Tema: Sombras de verano

Hola, quiero plantear una duda que me toca la moral bastante.
Cuando realizo una simulación de sombras sobre una cubierta, en muchas ocasiones aparecen sombras laterales de muretas, chimeneas, desniveles, etc, que aparentemente no afectan en invierno, pero sí en verano hasta o a partir de mediodía.
¿Hasta cuándo debo contemplar dichas sombras?
A ver como explico esta duda.
El IDAE indica unos parámetros para el cálculo de sombras y, por tanto, de separación para el día 21 de diciembre. ¿En base a qué factores o aspectos indica que dichos parámetros son los adecuados?
Lo digo por lo siguiente: el ángulo de incidencia de los rayos solares sobre el plano de un panel a 30º de inclinación y perfectamente orientado al Sur es de 45'81º a las 10:00 en una latitud de 40º. Intuyo que a menor ángulo de incidencia mayor reflexión y por tanto menor rendimiento. Se trataría pues de un umbral, un tanto arbitrario, que sirve como punto de referencia tanto para inicio como final de recorrido sin sombras.
Si esto es así supongo que en verano debo calcular el barrido de sombras hasta que el ángulo de incidencia del Sol sobre el plano del panel sea de 46º aproximadamente. Mas allá de ese momento el rendimiento ya no es importante.
Ya han pasado unos cuantos años desde que el IDAE publicó dichos parámetros, desde entonces creo que la tecnología de fabricación de paneles a avanzado bastante. Todo el mundo habla del aumento de eficiencia de las células a lo largo de estos años, pero no he encontrado el dato referente al índice de reflexión del vidrio de cubierta en ninguna ficha técnica de paneles.
No sé, estoy bastante espeso estos días. No sé si he logrado exponer claramente mi duda.

Hola Cayo,
Efectivamente, no entiendo cual es la duda
Por lo que me parece entender, las sobras son mas largas en invierno porque el sol es más oblicuo a la tierra, por lo que si libras la sombra el 21 de diciembre, la librarás todo el año.
Era eso?

Saludos

No, la cuestión es: ¿cúal es el límite a contemplar en las proyecciones de sombras laterales el 21 de Junio?, ¿en base a qué criterio está planteado dicho límite?, ¿es el ángulo de incidencia del Sol sobre el panel el que lo marca?.
Vaya, no era una cuestión, son tres (por ahora).

Iniciado por Cayo

el ángulo de incidencia de los rayos solares sobre el plano de un panel a 30º de inclinación y perfectamente orientado al Sur es de 45'81º a las 10:00 en una latitud de 40º. Intuyo que a menor ángulo de incidencia mayor reflexión y por tanto menor rendimiento. Se trataría pues de un umbral, un tanto arbitrario, que sirve como punto de referencia tanto para inicio como final de recorrido sin sombras.
Si esto es así supongo que en verano debo calcular el barrido de sombras hasta que el ángulo de incidencia del Sol sobre el plano del panel sea de 46º aproximadamente. Mas allá de ese momento el rendimiento ya no es importante.

Creo entender la duda de Cayo y si es lo que yo pienso, me aclararía un duda similar que tengo yo y que estaba pendiente de continuar la discusión en otro hilo (lo siento Cayo, no he tenido tiempo de preparar el esquema que quería...)

Lo que creo que Cayo quiere decir (corrígeme si me equivoco), es que tú pondrías el límite a partir del cual no quieres que halla sombras en el que los rayos del Sol son incidentes respecto del panel por debajo de un cierto ángulo.

Así, por ejemplo (perdonad mi empleo del álgebra para los que no están acostumbrados), para el caso que tu planteas de un panel orientado al sur e inclinado 30º, el vector normal al panel tiene un vector de componentes en un sistema de ejes con el eje X orientado al sur, el eje Y al E y el Z hacia el cielo de (0.5; 0; 0.8660) y los rayos del Sol el 21 de diciembre a las 12.00 un vector de componentes (0.8945; 0; 0.4470), esto es, formando 26.55º con el horizonte. El ángulo entre esos dos vectores sería de 33.45º, es decir, el panel recibe los rayos de Sol a 33.45º. Si el panel estuviera inclinado en ese momento a 66.44º, los rayos serían perfectamente perpendiculares al mismo.

Con el panel fijo, si el Sol va cambiando su posición, cambia el ángulo que forma con la normal al panel, de forma que a las 10.00 del 21 de diciembre el Sol tiene un vector de componentes (0.8156; 0.4587; 0.3528), que forma con la normal al panel un ángulo de 44.49º (me sale algo diferente a tus 45.81º).

Si entiendo tu planteamiento, quieres decir que por debajo de un umbral (cuanto mayor sea este ángulo, más oblicuos inciden los rayos al panel y supuestamente tendrías menor rendimiento) sería indiferente tener sombras y esa debería ser la hora y la fecha para el cálculo... Así por ejemplo, el 21 de Junio, el Sol a las 9:00 tiene un vector de (0.1121; 0.6487; 0.7527) y forma con la normal al panel 44.93º. Si entiendo lo que quieres decir, bajo el punto de vista de inclinación entre el ángulo de los rayos de Sol y la normal al panel, la posición del 21 de diciembre a las 10.00 es similar a la del 21 de Junio a las 09:00, pero el Sol presenta más acimut el 21 de Junio a las 9:00 (80.19º de acimut y 48.83º de altura Solar) que el 21 de diciembre a las 10:00 (29.36º de acimut y 20.66 de altura Solar), por lo que puede haber sombras laterales el 21 de Junio a las 9:00 que no existan el 21 de diciembre a las 10:00...

Era un poco lo que yo estaba pensando en el otro hilo, pero que creo que se deberían tener en cuenta cosas como que los niveles de radiación serán tambien diferentes entre un día y otro del ejemplo, pero creo que por ahí van los tiros de nuestras dudas...

