Nuevos desarrollos teóricos en la captación solar en estructuras fijas y móviles

Resumen

1. introducción o motivación de la tesis La irradiancia solar es una variable fundamental para la caracterización del recurso solar como fuente de energía. La escasez de datos de esta variable ha provocado que se hayan desarrollado modelos explicativos de la misma (modelos isotrópicos, anisotrópicos, etc.). Sin embargo, los modelos de irradiancia solar han sido hasta la fecha poco explotados en la generación de conocimiento de pautas relativas a una captación óptima. De manera particular, esta falta de desarrollo se manifiesta en el estudio de seguidores solares de instalaciones fotovoltaicas y en la radiación incidente sobre edificios de núcleos urbanos. Matemáticamente, las ecuaciones que rigen los modelos de irradiancia pueden ser derivadas respecto de las variables de posición y, de esta manera, generar resultados de movimiento que optimizan la captación y, por tanto, la producción energética. Asimismo, la explotación de estos modelos permite explicar resultados conocidos en el ámbito energético sostenible. Valga como ejemplo el caso de los seguidores solares basados en la maximización de la captación solar que presentan mejores tasas de generación energética que los basados en seguimiento astronómico. En las instalaciones fotovoltaicas con seguidores solares aparecen durante las horas de altura solar baja, sombreos entre colectores que provocan una drástica caída de producción. Por otro lado, la creciente necesidad de mejorar la sostenibilidad ambiental y energética de los edificios implica el aprovechamiento de la radiación solar incidente en sus superficies. Sin embargo, en las ciudades esta tarea se complica debido a la geometría constructiva que provoca el sombreo entre los edificios 2.contenido de la investigación Esta tesis presenta la deducción analítica de las ecuaciones genéricas y unificadas de movimiento de seguidores solares. Muestran como novedad ser más genéricas, permitiendo la optimización del posicionamiento en instalaciones fotovoltaicas aprovechando las componentes difusa y reflejada de la irradiancia frente a las habitualmente publicadas que solo tienen en cuenta la posición del sol (ecuaciones de movimiento astronómico). Esta tesis presenta una nueva estrategia óptima de seguimiento que evita la creación de estas sombras. El método propuesto determina si hay o no sombra entre los colectores de una instalación. Por lo tanto, cuando los colectores no están sombreados, se propone una trayectoria de seguimiento para obtener la máxima irradiancia en los colectores. Cuando los colectores estuviesen sombreados se propone el retroseguimiento. En el contexto de la necesidad de mejora de la sostenibilidad urbana, esta tesis presenta un estudio del acceso solar a las fachadas de los edificios de las ciudades. La metodología se basa en la determinación de la radiación solar anual incidente en 121 puntos significativos de cada fachada considerando los doce días más representativos del año. Para caracterizar la influencia de las diferentes tipologías de edificaciones respecto al acceso solar, se propone el Coeficiente Solar Urbano (relación entre la irradiancia recibida en un punto de un edifico y la total recibida en el barrio en que se encuentra dicho edificio). Se ha analizado un estudio en dos barrios de Córdoba (España) con diferentes entornos urbanos. En concreto, se han comparado dos tipologías de barrios: uno con "bloques en forma de L" y "bloques en forma de U" y otro con "bloques agrupados". 3.conclusión El análisis de los resultados obtenidos refuta la idea axiomática, ampliamente difundida por numerosos autores, que establece como seguidor ideal en instalaciones fotovoltaicas aquel que procura el mejor alineamiento posible con los rayos solares directos. La producción energética en las plantas con el novedoso método de retroseguimiento puede ser un 1,31% superior a la de instalaciones fotovoltaicas con seguimiento astronómico y sin intersombreo. Además, este método permite estudiar instalaciones para las que actualmente no existen enfoques publicados, como instalaciones con colectores no rectangulares o aquellas situadas en terrenos con topografía no plana. Para los barrios analizados se ha calculado el Coeficiente Solar Urbano, obteniendo un valor medio superior para el barrio con "bloques en forma de L" y "bloques en forma de U" (0,317) que para el barrio con "bloques agrupados" (0,260). En consecuencia, los resultados muestran que la morfología urbana puede influir en el Coeficiente Solar Urbano y el acceso solar. Finalmente, se ha obtenido un modelo de regresión para cada barrio con el fin de determinar la dependencia del Coeficiente Solar Urbano respecto a los factores geométricos del barrio. 4. bibliografía Fernández-Ahumada, L.M.; Casares, F.J.; Ramírez-Faz, J.; López-Luque, R. Mathematical study of the movement of solar tracking systems based on rational models. Sol. Energy 2017, 150, 20–29. ISSN 0038-092X. https://doi.org/10.1016/j.solener.2017.04.006 Fernández-Ahumada, L.M.; Ramírez-Faz, J.; López-Luque, R.; Varo-Martínez, M.; Moreno-García, I.M.; Casares de la Torre, F. A novel backtracking approach for two-axis solar PV tracking plants. Renew. Energy 2020, 145, 1214–1221. ISSN 0960-1481, https://doi.org/10.1016/j.renene.2019.06.062. Fernández-Ahumada, L.M.; Ramírez-Faz, J.; López-Luque, R.; Márquez-García, A.; Varo-Martínez, M. A Methodology for Buildings Access to Solar Radiation in Sustainable Cities. Sustainability 2019, 11. ISSN: 2071-1050. doi:10.3390/su11236596. 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