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MEDICIÓN DEL RECURSO SOLAR
Diego Vaca Paredes
Mayo del 2015
AGENDA
1. Introducción
El espectro electromagnético
Irradiación e irradiancia – Unidades.
Tipos de radiación solar.
2. Medición del recurso solar
Instrumentos de medición más usuales.
Otros instrumentos de medición.
Instalación.
Mantenimiento.
Fuentes de información del recurso solar.
AGENDA
1. Introducción
El espectro electromagnético
Irradiación e irradiancia – Unidades.
Tipos de radiación solar.
2. Medición del recurso solar
Instrumentos de medición más usuales.
Otros instrumentos de medición.
Instalación.
Mantenimiento.
Introduction
"We need to bring sustainable energy to
every corner of the globe with
technologies like solar energy mini-grids,
solar powered lights, and wind turbines.
-Ban Ki-moon
Current Secretary-General of the United Nations
El sol - generalidades
El sol - generalidades
El espectro electromagnético
• Radiación electromagnética: Es un tipo de campo
electromagnético que se propaga en forma de onda
para transportar energía de un sitio a otro.
• Característica de onda:
– longitud de onda (l), frecuencia (v)
• Características de partícula:
– Fotón (energía hv)
El espectro electromagnético
Fuente: http://www.electromagneticos.es/
El espectro electromagnético
Fuente: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Solar_Spectrum.png
Irradiación e irradiancia - Unidades
• Irradiancia: Valor instantáneo de la radiación
solar por unidad de superficie (W/m2)
• Irradiación: Valor de la energía de la radiación
solar por unidad de superficie (Wh/m2)
Fuente: http://www.oocities.org/imosolar/cont-7.htm
Tipos de radiación solar
• Definiciones:
• Radiación Directa: Radiación solar
que incide directamente sobre una
superficie. Se presenta con cielo
despejado.
• Radiación difusa: Radiación solar
reflejada y difuminada por algún
medio que incide sobre una
superficie.
• Radiación global: Radiación solar
total que incide sobre una
superficie.
Tipos de radiación solar
Fuente: Pacco, K. La energía solar fotovoltaica y sus aplicaciones
AGENDA
1. Introducción
El espectro electromagnético
Irradiación e irradiancia – Unidades.
Tipos de radiación solar.
2. Medición del recurso solar
Instrumentos de medición más usuales.
Otros instrumentos de medición.
Instalación.
Mantenimiento.
Fuentes de información del recurso solar.
Instrumentos de medición
Salida
Efecto Físico
Aplicación
Termal
Absorción que
produce aumento de
temperatura
Piranómetro
Pirheliómetro
Eléctrica
Efecto foto - eléctrico
Luxúmetro
Piranómetro de silicio
(fotodiodo)
Óptica
Fluorescencia de
ciertos elementos
dependiendo de la
longitud de onda
Sensores de radiación
UV
Molecular
Cambio químico
Papel fotográfico
Fuente: Rosemann, R. A guide to solar radiation measurement
Instrumentos de medición
Instrumentos de medición
• Piranómetro: Instrumento para medir la
radiación solar global en un rango espectral de
300 nm a 3000 nm. Esto quiere decir, parte de
radiación ultravioleta hasta radiación infrarroja.
Termopila
Fotodiodo
Fuente: Rosemann, R. A guide to solar radiation measurement
Instrumentos de medición - Termopila
• Segunda clase (Second class)
– Tiempo de respuesta: < 60 seg.
– Precisión: < 30 W/m2
– Precio aproximado: 1200 USD
• Primera clase (First class)
– Tiempo de respuesta: < 30 seg.
– Precisión: < 15 W/m2
– Precio aproximado: 2500 USD
• Estándar secundario
(Secondary Standard)
– Tiempo de respuesta: < 15 seg.
– Precisión: < 7 W/m2
– Precio aproximado: 3500 USD
Fuente: Rosemann, R. A guide to solar radiation measurement
Instrumentos de medición - Termopila
Principio de funcionamiento – Piranómetro de termopila
Fuente: Rosemann, R. A guide to solar radiation measurement
Instrumentos de medición - fotodiodo
• Piranómetro de silicio
– Usado para estaciones agro-meteorológicas e
hidrológicas.
– No recomendado para investigación.