Cayo, ¿estás más o menos de acuerdo con el planteamiento?

Os estoy siguiendo este debate en los diferentes hilos que habéis iniciado y considero en mi opinión que es más adecuado emplear la "altura solar" como parámetro para determinar (1) la distancia entre bancadas - D - de tal modo que se cumpla la estrategia de diseño FV del (2) margen horario buscado - normalmente las +-2h respecto del mediodía solar.

Creo que es más natural y potente en el diseño emplear el parámetro "altura solar" que se encuentra ya tabulado (tablas de Censolar y otros) que emplear el parámetro "distancia entre bancadas" pues en realidad uno a priori no sabe ni siquiera una primera estimación de que distancia deben mantenerse. Solo se conoce esa distancia, una vez que (1) se decide la cantidad de horas de margen horario respecto del mediodía solar - que puede ser +-1h, +-1,5h, +-2h, +-2,5h. etc -y a continuación se realiza el cálculo trigonométrico para saber el valor de D. En el formulario en linea de ProyGlobal se opera de este modo: no aparece una casilla para el valor D (distancia entre bancadas); únicamente se selecciona un valor de "altura solar" de una tabla que relaciona latitud con "margen horario". A cada margen horario, le corresponde una distancia D que a su vez determinar cuanta potencia pico puedes instalar (solo para superficies planas).

En cuanto a lo de las sombras en junio, estoy de acuerdo con Cayo en que es bastante recomendable cerciorarse sobre las sombras o al menos hasta donde llegan las mismas durante el mes de junio porque de este modo se conoce con precisión cuales son los limites zonales o de áreas totalmente libres de sombras. Por ejemplo, cuando tengo que mezclar solar térmica con FV en la misma cubierta busco esos "limites zonales de sombras" de los obstáculos y coloco la solar térmica para que se chupe la influencia de las sombras; liberando a la FV de ellas.

Si el valor limite debe ser 46º que menciona Cayo o la influencia que tiene el diferente azimut entre las dos fechas que comenta Vega pues interpreto que el valor 46º ó 44º ó 47º o cualquier otro debe estar supeditado al "margen horario" que deseemos e interpreto que la variable "altura solar" determina más la variable D que lo que puede influir el valor de azimut. Una altura solar que delimite una D el 21 diciembre genera suficiente distancia entre bancadas como para compensar el incremento de sombra lateral que supone el 21 de junio. Solo veo una excepción a esto último: el diseño FV concreto de las dos aguas de una cubierta que tenga poca inclinación de aguas; dónde incluso la cumbrera puede jugar un factor de sombras laterales tan influyente como las bancadas.

Más o menos si, Vega, es que me pierdo un poco con el álgebra, soy de letras puras.
Vamos a ver. El IDAE aconseja 4 horas sin sombras el día 21 de Diciembre. Usando las posiciones solares para ese día concreto, tanto a las 10:00 ccomo a las 14:00 horas, la proyección de sombras nos dá la separación entre bancadas paralelas. Hay que tener en cuenta que esas proyecciones no son paralelas al eje Norte-Sur debido a la posición azimutal del Sol. Hasta ahora creo que estamos todos de acuerdo.
¿Por qué 4 horas?. Entiendo que cuanto más temprano, menor es el ángulo de incidencia de los rayos solares sobre el plano de paneles y, por tanto menor rendimiento del panel; así mismo por la tarde lo mismo.
Si el plazo de tiempo viene determinado por el ángulo de incidencia del Sol sobre el plano de paneles, este ángulo viene a ser de 45º aproximadamente.
Nos vamos al 21 de Junio y tenemos un obstaculo relevante al Noroeste de nuestra instalación, que cuando proyecta sombra lateral en invierno no es contemplada dado que queda fuera del ámbito de las 4 horas. A partir de mediodía comienza a proyectar sombras hacia el Este. Por tanto afecta a algunos paneles. Conforme avanza la tarde la proyección es más larga, afecta a mas paneles. ¿Dónde me paro?, ¿hasta cuando debo contemplar ese barrido de sombras?, ¿hasta que el ángulo de incidencia sea de 45º aproximadamente?.
Ufffff. ¿habeis visto a Obelix pensando en alguna ocasión, apretandose los ojos con los dedos y sendas nubecillas de humo por las orejas? Asi estoy ahora.

Voy a ir adjuntando unas cuantas imágenes que he generado. Las he tenido que reducir mucho de resolución por que si no, no puedo subirlas y el Rapidshare y el Megaupload es un rollo. Si me paso usando espacio que me den un toque.
Comenzamos con un escorzo en el que se aprecia que a la maqueta le he añadido el muro de cerramiento de una nave colindante. No he modificado la orientación inicial que era de 38º.
Vega, trasteando con esta maqueta y el Censol, me he encontrado con un resultado muy curioso. Los paneles sobre la cubierta favorable están desviados 14º hacia el Suroeste, los de la cubierta desfavorable 30º también hacia el Suroeste. Esto lo he hecho por que en la cubierta desfavorable se reducen los barridos de sombras y por tanto caben más paneles. En total las pérdidas por desorientación oscilan sobre el 1'5% mientras que la cantidad de paneles aumenta un 8'5%.
Si este planteamiento es correcto explica el interés por mi parte en conocer y comprender el criterio para contemplar las sombras de verano.

Ahora adjunto la imagen de vista en planta del día 21 de Diciembre a las 14:00.

La del dia 21 de Junio a las 13:00 horas

Hasta ahora no hay problema. Las sombras están controladas.
Veamos que ocurre a partir de las 13:00 horas.
A las 13: ya se ve claramente el crecimiento de la sombra proyectada por la nave colindante.