ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORALFacultad de Ingeniería en Electricidad y Computación
“Simulación usando Labview de la radiación incidente sobre superficies bajo diferentes condiciones aplicando un modelo
de irradiancia solar basado en transmitancias”
INFORME DE MATERIA DE GRADUACION
Previa a la obtención del Título de:INGENIERO EN ELECTRICIDAD ESPECIALIZACION EN ELECTRONICA Y
AUTOMATIZACION INDUSTRIAL
Presentada por:BORIS LENIN CHIRIBOGA ERAZO
NELSON JAVIER MONDRAGON CORTEZGUAYAQUIL – ECUADOR
AÑO2011
Previo a eleccion de Modelos de radiacion
• Fuente Luminosa (Sol)
Caracteristicas
Comportamiento y Variables de interes
• Movimientos de la Tierra
• Caracteristicas de la Fuente receptora
El sol
• Estrella del Sistema Planetario en el que se encuentra la Tierra
• Principal Fuente de Energia de la Vida
• 332 veces mayor cantidad de Masa que la Tierra y una Temperatura de 6000 º C.
Latitud y Longitud
Movimientos de la tierra
Declinación
3sin00148.03cos002697.0
2sin000907.02cos006758.0
sin070257.0cos399912.0006918.0
N
1n2
Variables de Interes del Sol
• Elevación solar α
• Acimut solar Ɏ
• Angulo cenital o Distancia cenital Ɵz
Coordenadas solares
Coordenadas de Superficie Receptora
Ángulo de acimut (O):
Ángulo de inclinación (S):
Irradiancia e irradiación• Irradiancia: Es la potencia o radiación incidente por
unidad de superficie. Indica la intensidad de la radiación solar. Se mide en vatios por metro cuadrado (W/m2).
• Irradiación: Es la integración o suma de las irradiancias en un periodo de tiempo determinado, mide la cantidad de energía solar recibida durante un intervalo de tiempo. Se mide en julios por metro cuadrado por un periodo de tiempo (J/m2 por hora, día, semana, mes, año, etc., según el caso).
Radiación extraterrestre
Io=constante solar=1367 W/m2
Zoext cosExcII
2sin000077.0cos000719.0sin00128.0cos034221.000011.1Exc
dt)(cosExcIdI zoext
coscoscossinsincos Z
tantancosas
radianes
s43200
dw
dt
ss0
s
r
00
sincoscossinsinExcI83400
dcoscoscossinsinExcI43200
G
Componentes de la radiación solar
Transmitancia
• Porción de energía que atraviesa un cuerpo en cierta cantidad de tiempo.
• Ventaja de modelos de transmitancia: sencillez
• Desventaja: Sensibilidad a nubosidad
Modelos utilizados
Inclinación de la Superficie Componente Modelo Elegido
Superficie Horizontal Radiación Directa Modelo de Hottel
Superficie Horizontal Radiación Difusa Modelo de Liu Jordan
Superficie Inclinada Radiación Directa Factor geométrico
Superficie Inclinada Radiación Difusa Modelo de Reindl et al
Superficie Inclinada Radiación Reflejada Convención generalizada
Modelo de día claro de Hottel
Z10b cos
kexpaa
2
k
211
200
A5.201858.02711.0rk
A5.600595.05055.0ra
A600821.04237.0ra
0r
Tipo de clima r0 r1 rk
Tropical 0,95 0,98 1,02
Verano (latitudes medias) 0,97 0,99 1,02
Invierno (latitudes medias) 1,03 1,01 1,00
Verano subártico 0,99 0,99 1,01
Una vez hallado el valor de la transmitancia atmosférica para la radiación directa el valor de la irradiancia está dado por:
ZbextB cosII
Modelo de Liu Jordan
bd 2939.02710.0
Zdextd cosII
Irradiación en superficies inclinadas
TTTT RDBG
GRDRBRG rdbT
Factor Geométrico
Zb cos
cosR
s
r
Z
sT
rTb
d)(cos
d)(cos
R
sinOsinSsincoscosOcosSsinsincos
cosScoscoscosOcosSsincossinScossinsincos
Salida y puesta del sol en superficies inclinadas
,min
,min
sino
,min
,min
O Si
StanOsin
sin
Otan
costanB
Otan
sin
StanOsin
cosA
1A
1BAAB
1A
1BAAB
ssT
srT
ssT
srT
2
22
2
22
Componente reflejada
2
Scos1R r
Si no se conoce el valor del albedo es una práctica común utilizar el valor de 0.2
Componente difusa: Modelo de Reindl et al
2
Ssin
G
B1
2
Scos1
G
B1R
G
BR 3
0b
0d
• Modelo anisotrópico.
• Se complementa perfectamente con los modelos de transmitancias
• Se cita constantemente en la literatura como uno de los más exactos
Pérdidas por sombras
Generación de las rectas para definir el contorno del obstáculo
bmXY
iob
1iob
iob
1iob
1iob
iob
iob
1iob
iob
1iob
i,ob
¿Existe sombra?
30
Calcular acimut solar
SI
NO
i,ob
No hay sombra
NO
SI
SOMBRA!!
¿Qué es LabVIEW?
• Software para medición y control industrial• Extremadamente potente: se utiliza para
controlar el LHC, el acelerador de partículas más grande construido hasta el momento.
• Muy sencillo, su entorno de programación es gráfico por medio de diagramas de bloque.
• Permite la programación modular.
Diseño en LabVIEW de una mejora para un panel solar
Requisitos
• Economía
• Facilidad de instalación
• Facilidad de manipulación
Lugar de estudio
• Sitio El Maicito, El Carmen, Manabí
• Latitud: -0.226417
• Altura: 193 msnm
Comparación de resultados
º
FECHA A(kM) S(º) O(º)Irradiancia
(Kwh)Geosol(Kwh)
%Var
ENE01 -10 0 0 0 7.19948 7.59444 5.5
FEB07 0 1 30 180 5.06905 5.4167 6.8
ABR26 35 0.5 20 0 7.54167 7.9056 4.8
JUL24 60 0.8 50 45 7.4083 7.5305 1.6
NOV20 -20 0.3 45 180 5.08786 5.522 8.5
Explicación de las variaciones
• Modelo de componente difusa utilizado
• Suma de energía en intervalos en lugar de integración
• Aproximación de Rb
Conclusiones• Modelos basados en transmitancias son sencillos y
precisos.• Su desventaja es que no toman en cuenta la nubosidad.• El modelo de día claro de Hottel es de los más sencillos,
permitiendo familiarización de conceptos y evitando la introducción de variables de difícil medición.
• Las discrepancias se presentan en la componente difusa; modelo de Reindl et al es de los más precisos y se adapta muy bien a las transmitancias
• Labview es un software muy potente y sobre todo modular; se pueden incorporar muchas mejoras y opciones al programa realizado.
• Los seguidores acimutales presentan ganancia significativa en latitudes medias; por intuición en nuestro país debería utilizarse el seguidor horizontal.
• Los paneles solares fijos en nuestro país pueden incrementar su rendimiento cambiando únicamente su orientación dos veces al año.
Recomendaciones
• Profundizar la investigación en energía solar debido a nuestra ubicación privilegiada.
• Estudio de distintos seguidores para determinar el adecuado para nuestro país.
• Verificar la información proveniente de internet.
• Incentivar la investigación de energía solar en nuestra facultad.
Muchas gracias por su atención
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