Coordenades i radiació solar: latitud, longitud i altres conceptes

Coordenades i radiació solar

• La latitud (Φ): és la distància angular que hi ha entre un punt qualsevol de la superfície terrestre i l'equador, mesurada sobre el meridià que passa per aquest punt.

• La latitud de l'equador és, per definició, de 0°.

• Tots els punts situats sobre el mateix paral·lel tenen la mateixa latitud.

• Els punts que es troben al nord de l'equador reben la denominació Nord (N) i els que es troben al sud de l'equador reben la denominació Sud (S).

• Es mesura des de 0° fins a 90° i es defineix com a positiva en l'hemisferi nord i negativa en l'hemisferi sud.

• Els Pols Nord i Sud tenen latitud 90° N (+90 °) i 90° S (-90°) respectivament.

• Longitud: és la distància angular que hi ha entre un punt qualsevol de la superfície terrestre i el meridià de Greenwich, mesura sobre el paral·lel que passa per aquest punt.

• El meridià de Greenwich divideix la Terra en dos hemisferis anomenats Est (oriental) i Oest (occidental).

• Al meridià de Greenwich, pel ser el meridià de referència, li correspon la longitud zero.

• La longitud es mesura de 0° a 180° i es defineix com a positiva cap a l'Oest (hemisferi occidental) i negativa cap a l'Est (hemisferi oriental).

• Paral·lels: Són unes línies imaginàries paral·leles entre elles que donen la volta a la terra i són perpendiculars a l'eix de gir de la Terra.

• Meridians: Un meridià és una línia imaginària que dóna la volta a la Terra passant pels pols. El meridià de Greenwich o meridià 0º, i determina l'origen de les longituds, és a dir el punt 0. Pot anar des del 0º fins 180º E (est), o des del 0º fins 180º O (oest).

• Aquest angle varia al llarg de l'òrbita de la Terra al voltant del Sol, arribant a valors màxims en els solsticis d'estiu (declinació màxima positiva, δ = 23,45°) i hivern (declinació màxima negativa, δ = -23,45°) i valors nuls en els equinoccis (declinació nul · la, δ = 0°).

• Tot i que la declinació varia es pot suposar que roman constant al llarg d'un dia.

• L'expressió de la declinació per a un determinat dia es calcula amb l'expressió:

• Elevació solar γs: És l'angle que formen els raigs solars amb l'horitzontal. Presa valors que van de (90° -φ-δ) en el solstici d'hivern a (90° -φ + δ) en el solstici d'estiu, sent φ la latitud del lloc i δ la declinació.

•Azimut solar ψs: Angle format pel meridià del sol i el meridià del lloc, prenent com a referència el Sud en l'hemisferi nord i el Nord en l'hemisferi sud. Té valors positius de 0º a 180° cap a l'Oest i negatius de 0º a -180° cap a l'Est.

•Angle o distància zenital θzs: Angle format per la direcció del sol i la vertical. És l'angle complementari de l'elevació solar.

• L'orientació d'un generador fotovoltaic es defineix mitjançant coordenades angulars, similars a les utilitzades per definir la posició del Sol:

•Angle d'azimut (α): angle que forma la projecció sobre el pla horitzontal de la perpendicular a la superfície del generador i la direcció sud.

• Val 0 ° si coincideix amb l'orientació Sud, és positiu cap a l'Oest i negatiu cap a l'Est.

•Angle d'inclinació (β): angle que forma la superfície del generador amb el pla horitzontal. El seu valor és 0° si el mòdul es col·loca horitzontal i 90° si es col·loca vertical.

• A llarg de l'any l'angle zenital θzs que forma la vertical d'un lloc “A” amb la direcció de la radiació solar varia des de: • θzs= Φ-δ en el solstici d'estiu fins θzs= Φ + δ en el solstici d'hivern.

• Per tant, perquè una superfície rebi la radiació solar perpendicularment haurem d'inclinar la superfície un angle β amb l'horitzontal igual al que forma la vertical del lloc amb la radiació solar.

• Haurem de variar l'angle d'inclinació des β = φ-δ en el solstici d'estiu a β = φ + δ en el solstici d'hivern passant pel valor β = φ en els equinoccis.

• El Sol segueix una trajectòria Est-Sud-Oest.

• Si pretenem maximitzar la captació d'energia solar, la superfície haurà d'estar orientada cap al sud i per tant l'angle d'azimut (α) ha de ser nul.

• L'azimut òptim perquè una superfície fixa rebi la major quantitat possible d'energia solar ha de ser zero (α = 0°)

• La superfície s'ha d'orientar cap al Sud si està situada a l'hemisferi nord o cap al Nord si és està en l'hemisferi sud.

• Per determinar la inclinació òptima d'una superfície fixa s'usa una fórmula basada en anàlisis estadístiques de radiació solar anual sobre superfícies amb diferents inclinacions situades en llocs de diferents latituds, que proporciona la inclinació òptima en funció de la latitud del lloc.