

      En la figura 2.11 se muestran estos ángulos.

      Figura 2.11. Posición relativa del Sol respecto de un punto P.

      Los ángulos anteriores se relacionan entre ellos a través de las siguientes expresiones:

      La salida y la puesta del Sol pueden determinarse a partir de la ecuación (2.2):

      Donde _s es el ángulo horario de salida (o puesta) del Sol, que depende de la declinación y de la latitud:

      La duración del día (T_d) es dos veces el ángulo horario de salida (o puesta) del Sol:

2.4.2 El tiempo solar

      El tiempo solar es una manera de medir el tiempo que se basa en el movimiento aparente del Sol sobre el horizonte, que permite definir el día solar. El día solar es el tiempo que transcurre entre dos mediodías solares sucesivos. Sin embargo, debe distinguirse entre tiempo solar verdadero y tiempo solar medio.

       Tiempo solar verdadero (TSV): se basa en el día solar verdadero, que es variable a lo largo del año debido a que la velocidad de traslación de la Tierra alrededor del Sol no es constante. El Sol está situado exactamente sobre el meridiano del lugar a las 12 horas TSV. Por tanto, la relación entre el ángulo horario (ω) y el TSV es:

      Donde ω viene dado en grados.

       Tiempo solar medio (TSM): es el tiempo medido sobre la referencia del día solar medio, que es un promedio anual del día solar verdadero y equivale a 86.400 segundos. Coincide con el tiempo civil (TC), o tiempo local medio.

      La diferencia entre el tiempo solar verdadero (TSV) y el tiempo solar medio (TSM) se denomina ecuación de tiempo (ET), y se calcula con la siguiente expresión:

      Donde ET se obtiene en horas, y _ es el ángulo diario referido a la posición de la Tierra en el plano de la eclíptica, que se determina a partir de:

      El tiempo universal (TU) es el tiempo referido al meridiano de Greenwich (longitud 0). En la península ibérica TU y TC coinciden.

      El tiempo oficial (TO) es el que viene dado por los husos horarios. El globo terráqueo se halla dividido en husos o zonas horarias de 15 (360/24 horas= 15 por hora) que permiten sincronizar los relojes de una determinada región. Aunque en teoría la hora oficial tendría que ser igual a la hora civil del meridiano central del huso correspondiente, en la práctica cada país establece un tiempo oficial de acuerdo a criterios de comodidad, con lo cual los usos adoptan formas complejas, siguiendo las fronteras de los países.

      La relación entre TO y TSV es la siguiente:

      Donde: ε es la corrección de invierno (ε = 1 hora, de noviembre a marzo), o la de verano (ε = 2 horas, de abril a octubre);

      λ_m la longitud del meridiano de referencia, que es Greenwich (λ_m = 0);

      λ la longitud del lugar. Al Este de Greenwich es negativa, al Oeste de Greenwich es positiva.

2.4.3 Ángulos relativos a superficies inclinadas

      Las superficies captadoras de energía solar deben interceptar la radiación tan perpendicularmente como sea posible. Por tanto, dichas superficies deberán inclinarse un cierto ángulo respecto del plano horizontal, y a su vez, deberán estar orientadas lo más meridionalmente posible mirando hacia el sur. Para poder calcular la energía que recibirá un captador, es necesario conocer el ángulo de incidencia de los rayos solares.

      La posición del Sol se establece a partir de la altura (α_s) y el azimut solar (γ_s). La orientación del captador queda definido a través de su ángulo azimutal (γ_c), que será positivo hacia el Este y negativo hacia el Oeste, y su inclinación (β) respecto del plano horizontal. En la figura 2.12 se muestran los ángulos más significativos.

       Figura 2.12 . Ángulos relativos a superficies inclinadas.

      El ángulo de incidencia de la radiación solar (θ) puede expresarse en función del resto de ángulos a través de la siguiente expresión:

      En algunos casos concretos esta expresión puede simplificarse:

2.5 Irradiación solar extraterrestre

      Para determinar la irradiancia extraterrestre sobre una superficie horizontal (I_e):

      La constante solar varía ligeramente a lo largo del año debido a la pequeña excentricidad de la órbita terrestre. Esta variación puede determinarse a partir de la siguiente expresión:

      Donde: I_n es la irradiancia extraterrestre para un día n del año (W/m²);

      I_cs la constante solar