Manual software solar CERCASOL

MANUAL CERCASOL + SRR

Cercasol +SRR

Manual de uso de la aplicación Cercasol+SRR Versión 1.3 Programa ideado e implementado por Moisès Morató Güell

www.cercasol.com

© Cercasol by Moisès Morató Güell

MANUAL CERCASOL + SRR

ÍNDICE

• Módulo principal, objeto y aplicaciones de Cercasol+SRR • Los módulos de Cercasol+SRR • El módulo Skyline.

• Interface gráfica del skyline y del Sol. • Situación y día del año.

• Avance del Sol. • Entrada directa de obstáculos visuales.

• Entrada de datos de obstaculización visual a partir de planta 2D. • Supervisión de alturas.

• El módulo Cercasol • Entradas.

• Lugares del mundo predefinidos.

• Determinación numérica del Cenit y Acimut solar.

• Posicionamiento gráfico del Sol.

• El módulo Rad-H. • Hemisferio Latitud y fecha.

• Radiación total diaria.

• Valores horarios.

• Valores a una hora en concreto.

• Control de la máxima radiación posible perpendicular (direct beam).

• Modelización o introducción de la radiación solar.

• El módulo Radinsup.

• Orientación de la superficie.

• 4 Casuísticas.

• Salidas gráficas y numéricas.

• Valores a una hora específica.

• Valores integrados entre dos horas.

• Resumen anual.

• Mapa solar.

• Algunos ejemplos • Ejemplo 1: Posición del Sol. • Ejemplo 2: Radiación recibida en una plaza urbana.

• Ejemplo 3: Radiación con obstrucción visual de un edificio.

• Ejemplo 4: Radiaciones en superficies fijas y móviles.

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Módulo principal , objeto y aplicaciones de Cercasol+SRR El módulo Cercasol+SRR se compone de 4 aplicaciones relacionadas con la posición del Sol y la radiación solar. Cada una de estas aplicaciones es en si un módulo que realiza cálculos sobre aspectos relacionados con la posición del Sol, su radiación y las obstrucciones visuales que la pueden afectar.

El objetivo final del conjunto es el cálculo de la radiación incidente en una superficie inclinada cualquiera en las condiciones de contorno reales, para una determinada latitud y día del año.

La metodología implementada en estos módulos es original en cuanto a concepción de la resolución de la situación del Sol en el firmamento y también en la obtención de la radiación en cualquier dirección. Se han elaborado 4 capítulos técnicos explicando la técnica resolutiva que emplea el programa en cada uno de los módulos.

Las características principales de este programa son: -

El programa calcula las radiaciones instantáneas para cualquier momento del día y para cualquier dirección.

-

Se incorporan las obstrucciones visuales que puedan existir en el emplazamiento real donde se quieren evaluar las radiaciones.

-

Si no se tienen la radiaciones reales de un determinado emplazamiento se estima la radiación solar a partir de la posición real del Sol en ese momento, de las condiciones de nubosidad y del entorno.

-

Las salidas gráficas facilitan la comprensión del fenómeno de la radiación y de la posición solar.

-

Obtención de gráficos que resumen el comportamiento de la radiación solar a lo largo del año para todas las horas del día.

Las principales aplicaciones de este programa son: -

Evaluación de radiaciones solares en entornos urbanos.

Evaluación de la radiación para placas solares fijas y móviles.

Docencia. Las salidas gráficas del programa permiten una fácil comprensión del fenómeno solar.

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Los módulos de Cercasol+SRR Los tres módulos de Cercasol+SRR: Skyline, Cercasol y Rad-H han sido creados con el objetivo de proporcionar toda la información que necesita el módulo Radinsup para el cálculo de la radiación solar en cualquier situación.

No obstante cualquiera de los módulos proporciona información de manera independiente sobre aspectos ligados a la posición del Sol, sobre la radiación en el plano horizontal y sobre su evolución por el firmamento.

Las principales acciones que realizan los módulos son: Módulo SKYLINE

Módulo CERCASOL

Definición de los obstáculos visuales entorno al punto de estudio. Este módulo permite calcular, entre otros, los minutos de Sol visible en los diferentes meses del año, o visualizar la trayectoria del Sol por el firmamento local. El módulo es utilizado como entrada de información para el cálculo de radiaciones en Radinsup.

