Comprender cómo se mide la luz solar para evaluar y monitorear los sistemas fotovoltaicos (FV) es fundamental. Para ello, en esta sencilla guía, desglosaremos los tipos de irradiancia solar (POA, GHI, DHI y DNI), su significado, cómo se miden y qué dispositivos utilizar.
¿Qué es la irradiancia solar?
Irradiación solar significa la cantidad de luz solar que llega a una superficie, generalmente medida en vatios por metro cuadrado (W/m²).
En la energía solar, necesitamos medir la luz solar para determinar cuánta energía pueden producir nuestros paneles. Existen cuatro tipos principales de irradiancia solar utilizados en la monitorización de la energía solar fotovoltaica:
- POA (Plano de Matriz)
- GHI (Irradiancia horizontal global)
- DHI (Irradiancia horizontal difusa)
- DNI (Irradiancia Normal Directa)
Discutiremos cada uno de ellos y traeremos algunos ejemplos reales para simplificarlos y entenderlos bien.
Irradiancia del POA (plano de matriz)
La irradiancia POA es la luz solar total que incide sobre la superficie de los paneles solares. Es muy importante porque indica cuánta luz reciben los paneles en su posición real (inclinación y dirección).
En palabras simples, se puede considerar como la luz solar que sus paneles solares realmente ven y utilizan.
¿Qué incluye?
- Luz solar directa (directamente del sol)
- Luz difusa (dispersada desde el cielo)
- Luz reflejada (del suelo o del entorno)
Nota: no debemos mezclar entre luz difusa y DHI, porque POA incluye luz difusa, pero no exactamente la DHI medida en una superficie plana, es la luz difusa cuando cae sobre los paneles inclinados.
¿Cómo se mide?
Con un sensor montado con la misma inclinación y dirección que los paneles. Normalmente, los sensores utilizados son las celdas de referencia fotovoltaicas o sensores de irradiancia fotovoltaica, ya que están compuestos por una celda en miniatura de paneles solares y se comportan de la misma manera que los paneles solares fotovoltaicos, además de tener la misma respuesta espectral.
Sensor de irradiancia y piranómetro para medir POA
Por qué es importanteAyuda a calcular cuánta energía deberían producir tus paneles. Si la POA es alta, pero la producción es baja, algo falla.
A continuación, se muestra un pequeño ejemplo de cómo calcular la irradiancia POA: Consideremos un sistema fotovoltaico con DNI = 800 W/m², DHI = 150 W/m², ángulo cenital solar (θz): 40° y ángulo de incidencia (θ): 20°.
- Sabiendo que POA = DNI⋅cos(θ)
- POA = 800⋅cos (20∘) = 800⋅94
- Por lo tanto, POA = 752 W/m2
GHI (Irradiancia horizontal global)
GHIEs la cantidad total de luz solar que incide sobre una superficie plana (como el suelo o un tejado plano). Incluye:
- luz solar directa
- Luz difusa (dispersa)
Cómo se mide:
Con un sensor colocado horizontalmente. Aquí se trata del piranómetro de termopila, un dispositivo diseñado para medir la radiación solar sobre una superficie. Se monta horizontalmente para captar toda la luz solar que incide sobre ella.
Calculemos la irradiancia GHI Teniendo en cuenta el mismo sistema fotovoltaico que utilizamos para calcular la irradiancia POA, pero esta vez necesitamos la irradiancia DHI y el ángulo cenital solar (θz), que son respectivamente 150 y 40°.
- Sabiendo que GHI = DHI + DNI·cos (θz)
- GHI = 150 + 800·cos (40°) ˜150 + 800·766
- Por lo tanto, GHI = 762,8 W/m2
DHI (Irradiancia horizontal difusa)
DHI es la luz solar que se dispersa en el cielo, no que proviene directamente del sol. En pocas palabras, mide la luz solar tenue que llega a los paneles solares incluso cuando está nublado o el sol está bloqueado, como la luz que ilumina el cielo, aunque no se vea el sol.
¿Cómo se mide el DHI?
Se mide con un piranómetro, igual que el GHI. PERO: Debe estar a la sombra para bloquear la luz solar directa. De esta manera, el sensor solo mide la luz difusa (dispersa) proveniente del cielo.
DNI (Irradiancia Normal Directa)
El DNI es la luz solar que proviene directamente del sol, como el haz de luz de una linterna. El DNI nos indica la intensidad de la luz solar directa cuando el sensor apunta directamente al sol.
¿Cómo se mide el DNI?
Se mide mediante un sensor especial llamado pirheliómetro. Este se monta sobre un seguidor solar que sigue constantemente la posición del sol en el cielo. Tiene un campo de visión estrecho, por lo que solo mide el haz directo del sol y excluye la luz dispersa.
Nota: Un pirheliómetro es el único instrumento que mide con precisión el DNI.
Cálculo práctico del DNI y el DHI
Consideremos un sistema fotovoltaico con los siguientes valores medidos:
- GHI = 762,8 W/m2
- POA = 752 W/m2
- Ángulo cenital solar (θz): 40°
- Ángulo de incidencia (θ): 20°
Las fórmulas de cálculo son:
- DNI=POA / cos(θ)
- DHI=GHI-DNI⋅cos(θz)
Entonces;
DNI= 752/cos (20∘) => DNI≈800⋅0.94 W/m2
DHI = 762.8−800.26×cos (40∘) => DHI≈149.76W/m2
Estos cálculos rápidos muestran cómo cada tipo de luz solar (directa, difusa y reflejada) trabaja en conjunto para constituir la energía total que reciben sus paneles solares.
Resumen informativo
| Tipo de irradiancia | Definición | Instrumento de medición | Orientación | Requisito de clase A según IEC 61724-1:2021 |
| Irradiancia del POA | Irradiancia total en el plano del módulo fotovoltaico | Piranómetro de termopila Sensores de irradiancia o celdas de referencia fotovoltaicas | La misma inclinación que los paneles | Requerido |
| GHI | Irradiancia total sobre una superficie horizontal | Piranómetro de termopila | Plano/horizontal | Requerido |
| DHI | Irradiancia difusa sobre una superficie horizontal | Piranómetro de termopila sombreada | Horizontal con dispositivo de sombreado | Opcional |
| DNI | Irradiación del haz directo perpendicular al sol | Pirheliómetro en seguidor solar | Normal al sol | Opcional |