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El tratamiento de las sombras en inst. solares térmicas y fotovoltaicas

Congreso Internacional de SOLCuenca, 24 de Octubre de 2008Joaquín Fuentes del Burgo

El tratamiento de las sombras en las instalaciones solares térmicas

y fotovoltaicas en la normativa edificatoria española

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Contenido

IntroducciónResumen de los fundamentos del método.Método de cálculo de pérdidas por radiación solar del Documento Básico HE-Ahorro de energía.Distancia mínima entre filas de captadores.Soluciones.Referencias.

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Introducción

El CTE está compuesto por varios Documentos Básicos (DB). Uno de ellos es el denominado Documento Básico HE- Ahorro de energía (DB-HE), con los siguientes capítulos o exigencias básicas:- HE 1. Limitación de demanda energética.- HE 2. Rendimiento de las instalaciones térmicas.- HE 3. Eficiencia energética de las instalaciones de iluminación.- HE 4. Contribución solar mínima de agua caliente sanitaria.- HE 5. Contribución fotovoltaica mínima de energía eléctrica.

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Introducción

Objetivosl Ahorro de consumo de energías convencionales.l Favorecer la sostenibilidad.l Rentabilización de la inversión.

Factores que afectan negativamente a la consecución de dichos objetivos:l Las pérdidas por orientación.l Las pérdidas por sombras.

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Introducción

Tipos de sombras

(Fuente: Lillo Bravo, I.; et al. 2004)

Sombreados temporales

Sombras del edificio

(Fuente: Antony, F.; et al. 2006)

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Introducción

Tipos de sombras


Sombras debidas a la situación

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Introducción

El CTE permite un porcentaje máximo de pérdidas de energía debido a la orientación, la inclinación y las sombras.

Tabla 2.4. Pérdidas límite

Caso Orientación e inclinación Sombras Total

General

Superposición

Integración arquitectónica

10 %

20 %

40 %

10 %

15 %

20 %

15 %

30 %

50 %

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Introducción

Clasificación de las formas de montaje de las instalaciones


GeneralSuperposición

Integración arquitectónica

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Introducción

Caso de pérdidas de energía debido a la orientación.

S


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Resumen de los fundamentos del método de cálculo de las sombras

Para simplificar el problema del movimiento del sol, se supone la tierra fija y el Sol dando vueltas, por lo que el movimiento del sol respecto de un observador fijo sería el que muestra la figura.

(Fuente: Sevilla, A. 1992)

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Los recorridos aparentes del Sol en distintos días del año

(Fuente: Sevilla, A. 1992)

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(Fuente:Aláiz Fernández. 1981)

Se utiliza un sistema horizontal de coordenadas, considerando al observador como el centro de una esfera, de radio lo suficientemente grande como para que el Sol, proyectado sobre ella, se pueda considerar puntual.

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Con este sistema de referencia, la posición del sol se puede determinar mediante dos coordenadas:l Altura solar h.l Acimut z.

(+)

(-)

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Las ecuaciones que definen el movimiento del Sol respecto de este sistema de referencia:l Ángulo horario (ω) : ω= hn·15l Declinación solar (δ)

+

=365

284·360·45,23 Nsenδ

A partir de la trigonometría esférica

δωδ ·cos·coscos· LsenLsenhsen +=

δω·cos senzsen =Siendo

- N el número del día del año.- L la latitud del lugar.

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Diagramas de trayectorias solares


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Método de cálculo de pérdidas por radiación solar del Documento Básico- Ahorro de Energía

El procedimiento recogido en el Documento Básico-HE estaba incluido en el Pliego de Condiciones Técnicas de Instalaciones de Baja Temperatura del Instituto de Diversificación y Ahorro de Energía (IDAE).Consiste en un método de cálculo de las pérdidas de radiación solar que experimenta una superficie debidas a sombras circundantes. Las pérdidas se expresan como un porcentaje de la radiación solar global que incidiría sobre la mencionadas superficies, de no existir sombra alguna.Se ha de representar el perfil de obstáculos que afecta a la superficie de estudio con un único diagrama de trayectorias del sol.