Este módulo posiciona el Sol en hora solar para cualquier latitud, día y hora del año. La metodología que se utiliza es inédita en cuanto a posicionamiento solar.

La información de este módulo es utilizada por el módulo Rad-H en el caso que se quiera obtener una previsión de la radiación solar en el plano horizontal.

Módulo RAD-H

Mödulo RADINSUP

Radiación en el plano horizontal en diferentes condiciones de insolación. Este módulo permite introducir los datos locales de la radiación solar en el plano horizontal. En el caso de no tener esta información el programa simula la radiación. Los datos de este módulo son utilizados por Radinsup.

Radiación en una superficie inclinada en 4 posibles configuraciones (fija, eje vertical, eje horizontal y 2 ejes). Los cálculos se realizan a partir de la radiación en el plano horizontal Rad-H y de los condicionantes de obstrucción introducidos en el módulo Skyline y posicionamiento del Sol (Cercasol).

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La relación en cuanto a flujo de información 1 entre los diferentes módulos es la siguiente.

En la zona inferior de cualquiera de los módulos (aplicaciones) que esté activo, aparecen siempre los iconos reducidos de estas aplicaciones. Haciendo click en ellas se cambia de aplicación y aparece una franja roja debajo de la aplicación activa.

Skyline

Cercasol

Rad-H

Radinsup

1

La información necesaria para cada uno de los módulos está representada por el sentido de las flechas. No obstante, la información sobre la latitud, día del año y hora pueden ser variadas desde cualquier módulo.

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El módulo Skyline.

Skyline es el módulo donde se definen los obstáculos visuales que se encuentran entorno al punto de estudio y del cual se quieren saber sus condicionantes. Este módulo permite calcular -entre otras variables- los minutos durante los cuales el Sol es visible en los diferentes meses del año en un cierto entorno. El módulo es utilizado posteriormente para el cálculo de radiaciones en el módulo Radinsup.

Los obstáculos visuales se pueden definir de manera sencilla a partir de dos coordenadas polares, una para la desviación respecto al Sur (azimut) y la otra para la altura a que se encuentra el obstáculo (cenit).

Así por ejemplo, si se quiere introducir la arista del edificio A (como obstáculo visual) respecto al punto de visión O…

A O

… sólo es necesario dar las coordenadas del extremo superior a partir de la desviación respecto al Sur y su altura respecto al horizonte.

A O

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La apariencia del módulo Skyline es la siguiente:

Skyline posee un módulo auxiliar al cual se accede haciendo clic en donde aparece un formulario para la introducción en planta de obstáculos de forma sencilla y práctica.

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Los diferentes apartados de éste módulo son: • Interface gráfica del skyline y del Sol.

En esta interface se puede observar cual es el resultado del levantamiento del skyline y la trayectoria del Sol a través del firmamento.

• Situación y día del año.

La situación y fecha pueden ser actualizadas en cualquiera de los módulos, automáticamente son actualizadas en el resto.

• Avance del Sol. A través de estos comandos se puede avanzar la hora solar de minuto en minuto o cada 5 minutos .

Mientras se avanza la hora se puede visualizar en la salida gráfica cual es la posición del Sol. El botón reset se utiliza para inicializar el contador de minutos acumulados a cero.

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Diferentes situaciones solares de obstrucción:

Posición del Sol a las 11:00 el 1 de Enero (41º N).

Posición del Sol a las 13:00 el 1 de Enero (41º N). El Sol no se ve por obstrucción visual y aparece en blanco. El contador de minutos no acumula tiempo de insolación.

Posición del Sol a las 13:00 el 1 de Junio (41º N).

NOTA: La franja amarilla sigue el acimut del Sol, tanto si el Sol es visible como si no.

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• Entrada directa de obstáculos visuales.

El siguiente cuadro permite entrar los obstáculos visuales a partir de los pares de entradas: (azim1, altura1) y (azim2, altura2) que representan los extremos de una obstrucción visual. Las alturas intermedias entre azim1 y azim2 son interpoladas linealmente.

