Autor: Elvis Hernández
Publicado: Jue 19 de Ene de 2023
Última modificación: Sáb 27 de Ene de 2024
Ref:: 2025
Analema Solar
El analema solar es una curva imaginaria graficada en coordenas solares que describe la posición del Sol a lo largo de todo un año cuando este es observado todos los días desde un mismo punto geográfico y siempre a la misma hora.
Por ejemplo, el analema para la ubicación de mi hogar justo a la hora del mediodía (12:00) se muestra en la siguiente gráfica (figura 1):
Figura 1: Analema Solar
Analema solar para las 12 horas hora para la zona de Paraguaná, Venezuela.
En esta figura podemos observar como la posición del Sol a las doce del mediodía va cambiando a lo largo del año. La máxima elevación se consigue durante el verano, y el mínimo de elevación corresponde con los días de invierno. Conocer el analema de nuestra zona es muy importante si queremos sacar el máximo provecho de nuestros sistemas solares fotovoltaicos. Del analema podemos deducir que el ángulo de incidencia de los rayos solares sobre nuestro arreglo fotovoltaico no es el mismo a lo largo de las diferentes estaciones. El analema lo podemos utilizar para determinar cuánto y cómo debe variar la orientación de nuestro arreglo fotovoltaico para optimizar la producción de energía. Si queremos construir un sistema de seguimiento automático para nuestro sistema solar fotovoltaico, el analema nos indica exactamente los movimientos angulares que debe realizar dicho mecanismo a lo largo de todo un año.
El analema es indispensable cuando se va a realizar el diseño del sistema solar fotovoltaico, sobre todo cuando se determinan los analemas para todas las horas del día (analema diario), ya que permitirá determinar si los obstáculos naturales o artificiales afectarán de manera apreciable la producción de energía de nuestro sistema solar fotovoltaico.
Coordenadas solares
La posición del Sol se determina a partir de un sistema de coordenadas solares que utiliza dos ángulos que son: el azimut solar que se mide en grados tomando como origen el norte terrestre y que se representa con la letra griega Phi(φ) ; y el segundo ángulo, es la elevación angular del Sol que se suele denotar con la letra griega Theta(ϑ) y se mide tomando como origen el zenit. El zenit representa el punto exacto sobre nuestras cabezas, y es el que marca la vertical del lugar donde nos encontramos. En la siguiente figura (figura 2) podemos observar claramente los ángulos Phi(φ) y ϑ:
Figura 2: Sistema de coordenadas solares
Determinación del azimut solar φ y la elevación solar ϑ
El ángulo Phi(φ) tiene el origen en el norte terrestre que se corresponde con 0º, el este se corresponde con 90º, el sur con 180º y el oeste con los 270º. El ángulo ϑ se mide desde la vertical o zenit. Así, la posición del Sol se determina girando nuestro cuerpo φ grados desde el norte, y luego mirando desde la vertical ϑ grados.
El analema diario
En la figura 1 solo se muestra el analema que corresponde con las 12 horas o mediodía de mi zona durante un año completo. Pero, el analema puede, y debe ser construido para cada una de las horas que brilla el Sol en nuestra zona, y con esto obtener lo que denominamos el analema diario. En la figura 3 se muestra los cálculos de los analemas para diferentes horas del día para mi zona.
Figura 3: Analema Solar Diario
Analema calculado para cada hora para la zona de Paraguaná, Venezuela.
En esta figura se muestra el analema diario para la zona de Paraguaná (Venezuela) a intervalos de una hora, desde las 6:00 hasta las 19:00 horas. La barra vertical coloreada es para poder identificar los días en el gráfico del analema a través de los colores, donde 1 se corresponde con el 01 de enero y 365 con el 31 de diciembre. La línea naranja marca el solsticio de verano que se corresponde con el 21 de junio de cada año, y es cuando el Sol obtiene su máxima elevación durante el año. La línea verde en la parte inferior marca el solsticio de invierno que ocurre cada año el 21 de diciembre, y es cuando el Sol tiene la menor elevación angular de acuerdo con las analemas.
La información más relevante que podemos extraer de los analemas diarios es la elevación del Sol a las diferentes horas del día a lo largo de todo el año. Esta información puede ser muy útil para determinar si ciertos obstáculos naturales (como montañas o bosques) o artificiales (como edificios, estructuras, etc.) crearán algún tipo de efectos de sombreado en nuestros arreglos fotovoltaicos. Por ejemplo, si vivimos cerca de alguna montaña y sabemos la altura angular, medida desde la posición de nuestro arreglo fotovoltaico, con el analema diario podemos estimar con mucha precisión cuánto afectará la producción de energía la sombra de esa montaña a lo largo de todo el año.
En cualquier caso, el analema diario es un elemento esencial durante el diseño e instalación de los sistemas solares fotovoltaicos.