Antonio Sarmiento Sera
Doctor en Ciencias Técnicas.
Profesor Titular del Centro de Estudio
de Tecnologías Energéticas Renovables
(CETER). Miembro de CUBASOLAR.
Tel.: (537) 2605060
E-mail: sarmiento@ceter.cujae.edu.cu


Una unidad de medida que comienzan a conocer los cubanos beneficiados con instalaciones solares fotovoltaicas.

Esta unidad denominada hora solar pico es muy usada en el campo de la energía solar fotovoltaica y su conocimiento resulta útil en el análisis de sistemas fotovoltaicos, como los instalados en las escuelas primarias rurales o en los consultorios del Médico de la Familia.

El origen e interpretación de la hora solar pico puede comprenderse a partir de las siguientes consideraciones:
La irradiancia solar sobre la superficie terrestre en un día cualquiera puede tener un comportamiento como el mostrado en la figura 1. La presencia de las nubes modifica esta distribución, pero en el presente análisis, no resulta esencial y no será tomada en cuenta.

La característica de esta distribución cambia según el verano o el invierno, algo también importante para un análisis integral a lo largo del año, pero para la interpretación de la hora solar pico mantendremos como referencia la distribución mostrada en la figura 1, como ejemplo de un día cualquiera.


Fig. 1. Distribución horaria de la irradiancia solar
en un día sin nubes.

El cálculo de la energía total recibida en un metro cuadrado de superficie terrestre (o de un panel fotovoltaico) horizontal, es representado por el área bajo la curva de la figura 1, por lo que debe obtenerse un valor de 5 000 Wh/m2 o 5 kWh/m2.

Este valor de 5 kWh/m2 resulta de la suma o integración de la energía incidente en cada hora, tanto los menores valores de las horas tempranas o tardes del día, como los de mayores valores del mediodía.

Con el objetivo de facilitar los cálculos, se considera el caso hipotético de un Sol que logre una irradiancia constante de 1 000 W/m2, durante un relativo corto tiempo, pero de modo tal que la energía total que incidirá sobre el metro cuadrado considerado, durante todo el día, fuera igual a la que produce el Sol verdadero.

En la figura 2 se ha representado el efecto del Sol hipotético actuando desde las 9:30 a.m. hasta las 2:30 p.m., es decir, un tiempo total de 5 horas.Gráficamente, las áreas bajo las curvas son iguales, ya que ambas representan la misma energía total incidente.


Fig. 2. Distribución horaria de la irradiancia solar en un caso
real (1) y otro hipotético (2).

El tiempo que requiere ese Sol hipotético de 1 000 W/m2, será el número de hora solar pico [n (HSP)]. En el ejemplo mostrado resultan 5 HSP.

Por otra parte, la potencia de los paneles fotovoltaicos se especifica en watt pico (Wp), lo cual representa la potencia eléctrica que entrega el panel, cuando la irradiancia sobre él es de 1 000 W/m2 (estándar o norma de certificación) con un espectro o composición similar a la radiación solar, y con una temperatura de 25 ºC.

Para calcular la energía total incidente en el día del ejemplo y un metro cuadrado, se tienen dos métodos:
1. Irradiación = Área bajo la curva 1.
2. Irradiación = Área bajo la curva 2.

Evidentemente, el cálculo es más simple por el segundo método, ya que:
Irradiación = (ancho) x (alto) = n (HSP) x 1 000 W/m2.
Utilizando ahora la unidad kW y precisando que n (HSP) = 5 h.
Irradiación = 5 h x 1 kW/m2 = 5 kWh/m2.

Obsérvese que el valor numérico de 5 (en kWh/m2), es igual al número de hora solar pico. Debe señalarse que esto último es sólo válido con las unidades aquí utilizadas y gracias al valor unitario de 1 kW/m2, por lo que al caracterizar la irradiación solar del día analizado, puede hacerse por: 5 kWh/m2 o 5 HSP.

El objetivo práctico de todo lo anterior se observa al realizar el análisis o cálculo de la energía que produce un panel, a partir de una irradiación solar concreta.
Para calcular la energía eléctrica que produce, por ejemplo, un panel fotovoltaico de
165 Wp, en un día caracterizado por 5 kWh/m2, el procedimiento es:

1. El valor de 5 kWh/m2 se interpreta como 5 HSP.
2. La energía diaria se calcula por:
Energía diaria = potencia x tiempo.
Energía diaria = 165 Wp x 5 h =825 Wh.

El cálculo es correcto, pues los 165 Wp se certificaron con una irradiancia de 1 kW/m2, lo cual coincide con la definición de HSP.

Obsérvese que en este procedimiento no se requiere conocer ni introducir el área del panel, ni su eficiencia (lo cual hubiera sido necesario con el método 2); sólo se requiere conocer la potencia del panel (en Wp) y la irradiación solar (en kWh/m2), la cual se interpretará numéricamente en HSP. Todo esto simplifica el proceso.

Debe aclararse para el ejemplo (y en general) que 5 HSP no significa que existan 5 horas de Sol. En la figura 2 se puede observar que existen unas 12 horas de Sol. Las 5 horas se refieren a un Sol hipotético de 1 000 W/m2 que logra, en sólo 5 horas, producir la misma irradiación que logra el Sol verdadero en 12 horas.

Por último, puede ilustrarse la capacidad de los 825 Wh al considerar como consumo energético para una escuela primaria rural, sin computadora, el siguiente:

Un equipo de vídeo de 30 W, trabajando 4 horas diarias = 120 Wh.
Un televisor de 80 W, trabajando 4 horas diarias = 320 Wh.
Dos lámparas de 15 W cada una, trabajando 8 horas diarias = 240 Wh.
Pérdidas del sistema (inversor, regulador, baterías, cables) = 20 Wh.
Reserva = 125 Wh.