Mediante se previsualiza que rango de obstáculos visuales van a ser levantados. El rango seleccionado aparece en color amarillo. Si se da por correcto el rango seleccionado se ejecuta el levantamiento del tramo de obstáculos visuales comprendidos por los pares (azim1, altura1) y (azim2, altura2) haciendo clic en .

1.- Se activa la zona propuesta para levantar

2.- Se levanta la zona propuesta

Si se quiere dejar todo el horizonte a altura 0º (horizonte totalmente limpio de obstáculos) se selecciona el botón

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A los obstáculos visuales se les puede asignar reflectividad y transmitancia a partir de las entradas siguientes:

El significado de estas especificaciones físicas son las siguientes: Transmitancia = 0: el obstáculo visual se comporta como un objeto perfectamente opaco.

Transmitancia = 1: el obstáculo visual se comporta como un objeto perfectamente transparente. Equivalente a no tener obstáculo.

Reflectividad = 0: el obstáculo no refleja la luz difusa. Equivalente a tener una pared de color negro.

Reflectividad = 1: el obstáculo refleja perfectamente la luz difusa. Equivalente a tener una pared blanca.

Se puede escoger cualquier valor para los dos parámetros entre 0 y 1.

Si se quieren introducir los datos de los obstáculos visuales y no es suficiente realizar una interpolación lineal para las visuales en altura o se tienen los datos en planta se puede acceder al formulario de la entrada de datos en 2-D. .

• Entrada de datos de obstaculización visual a partir de planta 2D. El formulario Skyline da acceso al siguiente sub-formulario que permite el levantamiento de obstáculos a partir de datos en planta y sus alturas.

Este cuadro permite entrar los obstáculos visuales a partir de dos pares de entradas (x1, y1, h1) y (x2, y2, h2) que representan los extremos de obstrucción visual donde la evolución desde (x1,y1) hasta (x2,y2) es una progresión lineal desde h1 hasta h2. Las alturas y ángulos acimutales que representan estas posiciones son calculadas internamente. Las alturas angulares que presentan los obstáculos son las verdaderas y no están interpoladas.

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La desviación del Sur respecto a los parámetros entrados se introducen en:

Y la altura del punto de observación (punto en el cual se quiere obtener los datos solares y de radiación):

La introducción de puntos y cotas en altura se introducen en los siguientes espacios.

Debe darse al OK (√) al par de entrada. Una vez introducidos los datos se hace “click” , el programa evalúa si las entradas son correctas y levanta el skyline en correspondiente.

El resultado para los valores anteriores se activan en el formulario Skyline, para una pared de 200 metros de largo, altura de 30 metros y observada desde 20 metros de distancia se obtiene una obstrucción visual como la siguiente:

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explicación a la visualización anterior … (si se quiere, claro).

El resultado gráfico anterior (visualmente un apantallamiento curvo) es la silueta que produce una cornisa totalmente recta. La explicación a este fenómeno (de representación) se puede comprender un poco mejor en las siguientes ilustraciones, donde se explica como se obtiene un mapa de obstrucciones visuales a partir de un muro de altura h y situado a una distancia L del observador.

P

h

L’ L

Visión del punto P de una cornisa desde el punto de referencia de un observador situado a ras de suelo. El punto P se puede representar según las coordenadas (desv, altura).

P

desv

alt

El gráfico superior representa el punto P de la cornisa en coordenadas polares (desviación, altura).

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Si se quieren representar varios puntos del mismo muro (puntos superiores de la cornisa) se procede de igual forma. En el gráfico inferior se han ido proyectando carios puntos con desviaciones cada 10 º.

Y de igual forma su representación en el plano (desviación, altura):

P7

P6 P5

P4 P3 P2

P1

P8 P9 P10

Teniendo en cuenta que la obstrucción es simétrica se llegaría al gráfico de obstrucción del muro:

Se puede llegar a la ecuación que define la curva de obstrucción de un muro recto:

⎡ h.cos(desv) ⎤ alt = atan ⎢ ⎥⎦ L ⎣ fin de la explicación .

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• Supervisión de alturas.

Mediante este cuadro de diálogo se puede comprobar el valor numérico de las alturas de los obstáculos visuales introducidos.

