escuela superior politÉcnica del litoral facultad de ingeniería en electricidad y computación

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