¡Hola, amigos de Mundo Renovable! En esta nueva entrega, y como parte de nuestra serie sobre los fundamentos de la radiación solar, exploraremos un poco más a fondo otro tema clave, cómo lo es: la Declinación Solar. Esto, siguiendo con el camino que iniciamos en artículos anteriores, de manera que profundizaremos en este fascinante fenómeno que influye de manera directa en la captación de radiación y en el rendimiento de las instalaciones solares.
El motivo, por el cual, comprender la declinación solar puede marcar una gran diferencia en la eficiencia de un sistema fotovoltaico, es que, comprendiendo este fenómeno, podremos ajustar la inclinación y orientación de los paneles según la época del año. Así, no solo lograremos cumplir con los requerimientos básicos de diseño, sino que también optimizaremos la producción de energía y sacaremos el máximo provecho a cada rayo de sol.
Recuerda, el objetivo de Mundo Renovable, es convertirte en un experto en diseño y gestión de proyectos solares, ¡Así que continuemos con esta fascinante aventura! ¡Comenzamos!
DECLINACIÓN SOLAR
Para entender la declinación solar, primero les recordaré dos elementos que definimos en el artículo anterior, hablamos del Eje Terrestre y el Ecuador.
- El Eje Terrestre es una línea imaginaria que atraviesa la Tierra desde el Polo Norte hasta el Polo Sur, sobre la cual nuestro planeta realiza su movimiento de rotación, además, ahora sabemos que este eje no es completamente vertical, sino que su inclinación varía a lo largo del año teniendo un ángulo máximo de ±23.45°.
- Por otra parte, el Ecuador es otra línea imaginaria que rodea la Tierra a mitad de camino entre ambos polos, dividiendo nuestro planeta en dos hemisferios: el Norte y el Sur, la línea imaginaria del Ecuador, por otra parte, es perpendicular al eje terrestre.
Por tanto, La Declinación Solar es el ángulo que forma el eje de rotación de la Tierra con el plano ecuatorial y la línea imaginaria que conecta el Sol con nuestro planeta.
- Es decir, el primer día de la primavera, conocido como equinoccio de primavera, los rayos del Sol impactan perpendicularmente sobre el Ecuador de nuestro planeta, por lo tanto, la declinación solar de ese día es 0º, como se muestra en la imagen.
- Sin embargo, el primer día de invierno en las latitudes norte de nuestro planeta, el eje terrestre se ha desplazado -23.45º, con lo cual, en ese día, los rayos ya no impactan perpendicularmente sobre el Ecuador de la tierra, sino, sobre regiones con latitudes Sur, por ello, es que, aproximadamente el 21 de diciembre inicia el verano en países como Argentina o Uruguay. Mientras que, en países como Estados Unidos o España, el 21 de diciembre inicia el invierno.
De manera que, esa diferencia angular entre el eje terrestre, la línea ecuatorial y la línea imaginaria que conecta la tierra con el Sol, es la que se conoce como declinación solar.
La declinación solar oscila entre -23.45° y +23.45°, alcanzando valores máximos positivos y negativos durante los solsticios de verano e invierno, respectivamente, y siendo cero en los equinoccios de primavera y otoño.
LA IMPORTANCIA DE LA DECLINACIÓN SOLAR EN LA PRODUCCIÓN DE ENERGÍA FOTOVOLTAICA
La importancia de este fenómeno para nosotros como ingenieros, arquitectos o aficionados a la energía solar, es que este cambio en el ángulo de incidencia, afecta la cantidad de energía solar que impacta en la superficie, lo cual es clave para determinar la mejor orientación y ángulo de inclinación de los paneles, todo esto con el objetivo de optimizar la producción energética de las instalaciones solares.
Por otra parte, para quienes gestionan instalaciones con sistemas de seguimiento solar, saber realizar cálculos como la declinación solar es una referencia clave que permite al sistema ajustar la orientación de los paneles en tiempo real. Ya que, al adaptar la posición de los paneles según la posición exacta del Sol, se puede maximizar la exposición directa a la radiación solar, lo que optimiza la producción energética diaria y asegura un aprovechamiento más eficiente de la infraestructura instalada. En definitiva, el cálculo preciso de la declinación solar es una herramienta poderosa que nos ayuda a mejorar la eficiencia y sostenibilidad de los proyectos solares.
