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

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

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.

Heliógrafo tipo Campbell-Stokes

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

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

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

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

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

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

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 0.305 a 2.8 m Sensibilidad 7-17 V/Wm-2 Dependencia temperatura ± 1% Tiempo respuesta 2 seg. Precio aprox. US $ 2600

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

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 0.305 a 2.8 m Sensibilidad 9-15 V/Wm-2 Dependencia temperatura ± 2% Tiempo respuesta 5 seg. Precio aprox. US $ 1800

Piranómetros de segunda clase CM 3, Kipp & Zonen Rango espectral 0.350 a 1.5 m Sensibilidad 10-35 V/Wm-2 Dependencia temperatura ± 6% Tiempo respuesta 10 seg. Precio aprox. US $ 1000

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

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 0.400 a 1.1 m Sensibilidad 5 mV/Wm-2 Error máximo 5%, típico 3% Tiempo respuesta 1 s Precio aprox. US$ 300

Respuesta espectral de los piranómetros

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

Componentes de un pirheliómetro mira diafragma Termopila conector Ventana

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

Seguidor solar para pirheliómetro

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

Sistema de adquisición Campbell

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

Adquisidor de laboratorio Adquisidor Agilent Technologies, mod. 34970A Capacidad de almacenamiento pequeña Costo aproximado: US $ 2500

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

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.

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

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.

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

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.

Ajuste de constante por comparación con un piranómetro de referencia

Resultados de la comparación nacional 2001

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: www.eppleylab.com Página electrónica de Kipp & Zonen: www.kippzonen.com Página electrónica de Campbell: www.campbellsci.com Página del Instituto de Geofísica de la UNAM: www.igeofcu.unam.mx