Movimientos de la Tierra y Geometría Solar.
Puntos cardinales y coordenadas geográficas.
Puntos Cardinales.
En cartografía y geografía para poder ubicar un punto dentro del mapa terrestre se utilizan diferentes herramientas, las cuales ayudan a proporcionar un sistema de referencias y orientación de forma precisa sobre la superficie terrestre. Estas herramientas hoy en día resultan fundamentales para diversas disciplinas como la navegación, la cartografía, energía fotovoltaica, etc. Dentro de estas herramientas tenemos los «Puntos cardinales» y «Coordenadas geográficas».
Los puntos cardinales son un sistema de referencias de «4 principales direcciones» de dentro de un sistema de orientación y navegación. Estos puntos son:
Norte: Es el punto cardinal que indica la dirección hacia el norte. Utiliza como referencia al «polo norte geográfico», se representa con la letra «N». Las agujas de las brújulas apuntan hacia el norte magnético que tiene una pequeña variación respecto al norte geográfico.
Sur: Es el punto cardinal que apunta en la dirección opuesta al norte «N», se representa con la letra «S». Existen algunas «brújulas invertidas» que apuntan hacia el sur magnético.
Este: Es el punto cardinal el cual su dirección de referencia apunta donde «aparece el Sol» durante las mañanas, se representa con la letra «E». En las brújulas el Este se encuentra a 90° hacia la derecha del norte.
Oeste: Es el punto cardinal el cual su dirección de referencia apunta donde se «esconde el Sol» durante la tarde, se representa con la letra «O». En las brújulas el Oeste se encuentra a 90° a la izquierda del norte.
Estos puntos cardinales proporcionan una referencia básica y universal para indicar direcciones en cualquier lugar del planeta. También se emplean para describir direcciones y en el lenguaje diario para indicar la ubicación de lugres u objetos. Existen diferentes puntos cardinales que se generan a partir de estos 4 puntos principales, definidos a partir de su diferencia angular respecto de los mismos.
Coordenadas Geográficas.
Las coordenadas geográficas son un sistema de referencia utilizado para «ubicar puntos (lugares)» en el plano de la superficie terrestre. Principalmente este sistema se basa en 2 medidas principales, «latitud» y longitud»:
Latitud: Es una medida angular que indica la ubicación de un punto sobre la superficie terrestre en relación con la «línea del Ecuador» (latitud 0°). Se mide en grados que puede variar entre los 0° hasta los 90° en los polos sur y norte.
La latitud se utiliza para poder determinar la distancia de un punto al sur o al norte del Ecuador. Los valores negativos corresponderán a las distancias en el hemisferio sur (0°/-90°) y los valores positivos corresponderán al hemisferio norte (0°/90°).
El clima, la duración del día y la noche y otros factores relacionados con la geografía y la astronomía vararían dependiendo de cada latitud.
Longitud: Es una medida angular que indica la posición de un punto en la superficie terrestre en relación con el «meridiano de Greenwich». Se mide en grados y va desde los 0° en el meridiano de Greenwich hasta los 180° hacia el oeste y 180° hacia el este.
La longitud se utiliza para medir la distancia de un punto al oeste o este respecto al meridiano 0°, los valores negativos corresponde a las direcciones en el oeste (0°/-180°) y los valores positivos corresponden al este (0°/180°).
La longitud tiene implicancia en la determinación de la hora local, además las líneas de longitud también conocidas como meridianos se utilizan para dividir la Tierra en husos horarios, lo que permite tener una referencia común para la hora en diferentes lugares del planeta.
Líneas Imaginarias.
Las «líneas imaginarias» corresponde a conceptos utilizados en geografía y geometría para dividir y referenciar la superficie de nuestro planeta, la Tierra. Se le llama líneas imaginarias puesto que no existen físicamente en el terreno, sin embargo resultan fundamentales para la representación y la ubicación de lugares dentro de mapas y globos terráqueos, algunas de la líneas imaginarias más importante son las siguientes:
Ecuador: La línea del Ecuador es una línea horizontal que divide la tierra en 2 mitades, la mitad superior es denominada «hemisferio norte» y la mitad inferior es denominada «hemisferio sur», esta ubicado a una «latitud» 0° y es la referencia para medir «latitud».