– Con mucha radiación y en cielo despejado funcionan
razonablemente bien
Fuente: Rosemann, R. A guide to solar radiation measurement
Instrumentos de medición - Fotodiodo
Principio de funcionamiento – Piranómetro de fotodiodo
Fuente: Rosemann, R. A guide to solar radiation measurement
Instrumentos de medición - Diferencias
– La respuesta espectral es totalmente diferente
Fuente: Rosemann, R. A guide to solar radiation measurement
Instrumentos de medición
• Pirheliómetro: Instrumento para medir la
radiación solar directa.
• Es un piranómetro con un ángulo de medición de
5°
• Necesita un seguidor solar, lo que eleva su precio
Instrumentos de medición
• Medición de la radiación difusa
• Uso de dispositivos que proyectan una sombra
sobre el piranómetro.
• Anillos de sombra y esferas de sombra: requieren
ajuste manual
• Seguidores automáticos: más costosos
Instrumentos de medición
• Medición de la radiación difusa.
Fuente: http://www.tut.fi/solar/
Fuente: http://www.kippzonen.com/
Instrumentos de medición
• Medición de la radiación difusa.
Fuente: http://www.kippzonen.com/
Instrumentos de medición
• Medición de la duración del brillo solar
(heliofanía)
• Medición indirecta de la radiación solar.
• En 1981 se definió el límite de “NO SOLEADO” en
120 W/m2
Instrumentos de medición
• Medición de la duración del brillo solar
(heliofanía)
• Hay fórmulas empíricas para estimar la radiación
diaria usando medidas de heliofanía.
• El modelo general es:
𝐻
𝑛
=𝑎+𝑏
𝐻𝑜
𝑁
Instrumentos de medición
Instrumentos de medición
• Medición de la radiación reflejada
• El instrumento se llama albedómetro.
• Albedo = R. reflejada / R. incidente
Fuente: http://www.directindustry.es/prod/kipp-zonen/albedometro-9079-236156.html
Instrumentos de medición
• Medición de la radiación ultravioleta
• Generalmente son fotodiodos calibrados para
UV.
Fuente: http://eko-eu.com/products/solar-radiation-and-photonic-sensors/uv-radiometers
Instalación y mantenimiento
• Instalación
• El sitio recomendado deber tener libre unas superficie de al
menos 10 x 10 metros.
• Sensores deben estar accesibles para mantenimiento regular.
• Los sensores deben estar nivelados o colocados a la inclinación
deseada y luego asegurados en una base firme.
• No deben haber objetos que proyecten sombras o reflejen la
luz sobre el sensor.
Instalación y mantenimiento
• Mantenimiento
• El mantenimiento más importante es mantener
el domo o la ventana limpios. Suciedad, agua,
hielo o cualquier otro medio que difumine la luz
afectará la medición.
• Reemplazar el desecante que mantiene sin
humedad el interior del piranómetro
Instalación y mantenimiento
• Mantenimiento
• La nivelación debe ser revisada cada 3 meses
• El encapsulamiento debe mantenerse limpio para
que sea reflectivo.
• Los cables deben ser revisados cada tres meses
• La superficie del detector debe ser revisada cada
tres meses para descartar condensación o alguna
mancha.
• El anillo de sombra debe ser ajustado regularmente.
El fabricante generalmente entrega las medidas para
calibrar el anillo.
Instalación y mantenimiento
• Recalibración
• Los sensores deberían soportar al menos 5 años
las condiciones ambientales.
• Los sensores salen de fábrica con un certificado
emitido por el fabricante.
• Sin embargo, se recomienda recalibrarlos cada
dos años.
• En el Ecuador, el INAMHI provee el servicio de
calibración.
Bases de datos meteorológicas
• También hay bases de datos comerciales y
basadas en información satelital.
• NASA: https://eosweb.larc.nasa.gov/sse/
• Joint Research Centre:
http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/
• INER:
http://iner.espoch.edu.ec/stations.php
• Secretaría de Ambiente de Quito:
http://www.quitoambiente.gob.ec/
• Meteonorm
Mapas solares
• Son instrumentos gráficos que permiten
localizar geográficamente el recurso solar.
• Se utilizan modelos geoestadísticos y datos
medidos en campo o satelitales para su
elaboración.
• En el Ecuador existe el mapa solar que fue
contratado por el CONELEC en el 2008.
• Su utilidad depende mucho de su resolución
espacial
Mapas solares
• El mapa solar del CONELEC está disponible en:
http://www.conelec.gob.ec/archivos_articulo/Atlas.pdf
Más información
• Best Practices Handbook for the Collection and Use
of Solar Resource Data for Solar Energy Application,
cuyo autor es el NREL.
• http://www.nrel.gov/docs/fy15osti/63112.pdf