A medida que se selecciona (+) ó (-) aparece el valor de la columna, la altura de obstrucción y el rango de acimuts que ocupan esa obstrucción. La columna seleccionada aparece en color azul intenso.

Franja de obstrucción seleccionada.

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El módulo Cercasol

Cercasol es el módulo donde se lleva a cabo el cálculo de la posición del Sol en cualquier día del año, hora solar y latitud.

Este módulo es el motor base de funcionamiento de los demás módulos.

Todos los cálculos horarios se realizan en hora local solar, es decir, con el Sol en el punto más alto del firmamento a las 12 del mediodía.

El cálculo de la posición se ha realizado a partir de una sencilla concepción del funcionamiento de un telescopio.

El módulo Cercasol presenta el siguiente formato gráfico.

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• Entradas.

En el cuadro de diálogo Entradas se introduce la posición geográfica del lugar a analizar a través de la latitud y hemisferio. También se introduce la fecha y hora solar. Si se quiere ver dinámicamente la evolución diaria o mensual debe mantenerse pulsada la tecla enter _↵_.

• Lugares del mundo predefinidos.

Existe la posibilidad de acceder a distintos lugares predefinidos a través del cuadro de diálogo Lugares del mundo.

Si se quiere ubicar cualquier zona del mundo sólo debe introducirse en el módulo Entradas la latitud y hemisferio de la zona a analizar.

• Determinación numérica del Cenit y Acimut solar.

A través de los cuadros gráficos Cenit(º) y Acimut(º) se observa la posición del Sol definida mediante estos dos parámetros.

Cenit(º) hace referencia a la altura solar por encima o por debajo del horizonte y se extiende en un rango de -90º a 90º.

Acimut(º) hace referencia a la desviación de la posición solar respecto al Sur en el plano horizontal del observador. Su rango abarca de los -180º a los 180º.

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• Posicionamiento gráfico del Sol. En el cuadro gráfico posición del Sol (2D) se representa la posición del Sol en coordenadas (acimut, cenit) donde se localiza gráficamente la situación del Sol en cualquier momento del día, tanto si este es visible como si no.

Si el Sol aparece por encima del horizonte aparece de color amarillo y el cielo azul. En el caso contrario el Sol se ve de color blanco y el cielo negro.

Manteniendo activada la tecla enter _↵_ se observa dinámicamente la evolución de la trayectoria del Sol.

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El cuadro gráfico posición del Sol (3D) permite ver en 3 dimensiones cual es la posición angular del Sol respecto a un observador que se encuentra en el punto de estudio.

12:00

14:00

16:00

18:00

20:00

22:00

24:00

02:00

04:00

06:00

08:00

10:00

Manteniendo activada la tecla enter _↵_ se observa dinámicamente la evolución de la trayectoria del Sol en el gráfico 3-D. Ejemplo para 41º Norte al 1 de Enero.

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El módulo Rad-H.

Rad-H es el módulo donde se calcula o se introduce la radiación en el plano horizontal. La radiación horizontal puede ser introducida a partir de datos conocidos reales o se puede optar por la modelización que ofrece el programa en diferentes formatos y posibilidades.

El módulo Rad-H es utilizado posteriormente para el cálculo de radiaciones en el módulo Radinsup.

El módulo Rad-H presenta el siguiente formato;

Este es el comando para calcular la radiación que se ha seleccionado.

Sólo es necesario activarlo si se viene de un submenú.

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• Hemisferio. Latitud y fecha.

En este cuadro se introduce la fecha y la posición geográfica del lugar a analizar a través de la latitud y hemisferio.

• Radiación total diaria.

En este gráfico aparecen resumidas las cantidades totales de radiaciones recibidas a lo largo de un día en el plano horizontal: radiación global total, directa total y difusa total.

• Valores horarios.

En esta tabla aparecen los valores horarios principales respecto a la posición del Sol y a su radiación: altura solar, máxima radiación teórica, radiación global, radiación directa, difusa y radiación directa normal (beam).

Valores a una hora determinada

Valores totales recogidos a lo largo del día

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• Valores para una hora en concreto.

En este módulo se pueden estimar los parámetros anteriores a cualquier hora del día. El cálculo se realiza mediante interpolación cuadrática corregida.

