¡Hola amigos de Mundo Renovable! Seguro ya sabes todo acerca del movimiento de rotación y traslación, pero, ¿Sabías que la tierra tiene un ángulo de inclinación que varía a lo largo del año conocido como “Declinación Solar”? ¡Y sí, cada uno de estos fenómenos impacta directamente en la eficiencia de los sistemas solares!
Por eso, en Mundo Renovable, en esta serie de videos y artículos que estaremos compartiendo en las próximas semanas, vamos a explicarte todos los detalles de fenómenos que influyen en el diseño de proyectos solares. Así que exploraremos desde los fenómenos más básicos hasta los detalles más avanzados de la ingeniería solar.
¡Nuestro objetivo es que te conviertas en un verdadero experto en diseño y desarrollo de proyectos solares! Así que… ¡vamos a comenzar con este fascinante tema!
LOS MOVIMIENTOS DE LA TIERRA
Con el objetivo de entender mejor la radiación solar que seremos capaces de captar en nuestros sistemas solares, así como optimizar nuestros diseños y rendimiento de las instalaciones, es importante que sepamos el movimiento que tiene la Tierra en el espacio, y que estos movimientos, se manifiesta de tres formas principalmente, hablamos de:
- El Movimiento de Rotación.
- El Movimiento de Traslación.
- El Movimiento Angular conocido como “Declinación Solar”.
Estos fenómenos, afectan la incidencia de la radiación solar en nuestras instalaciones, influyendo de mayor o menor forma, en el diseño y rendimiento de nuestros sistemas solares.
MOVIMIENTO DE ROTACIÓN
Empezaremos con el movimiento de rotación, que es clave en la distribución de la radiación solar, ya que, es el movimiento que realiza la Tierra sobre su propio eje en un lapso de 24 horas, es decir, que, este giro continuo que tiene nuestro planeta, es el que da lugar a los ciclos del día y la noche, esenciales para la medida del tiempo, definición de estándares horarios que analizaremos en videos siguientes y también es determinante en la distribución de luz solar diaria.
- Así que analicemos su relación con la energía solar: Lo más obvio del movimiento de rotación, es que marca las horas de luz y oscuridad en todos los rincones de nuestro planeta, factores clave en el rendimiento de los sistemas solares, ya que, garantiza que todas las latitudes de nuestro planeta reciban luz a distintas horas, repartiendo la radiación solar a nivel global.
- Otro elemento clave es la Medición del tiempo: Y esto es porque el movimiento de rotación es esencial para definir el ciclo de 24 horas que utilizamos como base para los estándares horarios. Este ciclo también nos permitirá optimizar el rendimiento de las instalaciones solares, ya que regulará los momentos de menor y mayor captación de radiación solar, por lo tanto, al diseñar una instalación solar, un elemento clave será ajustar correctamente las simulaciones 3D al estándar horario de cada región, lo que garantizará una producción energética más eficiente y predecible.
MOVIMIENTO DE TRASLACIÓN
El movimiento de traslación es el desplazamiento que realiza la Tierra alrededor del Sol a lo largo del año. Todos sabemos que la tierra tarda aproximadamente 365 días en dar una vuelta entera alrededor del Sol, sin embargo, el impacto que tiene el movimiento de traslación en el rendimiento estacional de sistemas solares también es muy significativo, debido a que el movimiento de traslación no es exactamente circular, sino, elíptico, lo cual tiene implicaciones adicionales en la cantidad de radiación solar que recibimos a lo largo del año, debido a la órbita ovalada del movimiento de la tierra alrededor del Sol.
Sin embargo, quizá uno de los fenómenos más interesantes de los movimientos que tiene la tierra es que su eje de rotación no es exactamente vertical, sino que varía a lo largo del año desde un ángulo de inclinación de -23.5º hasta una inclinación positiva de +23.5º ¿Lo sabías?
DECLINACIÓN SOLAR
A esta variación angular se le conoce como Declinación Solar y tiene un impacto muy significativo en el rendimiento de nuestras instalaciones solares ya que la Declinación Solar unido al movimiento de traslación da lugar a las estaciones del año, marcando así, los momentos de mayor producción y menos producción de nuestros sistemas solares. Te lo explico con más detalle a continuación:
Imagina que el Sol se encuentra en una posición horizontal respecto a la tierra (Ver representación en la parte inferior inferior), en esa alineación, los rayos solares impactan directamente en el ecuador de nuestro planeta, sin embargo, esto sucede únicamente 2 días al año, y son conocidos como equinoccios, se dan el primer día de la primavera y el primer día del otoño.