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Diagrama de trayectorias del Sol contenido en el DB-HE

E O

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Tablas de referencia

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Aplicación (α= 0º; β= 40º)

Sombrado parcial :A3; A1 ; A2 ; A4 ; A6 ; A8 ; A10

Sombrado total: Ninguna

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Aplicación (α= 0º; β= 40º)

S= 0,25·A3 + 0,50·A1 + 0,50·A2 + 0,50·A4 + 0,50·A6 + 0,50·A8 + 0,25·A10

S= 0,25·2,70 + 0,50·3,17 + 0,50·3,17 + 0,50· 2,70 + 0,50·1,79 + 0,50·0,98 + 0,25·0,10 = 6,61 %

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Distancia mínima entre filas de captadores

La distancia entre filas de módulos depende de la longitud de los módulos así como de la inclinación , β, y el ángulo de altura solar, h, mínimo en el lugar de instalación.

( )hsen

hsenad

180· −−=

β

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Distancia mínima entre filas de captadores

Procedimiento simplificado que propone el IDAE.

hkLatitud

hd ·)º61tan(

=−

=

Valores del coeficiente kLatitudk

29º1,600

37º2,246

39º2,475

41º2,747

43º3,078

45º3,486

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Soluciones

Frente a sombras del edificio


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Soluciones

Frente a sombras del edificio


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Soluciones

Frente a sombras de situación

(Fuente: Cortes, J.J. 2008)

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Soluciones

Cuando no se tiene espacio suficiente para separar los paneles.

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Soluciones

Circuito optimizado del generador con proyección de sombra vertical en movimiento.

(Fuente: Antony, F.; et al. 2006)La delgada sombra que se mueve durante el día de izda. a dcha. (por ejemplo producida por chimenea industrial al Sur). Mediante el ajustado del circuito representado en la imagen, de 6 cadenas con 8 módulos cada una, se puede limitar el efecto del sombreado sobre una cadena.

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Soluciones

Circuito optimizado del generador con proyección lateral de sombra.


El sombreado matutino (que desaparece al mediodía) y de costado de la parte dcha. de la planta por un edificio contiguo situado al Este. Sombreado vespertino (que comienza bien avanzada la tarde) de la parte izda. inferior de la planta de un edificio contiguo situado al Oeste.El circuito, con 8 cadenas de 6 módulos cada una, dispuestas éstas en diagonales, limita el efecto del sombreado a tan solo unas pocas cadenas.

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Referencias

ANTONY, F.; DÜRSCHNER, C.; REMMERS, K. Fotovoltaica para profesionales. Diseño, instalación y comercialización de plantas solares fotovoltaicas. Sevilla: PROGENSA, 2006.ALÁIZ FERNÁNDEZ, E. Energía solar. Cálculo y diseño de instalaciones. Madrid: Sección de Publicaciones de la E.T.S. de Ingenieros Industriales, 1981.CASANOVA COLÁS, J. (Coordinador). Curso de energía solar. Valladolid: Secretariado de Publicaciones de la Universidad de Valladolid, 1993.CORTÉS, J.J., Estructuras para paneles solares: Seguidores solares. Curso de Verano de la UCLM: Instalaciones solares fotovoltaicas en edificación e infraestructuras de telecomunicación, Cuenca (2008).LILLO BRAVO, I.; HASELHUHN, R.; HEMMERLE, C.Instalaciones fotovoltaicas. Manual para uso de instaladores, fabricantes, proyectistas, ingenieros y arquitectos, instituciones de enseñanza y de investigación. Sevilla: Sociedad para el Desarrollo Energético de Andalucía, S.A. (SODEAN), 2004.

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Referencias

Instituto de Diversificación y Ahorro de Energía (IDAE). Pliego de condiciones técnicas de instalaciones de energía solar fotovoltaica de instalaciones conectadas a red.Madrid: IDAE, 2002.Real Decreto 314/2006, de 17 de marzo, por el que se aprueba el Código Técnico de la Edificación. Documento Básico HE- Ahorro de energía.SEVILLA, A. La energía del Sol y del Viento. Recursos inagotables al alcance de todos. Madrid: Editorial Alción, S.A., 1992.

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