• Control de la máxima radiación posible perpendicular (direct beam).

Para alturas solares pequeñas existe la posibilidad de limitar la máxima radiación directa posible. Esto permite realizar cálculos mucho más reales en la zona baja del horizonte donde existen dificultades en la consideración de la radiación directa.

El comando

da acceso al siguiente formulario.

Si se escoge la opción 1 el programa efectúa el cálculo de repartición de la radiación directa y difusa sin ningún criterio de acotación.

Si se escoge la posición 2 se expande el formulario posibilitando diversas formas de acotar la radiación a bajas alturas solares.

El cursor superior controla la franja de altura (de 0º hasta el valor escogido; max:15º) este es el rango en el cual se efectúa el control de la direct beam, si el valor es mayor al posible se recalcula, además la radiación global, sus componentes directa y difusa.

En el cursor inferior se selecciona si se quiere sustituir la direct beam por el valor máximo teórico o un submúltiplo de éste.

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Si la radiación beam es modificada por que se ha sobrepasado el valor máximo teórico (en función de la altura solar) se indica en el formulario principal de Rad-H en color verde el valor modificado. Las radiaciones directa y difusa son recalculadas.

Si el valor de la radiación beam es superior al valor máximo absoluto posible (1050 W/m2) se indica en color rojo.

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• Modelización o introducción de la radiación solar.

Este es el cuadro de diálogo donde se escoge el tipo de día, desde un día claro hasta un día muy nublado. Si se conocen los datos de radiación de la zona a estudiar debe seleccionarse la opción en cualquiera de sus dos posibilidades: ó dependiendo de los datos disponibles. En el caso de no tener datos de la zona se deberá escoger alguna de las dos posibilidades de modelización: ó . Cada una de estas posibilidades tiene acceso al comando el cual aparece en diferentes formatos dependiendo de la elección escogida.

Existen dos posibilidades de incorporar la radiación solar, a través de la modelización teórica o a partir de la inclusión de datos reales.

Cada una de estas opciones presenta a la vez dos posibilidades de entrada.

Las diferentes opciones que presenta este cuadro son las siguientes: 1) Opción simulación DIA MUY CLARO Se simula la radiación para un día muy claro.

En el gráfico aparece la evolución de las radiaciones a lo largo del día para un día muy claro. La radiación global coincide con la máxima posible.

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Haciendo click en

aparecen diferentes posibilidades de días claros:

Las casuísticas principales son 3, dependiendo si el día es un día claro con cielo profundo azul, día claro con cielo blanco o un día claro intermedio. También se puede elegir posteriormente entre un repartimiento de la radiación directa-difusa basada en la teoría o en el modelo propio según datos experimentales.

2) Opción simulación DIA TIPO Esta opción permite entrar para cada mes y para cada franja horaria el porcentaje de radiación recibida respecto al máximo posible. El programa modela de forma automática el reparto entre la radiación directa y difusa.

Este formato permite diferenciar a lo largo del día fenómenos locales que pueden afectar a las posibilidades reales de radiación, como por ejemplo zonas donde existan determinados fenómenos meteorológicos: niebla por la mañana y días claros por la tarde.

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Si se quiere introducir directamente todo el día con el mismo porcentaje de radiación se puede acceder al cuadro inferior, poner el porcentaje y hacer click en el botón inferior. El dato se copia en toda la fila del mes.

Existen algunas ciudades españolas predefinidas con los porcentajes globales medios que les correspondería a cada mes.

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Volviendo hacia la raíz del módulo Rad-H se podrán apreciar las diferentes radiaciones: la global, la directa y difusa.

Haciendo click en cualquiera de los comandos del cuadro inferior y después _↵_

se puede ver la evolución de las radiaciones en el gráfico:

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3) Opción ENTRAR DATOS (RADIACIÓN GLOBAL) Esta opción permite introducir la información que más a menudo se tiene a mano: el valor de la radiación global a lo largo del día en los diferentes meses del año para un día tipo. El programa se encargará de repartir la fracción de directa y difusa a lo largo del día.

Haciendo click en

:

Si el valor de la radiación global introducida es superior al valor teórico máximo que puede darse, en el módulo principal de Rad-H aparece la radiación global en color rojo.