Pero resulta, que todos los días del resto del año la tierra tiene una inclinación variable, llegando a su inclinación máxima en invierno o en verano cuando tiene una inclinación de +/- 23.5º
Cuando la tierra tiene una inclinación de -23.5º, el polo Sur se encuentra más cerca del Sol y, el polo norte se encuentra en su punto más lejano respecto al Sol, esto por decirlo de forma sencilla, pero lo importante de este fenómeno es, que en ese momento, es Verano en las latitudes Sur y es Invierno en las latitudes Norte de nuestro planeta.
Por lo anterior, es que en países como Argentina y Uruguay el verano inicia el 21 de diciembre, mientras que, en países como España, Estados Unidos o Canadá, el 21 de diciembre marca el inicio del invierno más bien ¿Qué les parece? Super interesante ¿Cierto?
Por tanto, una vez que la tierra alcanza su inclinación máxima, lo que sucede posteriormente, es que el ángulo de inclinación de la tierra empieza a reducirse hasta llegar a 0º y continúa su recorrido hasta llegar a +23.5º nuevamente, sólo que ahora el Polo Norte está más cerca del Sol, por lo que, en los países como Estados Unidos y Canadá es verano y en países como Uruguay y Argentina es invierno, esto se da alrededor del día 21 de junio de cada año.
IMPACTO EN LOS SISTEMAS SOLARES
De manera que, los impactos que tienen todos estos fenómenos en nuestras instalaciones solares los resumiré de forma general a continuación:
- Diferencias en la cantidad de radiación solar recibida: A medida que la Tierra orbita el Sol, la inclinación del eje terrestre provoca que distintas regiones reciban cantidades variables de radiación solar a lo largo del año debido a las estaciones, por lo que la intensidad de la luz solar cambia, afectando directamente la cantidad de energía que los sistemas solares pueden captar.
- Producción en verano vs. invierno: Durante el verano, los días son más largos y el ángulo de incidencia de la radiación solar es más directo, lo que maximiza la producción de energía. En cambio, en invierno, la inclinación del Sol es menor y los días son más cortos, reduciendo la producción de los sistemas solares.
- Ajustes de inclinación de paneles para maximizar captación: Para optimizar el rendimiento a lo largo del año, es crucial ajustar la inclinación de los paneles en función de la latitud y la temporada de aprovechamiento. Actualmente y, especialmente en proyectos a gran escala, cada vez es más usual implementar sistemas con seguidores solares que ajustan el ángulo de los paneles a lo largo del día y la temporada para captar la mayor cantidad de luz posible.
- Eficiencia en Diferentes Latitudes: En regiones cercanas al ecuador o con latitudes inferiores a 15º la variación estacional es menor, por lo que el impacto del movimiento de traslación en el rendimiento solar es menos pronunciado. Sin embargo, en latitudes más altas, las estaciones tienen en impacto más drástico en la radiación solar recibida, ya que, durante el invierno, la producción energética puede caer notablemente en esas zonas, mientras que en verano el aumento de horas de luz y de rendimiento es importante.
- Simulación anual: Los diseñadores de proyectos deben realizar simulaciones de producción energética que toman en cuenta estos movimientos de la Tierra para prever la producción de energía mes a mes. Este análisis es clave para el diseño de los sistemas solares, especialmente en proyectos donde es crucial la estabilidad de suministro.
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ANÁLISIS DE MUNDO RENOVABLE
Entender los movimientos de la Tierra y el efecto que tiene en nuestras instalaciones es esencial para optimizar el diseño y el rendimiento de nuestros sistemas solare, ya que, estos fenómenos permiten ajustar el ángulo, inclinación y orientación de los paneles solares para maximizar la captación de energía solar en cada estación del año. De manera que, a través de este artículo / video, esperamos que hayas comprendido cómo estos movimientos, a pesar de ser sencillos y conocidos por la mayoría de nosotros, tienen un efecto importante en la radiación solar que captará nuestro sistema y, en consecuencia, la eficiencia de los sistemas fotovoltaicos.
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).