Medición de Radiación Solar

Presentación del tema: "Medición de Radiación Solar"— Transcripción de la presentación:

1 Medición de Radiación Solar
Aarón Sánchez Juárez Centro de Investigación en Energía UNAM

2 La constante solar A=2.81×1023 m AS=6.06×1018 m2 GSC= PS/A
PS=3.85×1026 W T~107 K GSC=1367 W/m2 TS~ 5777 K qS=6.35×107 W/m2

3 Métodos para la evaluación del recurso solar
Medición directa: Piranómetros, pirheliómetros, radiómetros UV. Modelos matemáticos empíricos. Estimación en base a mediciones de satélite. Atlas de radiación.

4 Heliógrafo tipo Campbell-Stokes

5 Medición con un piranómetro
Radiación Global Radiación Difusa Gb Gb Gd Gd z Dispositivo de sombreado Gh = Gb cos z + Gd G = Gd

6 Banda sombreadora Piranómetro Eppley mod. 8-48 con banda sombreadora
para medición de la radiación difusa

7 Componentes de un piranómetro
Disecante Nivel Cable Tornillo Domo de vidrio Sensor Base y sumidero de calor

8 Sensor de termopila V Termopar V T2 T1 Voltaje de Seebeck T1 V T2
Termopila en estrella para piranómetro Termopila

9 Clasificación de los piranómetros
Estándar secundario Primera clase Segunda Clase Tercera clase

10 Piranómetros tipo estándar secundario
Eppley, mod. PSP (Estados Unidos) Kipp & Zonen, Mode CM 21 (Suiza)

11 Comparación PSP, Eppley Rango espectral 0.285 a 2.8 m
Sensibilidad 9 V/Wm-2 Dependencia temperatura ± 1% Tiempo respuesta 1 seg. Precio aprox. US $ 2500 CM 21, Kipp & Zonen Rango espectral a 2.8 m Sensibilidad 7-17 V/Wm-2 Dependencia temperatura ± 1% Tiempo respuesta 2 seg. Precio aprox. US $ 2600

12 Piranómetros de primera clase
Eppley, Mod. 8-48 (Blanco y negro) Kipp & Zonen, mod. CM 6B

13 Comparación 8-48, Eppley Rango espectral 0.285 a 2.8 m
Sensibilidad 10 V/Wm-2 Dependencia temperatura ± 1.5% Tiempo respuesta 5 seg. Precio aprox. US $ 1600 CM 6B, Kipp & Zonen Rango espectral a 2.8 m Sensibilidad 9-15 V/Wm-2 Dependencia temperatura ± 2% Tiempo respuesta 5 seg. Precio aprox. US $ 1800

14 Piranómetros de segunda clase
CM 3, Kipp & Zonen Rango espectral a 1.5 m Sensibilidad V/Wm-2 Dependencia temperatura ± 6% Tiempo respuesta 10 seg. Precio aprox. US $ 1000

15 Piranómetro con sensor de fotocelda
Kipp & Zonen, mod. SP Lite Li-Cor, mod. LI 200 X

16 Comparación SP Lite, Kipp & Zonen Rango espectral 0.400 a 1.1 m
Sensibilidad 100 V/Wm-2 Error ? Tiempo respuesta <1 seg. Precio aprox. US $ 500 LI 200 X, Li-Cor Rango espectral a 1.1 m Sensibilidad 5 mV/Wm-2 Error máximo 5%, típico 3% Tiempo respuesta 1 s Precio aprox. US$ 300

17 Respuesta espectral de los piranómetros

18 Medición de la radiación directa
32’ Pirheliómetro Sol Radiación directa Radiación difusa

19 Componentes de un pirheliómetro
mira diafragma Termopila conector Ventana

20 Pirheliómetros Kipp & Zonen, mod. CH 1 Eppley, mod. NIP

21 Seguidor solar para pirheliómetro

22 Estación solarimétrica
Sensores de radiación solar y sistema de adquisición en la azotea del auditorio del CIE

23 Sistema de adquisición Campbell

24 Características Automática Datalogger Campbell CR10X
Panel solar y batería Comunicación por puerto serial Sensores de temperatura, humedad, presión, precipitación dirección y velocidad de viento Capacidad de almacenamiento entre una semána y un mes Tripie de soporte Gran desempeño ante climas diversos Costo aproximado: US $ 9000

25 Adquisidor de laboratorio
Adquisidor Agilent Technologies, mod A Capacidad de almacenamiento pequeña Costo aproximado: US $ 2500

26 Operación de la estación
Supervisión del funcionamiento Limpieza y ajustes rutinarios Recolección y procesamiento de los datos Mantenimiento Calibración

27 Calibración de radiómetros
Es necesaria la calibración periódica de los sensores Calibración contra un instrumento de referencia estándar. El Observatorio de Radiación Solar del Instituto de Geofísica de la UNAM es el Centro Regional de Radiación AR-IV, de la Organización Meteorológica Mundial.Ofrece servicio de referenciación de pirheliometros y piranometros (radiómetros en general) contra instrumentos de referencia estándar.

28 Problemas de calibración
Ejemplo de la variación de calibración de un instrumento con el tiempo

29 Calibración de radiómetros (cont.)
Vista general de los instrumentos participantes en la Comparación Pirheliométrica y Piranométrica Nacional 2001, del 15 al 25 de Mayo, Hermosillo, Sonora.

30 Calibración de radiómetros (cont.)
Equipos de referencia para la comparación

31 Métodos de calibración
Comparación directa con otro piranómetro/pirheliómetro Método de sol y sombra. Comparación de un piranómetro con un pirheliómetro estándar de referencia. Se mide alternativamente radiación global y difusa con el piranómetro. Se mide radiación directa con el pirheliómetro.

32 Ajuste de constante por comparación con un piranómetro de referencia

33 Resultados de la comparación nacional 2001

34 Bibliografía M. Iqbal, An introduction to solar radiation (Academic Press, Toronto, 1983). J. A. Duffie, W. A. Beckman, Solar Engineering of Thermal Processes, Second Ed. (Wiley, New York, 1991). Página electrónica de The Eppley Laboratory: Página electrónica de Kipp & Zonen: Página electrónica de Campbell: Página del Instituto de Geofísica de la UNAM: