Ángulos geométricos solares

Todos estos ángulos son críticos para el cálculo de la energía solar en cualquier superficie determinada en alguna orientación. Para calcular el balance de energía en cualquier escala de tiempo con respecto a la radiación solar incidente, se deben conocer las relaciones geométricas que definen las realidades esféricas del movimiento planetario en relación con el sol para superficies inclinadas específicas del planeta. Cada pieza se define en relación con otra pieza. Por ejemplo, un panel solar puede tener una inclinación, beta, pero esa inclinación es relativa a la superficie horizontal del planeta, no relativa al sol. Los símbolos griegos, a menudo con un subíndice, se utilizan para garantizar la claridad mediante identificadores únicos para cada ángulo. Además, la convención de signos para cada ángulo es fundamental, ya que un signo u origen incorrecto puede generar resultados drásticamente incorrectos. Tenga cuidado al realizar cálculos para asegurarse de que cada ángulo y signo sea correcto.

Tabla 1.1 – Ángulos generales
medida angular	Símbolo	Convención de rango y signos
Ángulo de altitud	α(alfa)	0^oa + 90^o; horizontal es cero
Ángulo de azimut	γ(gama)	0^oa + 360^o; en el sentido de las agujas del reloj desde el origen norte
Azimut (alternativo)	γ(gama)	0^oa ±180^o; cero (origen) mira hacia el ecuador, Este es + ive, Oeste es – ive

Tabla 1.2 – Ángulos Tierra-Sol
medida angular	Símbolo	Convención de rango y signos
Latitud	ϕ(fi)	0^oa ± 90^o; El hemisferio norte es +ive.
Longitud	λ(lambda)	0^oa ± 180^o; El primer meridiano es cero, el oeste es -ive.
Declinación	δ(delta)	0^oa ± 23,45^o; El hemisferio norte es +ive.
Ángulo horario	ω(omega)	0^oa ± 180^o; El mediodía solar es cero, la tarde es +ive, la mañana es -ive.

Tabla 1.3 – Ángulos del observador del Sol
medida angular	Símbolo	Convención de rango y signos
Ángulo de Altitud Solar (complemento)	α_s= 1 – θ_z(alfa_ses el complemento de theta_z)	0^oa + 90^o
Ángulo de azimut solar	γs(gama_s)	0^oa + 360^o; en el sentido de las agujas del reloj desde el origen norte
Ángulo cenital	θz(theta_z)	0^oa + 90^o; vertical es cero

Tabla 1.4 – Ángulos Colector-Sol
medida angular	Símbolo	Convención de rango y signos
Ángulo de altitud de la superficie	α(alfa)	0^oa + 90^o; horizontal es cero
Pendiente o Inclinación (de la superficie del colector)	b(beta)	0^oa + 360^o; en el sentido de las agujas del reloj desde el origen norte
Ángulo de azimut de superficie	γ(gama)	0^oa ±180^o; cero (origen) mira hacia el ecuador, Este es + ive, Oeste es – ive
Ángulo de incidencia	θ(fi)	0^oa + 90^o
Ángulo de mirada (complemento)	α=1-θ(alfa)	0^oa + 90^o

FREQUENTLY ASKED QUESTIONS

What are the key solar geometric angles required for calculating solar energy on a surface?

The key solar geometric angles required for calculating solar energy on a surface include the tilt angle (β), solar altitude angle (α), solar azimuth angle (γ), incident angle (θ), and surface azimuth angle (ψ). These angles are critical for determining the energy balance across any time scale with respect to the incident solar radiation.

Why is it important to define each solar geometric angle relative to another angle?

Defining each solar geometric angle relative to another angle ensures that the calculations are accurate and consistent. For example, the tilt angle (β) of a solar panel is defined relative to the horizontal surface on the planet, not relative to the sun. This approach helps to avoid errors and ensures that the angles are correctly referenced to each other.

What is the significance of Greek symbols with subscripts in solar geometric angle calculations?

Greek symbols with subscripts are used to ensure clarity and uniqueness in identifying each solar geometric angle. This notation helps to avoid confusion between similar-looking angles and ensures that each angle is correctly referenced in calculations. For example, β (beta) is used to represent the tilt angle, while α (alpha) represents the solar altitude angle.

Why is the sign convention critical in solar geometric angle calculations?

The sign convention is critical in solar geometric angle calculations because an incorrect sign or origin can lead to drastically incorrect results. For example, a negative sign for the tilt angle (β) may indicate a south-facing surface, while a positive sign may indicate a north-facing surface. Care must be taken to ensure that each angle and sign is correct to avoid errors in calculations.

How do solar geometric angles vary with respect to the time of day and year?

Solar geometric angles vary with respect to the time of day and year due to the Earth’s rotation and orbit around the sun. The solar altitude angle (α) and solar azimuth angle (γ) change throughout the day, while the tilt angle (β) remains constant for a fixed surface. The incident angle (θ) and surface azimuth angle (ψ) also vary with the time of day and year. Accurate calculations must account for these changes to determine the energy balance across any time scale.

Can solar geometric angles be calculated using astronomical formulas?

Yes, solar geometric angles can be calculated using astronomical formulas that take into account the Earth’s rotation, orbit, and axial tilt. These formulas can be used to calculate the solar altitude angle (α), solar azimuth angle (γ), and other solar geometric angles for a given location and time. However, care must be taken to ensure that the formulas are correctly implemented and that the input parameters are accurate.

How do solar geometric angles impact the performance of solar panels?

Solar geometric angles have a significant impact on the performance of solar panels. The tilt angle (β) and surface azimuth angle (ψ) affect the amount of incident solar radiation that reaches the panel, while the incident angle (θ) affects the angle at which the radiation strikes the panel. Optimizing these angles can improve the energy output of solar panels, while incorrect angles can lead to reduced performance and energy losses.