Medición de Radiación Solar Aarón Sánchez Juárez Centro de Investigación en Energía UNAM.
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Medición de Radiación Solar
Aarón Sánchez Juárez
Centro de Investigación en Energía
UNAM
La constante solar
AS=6.06×1018 m2
T~107 K
TS~ 5777 K
A=2.81×1023 m
PS=3.85×1026 W
qS=6.35×107 W/m2
GSC= PS/A
GSC=1367 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
Gd
Gb
Gd
Gb
Dispositivo de sombreado
Gh = Gb cos z + Gd G = Gd
z
Radiación Global Radiación Difusa
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
V
V
Voltaje de Seebeck
Termopar
Termopila
Termopila en estrella para piranómetro
T1T2
T1
T2
Clasificación de los piranómetros
Estándar secundarioPrimera claseSegunda ClaseTercera 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
diafragmaTermopila
conectorVentana
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. 34970ACapacidad de almacenamiento pequeña
Costo aproximado: US $ 2500
Operación de la estación
Supervisión del funcionamientoLimpieza y ajustes rutinariosRecolección y procesamiento de los datosMantenimientoCalibración
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.
ref
promref
CVV
C
pirhel
prompirhel
sombrasol cos/)(C
VVV
C z
Ajuste de constante por comparación con un piranómetro de referencia
Piranómetros: PSP 29109F3 vs PSP-17759F3CPPN, Hermosillo, Son.
0
200
400
600
800
1000
1200
19-5-01 20-5-01 21-5-01 22-5-01 23-5-01 24-5-01
Fecha
Irra
dia
ncia
, W
/m2
Referencia Con Constante Anterior Con Constante Nueva
Resultados de la comparación nacional 2001 Instrumento Institución
Radiómetro Estándar de Referencia
AHF No. 29223 CR-ORS, UNAM Constante
Anterior Constante
Nueva Razón
vs AHF
(d.e.)
V/(W/m²) V/(W/m²) (%) Pirheliómetros
NIP No. 28026E6 Referencia
8.69
8.62
0.9917
0.0060
-0.83
CR-ORS, UNAM
NIP No. 31821E6 8.42 8.33 0.9894 0.0070 -1.06 CIE, UNAM Piranómetros
PSP No. 17759F3 Referencia
9.12
8.91
0.9767
-2.33
CR-ORS, UNAM
PSP No. 29129F3 9.63 9.49 0.9857 0.0048 -1.43 CIE, UNAM PSP No. 29114F3 9.59 8.59 0.8962 0.0021 -10.38 ITSON PSP No. 18533F3 10.50 9.29 0.8845 0.0015 -11.55 DIQ, UNISON PSP No. 32798F3 7.89 7.89 0.9997 0.0036 -0.03 CIE, UNAM PSP No. 29109F3 10.11 9.45 0.9347 0.0021 -6.53 DF, UNAH K&Z No. 913697 4.60 4.74 1.0297 0.0017 2.97 CR-ORS, UNAM K&Z No. 913604 4.78 4.91 1.0264 0.0023 2.64 SMN, SONORA K&Z No. 920477 13.31 13.30 0.9989 0.0024 -0.11 IMADES K&Z No. 920496 14.85 14.78 0.9954 0.0030 -0.46 IMADES K&Z No. 990523 73.00 68.43 0.9374 0.0028 -6.26 PRODUCE
PY No. 26816 8.00 7.98 0.9972 0.0034 -0.28 RAMA, DF PY No. 9943 4.50 4.42 0.9819 0.0030 -1.81 ITSON PY No.23430 7.00 7.21 1.0304 0.0040 3.04 DIQ, UNISON PY No. 19075 10.00 9.77 0.9768 0.0035 -2.32 PRODUCE PY No. DAG 9.00 9.24 1.0263 0.0031 2.63 DAG, UNISON
MTZ No. ZK20721 75.00 Dañado CIE, UNAM MTZ No. ZK20153 20.00 Dañado DIQ, UNISON
PSP No. 9.17 8.84 0.9638 0.0105 -3.60 U. PANAMÁ
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