Trópicos: Hay 2 trópicos principales en la Tierra, el «Trópico de Cancer» que se representa con una línea imaginaria ubicada aproximadamente a los 23,5° de «latitud» en el hemisferio norte y el «Trópico de Capricornio» que se representa con una línea imaginaria ubicada aproximadamente a los 23,5° de «latitud» en el hemisferio sur. Estas líneas marcan el punto mas al sur y mas al norte donde el sol puede estar directamente sobre la cabeza del observador durante el solsticio de verano.
Círculos polares: Corresponde a 2 líneas imaginarias ubicadas de manera paralela a la línea del Ecuador y los Trópicos. El «Circulo polar Antártico» está ubicado aproximadamente a los 66° de «latitud» en el hemisferio sur y el «Circulo polar Ártico» está ubicado aproximadamente a los 66° de «latitud» en el hemisferio norte. Estos puntos marcan los lugares mas al sur y mas al norte donde la tierra por al menos una vez al año, recibe luz solar por más de 1 día de forma continua mientras que en el otro circulo polar no hay luz solar por mas de 1 día de forma continua.
Meridiano de Greenwich: La línea imaginaria de Greenwich es una línea vertical, está ubicada en Greenwich, Londres y representa la «longitud» 0° que se utiliza como referencia para medir la «longitud». Esta línea también se utiliza como estándar internacional para establecer las diferencias horarias.
Eje terrestre: Es una línea imaginaria que atraviesa verticalmente la tierra desde el polo sur hasta el polo norte pasando por el centro de la misma, esta línea representa el eje sobre el cual se genera la «rotación» de la Tierra dando origen al día y la noche.
Altura y posición del Sol.
Declinación Solar.
La altura y la posición del Sol varían a lo largo del día debido a la «rotación» de la tierra y también a lo largo del año debido a la «declinación solar». Estos cambios son especialmente notables en diferentes latitudes dependiendo la época del año.
La «declinación solar» es la denominación que se le da a la posición angular del Sol respecto a la línea del Ecuador. Es el ángulo entre la línea del Ecuador la línea imaginaria que conecta el centro del Sol con el centro de la Tierra. La declinación solar varía a lo largo del año debido a la inclinación del eje terrestre. En los solsticios de verano e invierno la declinación solar alcanza su inclinación máxima de aproximadamente 23,5° con valores positivos y negativos dependiendo de cada hemisferio. En los equinoccios de primavera y otoño, la declinación solar es cero y el centro del Sol se encuentra en el plano del Ecuador.
La declinación solar tiene incidencia directa sobre la posición aparente del Sol en el cielo y en la duración del día en diferentes latitudes. En el hemisferio sur cuando la declinación solar es la máxima positiva 23,5° el Sol alcanza su altura máxima en las diferentes latitudes y serán los días con mayor cantidad de horas con luz solar en el año. Al mismo tiempo en el hemisferio norte la declinación solar será la máxima negativa -23,5°, el Sol alcanzará su altura mínima para todas las latitudes dando como resultado los días con menos luz solar en el año.
La declinación solar se expresa en grados, minutos y segundos de arco. Varia en 23,5° en el hemisferio sur en el solsticio de verano y -23,5° en el hemisferio norte en el solsticio de invierno. Es importante tener en cuanta que la declinación solar es un concepto astronómico utilizado para calcular la posición del Sol en el cielo y comprender los fenómenos relacionados con el clima y la duración del día.
Altura Solar.
La altura solar es un término utilizado en principalmente en astronomía y navegación para hacer referencia al ángulo vertical entre el Sol y el horizonte del observador en algún punto de la Tierra. La altura solar se mide desde el horizonte hacia arriba, siendo 0° en el horizonte del observador y 90° en el punto de máxima altura del Sol al medio día en el cenit solar (en la latitud 0°). La altura solar variará dependiendo de cada latitud, también del día del año y de la hora. La altura solar es mayor en las latitudes cercanas a la línea del Ecuador, y esta altura disminuye a medida que las latitudes se acercan a los polos de ambos hemisferios.