CÁLCULO DE LA DECLINACIÓN SOLAR
Procedamos a calcular la declinación solar en un día específico del año, digamos, el 17 de enero. Para esto, se puede emplear la siguiente ecuación, que proporciona resultados precisos para sistemas solares:
| MES | DÍAS/MES | Dn |
|---|---|---|
| ENERO | 31 | 31 |
| FEBRERO | 28 | 59 |
| MARZO | 31 | 90 |
| ABRIL | 30 | 120 |
| MAYO | 31 | 151 |
| JUNIO | 30 | 181 |
| JULIO | 31 | 212 |
| AGOSTO | 31 | 243 |
| SEPTIEMBRE | 30 | 273 |
| OCTUBRE | 31 | 304 |
| NOVIEMBRE | 30 | 334 |
| DICIEMBRE | 31 | 365 |
Al realizar el cálculo paso a paso, obtenemos una declinación de aproximadamente -20.92°, lo que confirma que estamos en pleno invierno en el hemisferio norte, donde la radiación solar es menor. Con esta información, los ingenieros pueden realizar ajustes para mejorar el rendimiento de las instalaciones fotovoltaicas durante el invierno.
GRÁFICO DE LA DECLINACIÓN SOLAR A LO LARGO DEL AÑO
A continuación, se presenta un gráfico que muestra la variación de la declinación solar a lo largo del año, este gráfico es útil para visualizar cómo cambia la inclinación del Sol y cómo este cambio afecta la radiación disponible para las instalaciones solares en diferentes épocas del año.
¿CÓMO UTILIZAR ESTE CONOCIMIENTO EN EL DISEÑO DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS?
Aquí tienes algunos elementos prácticos para aplicar estos conocimientos:
- Ajuste de Inclinación de Paneles: En invierno, cuando la declinación solar es negativa, los paneles pueden ajustarse para captar más radiación solar directa, esto es muy interesante para instalaciones dónde se prevé un uso estacional en invierno principalmente, como pueden ser hoteles de montaña o en zonas con latitudes muy altas como puede ser el caso de Suecia.
- Orientación en Instalaciones: En sistemas de seguimiento solar, la declinación solar ayuda a predecir el mejor ángulo de inclinación mediante el correcto posicionamiento del Sol cualquier día del año (Algo que veremos a lo largo de esta serie de artículos y videos), lo que permite maximizar la radiación recibida.
- Planificación Energética: Conocer la declinación permite estimar la producción de energía a lo largo del año y planificar el consumo y almacenamiento de energía en sistemas conectados a la red o en aplicaciones aisladas.
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ANÁLISIS DE MUNDO RENOVABLE
La declinación solar es un fenómeno clave para cualquiera que desee optimizar sistemas fotovoltaicos, ya que, este ángulo, que varía diariamente y tiene un impacto directo en la cantidad de radiación que incide sobre los paneles solares. De manera que, al comprender y aplicar el cálculo de la declinación solar, se pueden realizar ajustes estratégicos que maximicen la captación de energía, mejorando así la eficiencia y sostenibilidad de las instalaciones.
Para quienes buscan profundizar en este tema, los cursos online de energía renovable de Mundo Renovable ofrecen una formación completa con certificado, ideal para ingenieros, arquitectos y aficionados a la energía solar.
REFERENCIAS
1.- Movimientos de la Tierra (funciona correctamente): Movimientos de la Tierra – Ministerio de Educación de Chile
2.- La Tierra. Movimientos y Representación. Capítulo I: Este enlace puede reemplazarse buscando el término “Movimientos y Representación de la Tierra UNED” en su biblioteca virtual o accediendo a materiales similares en plataformas de acceso abierto como Dialnet o Google Scholar, donde puedes encontrar textos de geografía básica.
3.- Principios de la Geometría Solar: Para un material de referencia, podrías revisar Solar Geometry en ResearchGate o, alternativamente, en libros como “Principles of Solar Engineering” (que puedes explorar en Google Books o bibliotecas en línea).