En este ejemplo, la radiación global introducida (48) es superior a la máxima teórica (28,2). El valor aparece en rojo.

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4) ENTRAR DATOS (RADIACIÓN GLOBAL, DIRECTA) Esta opción es la mejor si se dispone de datos reales ya que se incorpora la información precisa sobre la radiación directa y difusa a lo largo de los meses y franjas horarias y no es necesario realizar simulación teórica.

Haciendo click en

:

Al igual que en el punto anterior si el valor de la radiación global introducida es superior al valor teórico máximo, en el módulo principal de Rad-H aparece el valor en rojo.

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El módulo Radinsup.

Radinsup es el módulo donde confluyen los datos de todos los anteriores módulos. La finalidad es el cálculo de la radiación solar en una superficie inclinada en unas condiciones predeterminadas de radiación y en un entorno definido mediante el módulo Skyline.

Alguno de los cálculos puede tardar unos segundos debido a que el cálculo de la la radiación se efectúa por toda la semiesfera celeste mediante elementos finitos y no por métodos simplificados.

La apariencia del formulario base de Radinsup es la siguiente:

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Al igual que los demás módulos, Radinsup posee el cuadro para la introducción de la posición geográfica del lugar a analizar a través de la latitud, hemisferio y fecha.

• Orientación de la superficie.

Para ver o colocar la superficie en una determinada posición (definida por su inclinación y desviación) se actúa en los comandos del cuadro gráfico. Este cuadro permite visualizar cual es la inclinación de la superficie respecto al plano horizontal y cual es la desviación respecto al Sur. En el gráfico inferior se puede visualizar el efecto de orientación de la superfície cuando se varía su inclinación o desviación.

NOTA: El acceso a los comandos no siempre es posible, depende de la opción que se escoja aparece o desaparece la posibilidad de variar manualmente la inclinación o la desviación.

Efecto visual en la interface que resulta de levantar la superficie 48º primero y desviarla 45º hacia el Oeste después.

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• 4 Casuísticas.

En cuanto a posicionamiento de la superficie hay 4 posibilidades:

OPCION 0

OPCION 1

La superficie esta fija. Se puede introducir el valor de inclinación y desviación.

La superficie gira libremente sobre el eje vertical buscando la máxima radiación directa. Se puede introducir la inclinación.

OPCION 2

OPCION 3

La superficie gira entorno al eje horizontal buscando la máxima radiación directa. Se puede fijar la desviación-

La superficie gira libremente buscando el Sol. No se puede introducir ni la desviación ni la inclinación.

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• Salidas gráficas y numéricas.

Una vez seleccionada la opción deseada se inicia Radinsup haciendo click en

Aparecen los valores de radiación sobre la superficie en formato numérico y gráfico.

Formato gráfico:

Gráfico de la radiación diaria sobre la superficie. Se muestra la evolución de la radiación directa, global y difusa.

Formato numérico:

Valores diarios de la altura solar, desviación respecto al Sur, inclinación, ángulo de incidencia solar sobre la superficie.

Radiación global, directa y difusa.

Si el Sol aún no ha salido por encima del horizonte se muestran los valores en color azul oscuro.

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En el siguiente ejemplo se aprecian las diferentes radiaciones obtenidas en las distintas opciones (0,1,2,3) para un día claro a 41 º de latitud Norte el 1 de Enero.

OPCION 0

OPCION 1

Inclinación: 60º (fija) Deviación: 0º (fija)

Inclinación: 60º (fija) Deviación: libre

OPCION 2

OPCION 3

Inclinación: libre Deviación: 0º (fija)

Inclinación: libre Deviación: libre

En las opciones 1, 2 y 3 se puede observar como dinámicamente la superficie va buscando la orientación de máxima radiación. Ejemplo de opción 3:

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El gráfico de la radiación tiene la siguiente información:

Línea de barrido: separa una nueva gráfica de la antigua. Permite ver y comparar la diferencia entre el resultado actual y el anterior a medida que se barre el gráfico antiguo.

Gráfico nuevo

Hora solar

Gráfico antiguo

Barra de tiempo: se visualiza en azul la nueva parte calculada.

• Valores a una hora específica.