La altura solar máxima: Corresponde al ángulo máximo que alcanza el Sol en el cielo durante el día en un lugar determinado, esta altura máxima se alcanzará en los solsticios de verano. La altura solar máxima varía dependiendo de dos factores, la latitud del lugar y la declinación solar máxima (23,5°).
La altura solar mínima (en el cenit): Corresponde al ángulo más bajo que alcanza el Sol en el cielo durante el día (en el cenit) en el lugar determinado, esta altura mínima se dará en los solsticios de invierno para cada hemisferio respectivamente. La altura solar mínima depende de los mismos dos factures que la altura solar máxima, la latitud del lugar y la declinación solar mínima (-23,5°).
Azimut e Inclinación.
Azimut.
Para poder ubicar un punto determinado sobre la Tierra en navegación, cartografía, astronomía y otros campos de estudio se utiliza el «Azimut», el azimut describe la dirección o ubicación considerando el norte geográfico como referencia. Es la medida angular en grados, entre el norte geográfico y el objeto en cuestión. El Norte geográfico es el azimut 0° para el hemisferio sur y el ángulo máximo será el sur que represente un azimut de180°, siendo valores negativos los ángulos o direcciones ubicadas al lado Este, la dirección Este tendrá un azimut de -90° y valores positivos a los ángulos o direcciones ubicadas al lado Oeste, la dirección Oeste tendrá un azimut de 90°.
Para obtener el mayor potencial de irradiancia en energía fotovoltaica, los paneles idealmente se ubican con un azimut 0° (+/-5°), esto permite que la superficie captadora transforme la irradiancia de mayor potencia del día, recibiendo los rayos de manera perpendicular directamente del sol al medio día solar. Si los paneles se instalan con un azimut 90° o -90° recibirán la irradiancia de la tarde o la mañana y esta es mucho menor a la irradiancia del medio día solar. Dependiendo del azimut de los paneles fotovoltaicos dependerá la cantidad de energía solar que puede transformar en energía eléctrica.
Aunque lo ideal es instalar los paneles fotovoltaicos con un azimut de 0°, siempre se deben de considerar las características del lugar de la instalación, ya que de estas terminara dependiendo el azimut de los paneles fotovoltaicos. Existen lugares como la costa donde generalmente por las mañanas está nublado, si ubicamos los paneles con una azimut 0° perderemos varias horas de la mañana en que los paneles no transforman energía debido a que no hay radiación suficiente, en estos cados es preferible considerar un azimut de unos 55°, con este azimut no tendremos generación de energía por las mañanas, sin embargo transformaremos energía desde un poco antes del medio día hasta que prácticamente que el Sol se ponga.
También hay situaciones donde habrán obstáculos que proyectarán sombras sobre nuestros paneles fotovoltaicos las cuales pueden ser producidas por cerros, árboles, edificios, etc. Debemos definir el azimut ideal para cada instalación dependiendo de diferentes factores asociados al lugar donde realizaremos nuestra instalación fotovoltaica.
Ángulo óptimo (inclinación).
Para optimizar la generación de energía que pueden transformar los paneles fotovoltaicos debemos considerar el mejor «ángulo de inclinación» para que nuestro sistema de captación de energía reciba perpendicularmente los rayos de luz directamente desde el Sol. El El ángulo de inclinación dependerá principalmente de dos factores:
Latitud: la altura solar dependerá de latitud del lugar donde se realizará la instalación de los paneles fotovoltaicos, por lo cual para poder optimizar la generación de energía el «ángulo óptimo» de la inclinación de los paneles será similar a los grados de la latitud del lugar. el ángulo será mayor para sistema aislados de la red (se considera la altura mínima del sol) y será menor para sistemas conectados a la red
Diagrama de consumo: Se debe considerar en que época del año el usuario tiene su mayor demanda de energía, hay situaciones donde en cierta épocas del año el consumo es mucho mayor que al consumo de energía promedio. Si el consumo es mayor en en verano el ángulo óptimo de inclinación de los paneles será menor al ángulo de la latitud del lugar, si el consumo es mucho mayor en otoño y/o primavera el ángulo óptimo será igual a la latitud del lugar, y si el consumo es mucho mayor en invierno el ángulo óptimo de inclinación será mayor al ángulo de la latitud del lugar.