Este formulario permite conocer en instantes ínter-horarios los valores correspondientes a la altura solar, la posición de la superficie (desviación, inclinación) y el ángulo de incidencia entre los rayos solares y la superficie. También las radiaciones globales, directas y difusas son calculadas.

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• Valores integrados entre dos horas.

Este formulario permite conocer la cantidad de radiación acumulada (global, directa y difusa) entre dos horas, Los valores son calculados en kWh y MJ.

• Resumen anual.

Accediendo a este icono se tiene acceso a la tabla donde se calcula el resumen anual de radiaciones y horas solares

Haciendo click en

se inicia el cálculo resumen.

El resultado es una tabla anual como la siguiente:

La operación de cálculo puede durar entre 2 y 5 minutos.

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• Mapa solar.

Una vez finalizado el cálculo anual aparece el icono del mapa solar Haciendo click en él aparece un mapa de las radiaciones solares diarias a lo largo de todo el año.

Ejemplo de mapa solar para días claros a 41º Norte. Simulación con obstáculos visuales.

Los obstáculos han sido definidos anteriormente en el módulo Skyline.

Resultado de la radiación para un día de máxima insolación en el plano horizontal el día 1 de marzo 41º N. Se observa la intrusión visual del edificio situado en dirección Sur.

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Algunos ejemplos.

• Ejemplo 1: Posición del Sol. ¿A que hora sale el Sol (hora solar) el 1 de Enero en Barcelona ? ¿Y en Oslo ?

En el módulo Cercasol se soluciona perfectamente esta pregunta: En primer lugar debe introducirse la latitud de Barcelona, mes y día del año

Posteriormente se va ajustando la hora, minuto y segundo hasta que se obtiene visualmente la salida del Sol (instante en que la figura del Sol pasa de blanca a amarilla)

y ya se puede tomar nota de la hora, en este caso las 7 horas, 27 minutos y 31 segundos.

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Para Oslo, se procede de manera análoga, primero se cambia la latitud:

Posteriormente ajusta la hora, minuto y segundo hasta que se obtiene visualmente otra vez la salida del Sol

Ahora el reloj (hora solar) marca las 9 horas, 7 minutos y 33 segundos, hora en la que sale el Sol en Oslo.

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A que altura máxima llega el Sol en estos dos lugares ?

Para determinar esto sólo es necesario situar el Sol a las 12 del mediodia (altura máxima).

Para Barcelona el valor de la altura es de 25,67 º

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Para Oslo la altura al mediodía sólo es de 7,13 º.

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• Ejemplo 2: Radiación recibida en una plaza.

Imagínese que se desea conocer cual es la radiación que llega al centro de la plaza central (A) en diferentes momentos del año.

A

Lo primero que debe hacerse es levantar el skyline que se observa desde el centro de la plaza. En el módulo Skyline se puede introducir de forma muy sencilla desde el subapartado

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A partir de los datos reales de las posiciones de las fachadas de los edificios del entorno (posición y altura de los vértices) se procede a introducir el skyline. Para ello será útil situar los edificios orientados de manera ortogonal a los ejes x-y a fin de facilitar la entrada de los datos.

N

Una vez conocidas las distancias (x,y) y alturas (h) de todos los elementos con posible obstruccón visual se rellena la tabla del formulario

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a continuación ya se puede levantar el Skyline percibido desde el centro de la plaza

A partir de este punto ya se puede realizar cualquier operación con el programa teniendo en cuenta la situación real del skyline.

Por ejemplo, por donde sale el Sol el 21 de diciembre:

O cual es la radiación en ese día en las condiciones reales de obstrucción.

0,94 kWh

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o donde se situa el Sol a las 12 del mediodia (hora solar) en relación con los edificios en los equinoccios (23 de septiembre y 21 de marzo)

o las radiaciones previstas para ese día en la plaza.

3,36 kWh

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• Ejemplo 3: Radiación con obstrucción visual de un edificio.

Se desea en este caso conocer las horas de Sol disponibles en varios días del año en una situación de skyline obstaculizada por un edificio situado entre 0 y 30 grados de azimut y que se levanta entre 55 y 50 grados de altura respectivamente.

Mediante el módulo Skyline se levanta fácilmente el skyline:

Una vez levantado ya se puede operar en las condiciones del skyline definido.

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Como por ejemplo ver la trayectoria del Sol durante el 1 de enero.

O cuantos minutos al día el Sol es visible (395 minutos)

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Comparar las radiaciones que se reciben en un plano horizontal en un día claro de verano y otro de invierno:

Radiaciones en un dia claro de verano

Radiaciones en un día claro de invierno. Obsérvese la caída de radiación hacia mediodía debido a la obstrucción visual del edificio definido.

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En invierno (1 de enero) ¿Cual es la radiación que recibe en estas condiciones una superficie inclinada 60 º ?

Se aprecia fácilmente como la radiación recibida es mucho mayor que en el caso de plano horizontal. No obstante la obstrucción del edificio sigue afectando de forma importante a la captación potencial.

Si se determina la radiación recibida en dirección Norte y con una inclinación de 65º se obtiene el siguiente gráfico, con un mínimo al mediodía.

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Si se inclina aún más (hasta 75º), durante gran parte del día la superficie no recibe insolación directa del Sol.

Una superficie orientada hacia el Oeste presentará una mayor radiación hacia las horas previas al mediodía:

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El mapa de radiaciones anuales y horarias con el obstáculo visual que presentaba en el inicio de este ejemplo es el siguiente:

Se puede observar como los meses que van desde octubre hasta marzo están claramente afectados por la sombra del edificio.

Si no existiese el edificio el mapa solar sería el siguiente:

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Mapa de radiaciones solares para una superficie orientada hacia el Este e inclinada 60º.

Se observa como la mayor intensidad de radiación se recibe en las primeras horas de la mañana.

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• Ejemplo 4: Radiaciones en superficies fijas y móviles. ¿ Cuales son las radiaciones captadas en el mes de Enero con un captador plano orientado hacia el Sur (60 º inclinado), otro con rotación axial vertical y otro con 2 ejes de rotación ?, Latitud 41º. Dia de radiación normal.

En primer lugar se debe escoger el tipo de radiación (dia promedio) del día en el formulario Rad-H y fijar la latitud y mes del año

A continuación se accede al formulario Radinsup y se posiciona la superficie inclinada 60º:

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y ya se puede ejecutar el programa haciendo clic en Los resultados son:

El valor de radiación que recibe la superficie es de 3,49 kWh. Ahora se dispone a la superficie para que pueda girar entorno al eje vertical (con una inclinación constante de 60º) y hacer clic en

. El resultado es:

La radiación recibida ahora es de 3,98 kWh.

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Si la superficie puede girar entorno a dos ejes (giro libre), el resultado es:

La radiación recibida ahora es de 4,01 kWh. Como se ve, en estas condiciones en invierno, es muy poca la radiación que se obtiene por tener dos ejes móviles en vez de uno o incluso ninguno. Se puede considerar si sucede lo mismo en verano, es decir, cuanta radiación se capta con dos ejes móviles, uno y ninguno.

Así, se puede valorar la siguiente situación: ¿ Cuales son las radiaciones captadas en el mes de Julio con un captador plano orientado hacia el Sur (30 º inclinado), otro con rotación axial vertical y otro con 2 ejes de rotación ?, Latitud 41º. Dia de radiación normal.

De forma análoga al ejemplo dado se escoge la inclinación de la superficie y se ejecutan los 3 estados (superficie fija, con giro en eje vertical y giro libre. Los resultados son:

superficie fija

1 eje de giro (vertical)

2 ejes de giro libres

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www.cercasol.com Agradecimientos: A Salvador Rueda por facilitarme otra manera de comprender el mundo, diferente al pensamiento general de aquellos que hemos sido formados como ingenieros.

A los comentarios científicos de Lluís Albert Bonals y Martí Rosas, ambos profesores de la Universitat Politècnica de Catalunya.

La más profunda deuda a mis padres, Miquel y Teresa, a los que debo el apasionante proyecto de la vida.

A la amistad y estima de mis hermanos Maik y Violant. A Laura, por su apoyo, amor y paciencia, sobretodo durante este año, en el que el ordenador nos ha robado muchas horas.

A mis amigos, por estar y ser. Muy especialmente a Salvador Serra y Julià Massó.

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