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CENTER FOR SOLAR ENERGY TECHNOLOGIES
Red de estaciones solarimétricas
PUC/DICTUC/FCR
Alan Pino
14 de Agosto de 2015
Contenidos
• Medición del recurso solar
• Red de estaciones solarimétricas
– Laboratorio San Joaquín
– Estaciones en terreno
• Variabilidad espacial y temporal de mediciones
• Recomendaciones para evaluación correcta del recurso
• Conclusiones
Radiación solar
Irradiación Global horizontal
(GHI)
Irradiación Difusa horizontal
(DiffHI)
Radiación
global
Irradiación Directa Normal
(DNI)
𝐺𝐻𝐼 = 𝐷𝑁𝐼 ∙ cos 𝑍 + 𝐷𝑖𝑓𝐻𝐼
PV y SST: Global en plano del colector
Concentración: Directa Normal (DNI)
Instrumentación
Directa Normal
Global Horizontal
Medida por un pirheliómetro (NIP)
montado en un seguidor solar (tracker)
Medida por un piranómetro horizontal
Difusa Horizontal
Medida por un piranómetro
bajo una bola de
sombreamiento
Global, directa y difusa
Medida por un radiómetro
con banda rotatoria de
sombreamiento
(RSR: Rotating
Shadowband Radiometer)
Irradiance Inc.
Medida por un radiómetro
sombreado internamente
(SPN1)
delta-t.co.uk/
Radiómetros de termopila
bottom_PUC_min_2010-12-22_2013-04-03 INCOMPLETO 9 feb 2011.dat
Global Horizontal
1100,0
1050,0
W/m2
bottom_PUC_min_2010-12-22_2013-04-03 INCOMPLETO 9 feb 2011.dat
1000,0
950,0
Difusa_Avg
Directa_Avg
Global_Avg
Directa Normal
900,0
850,0
800,0
750,0
700,0
650,0
600,0
550,0
Paso de nubes
500,0
450,0
400,0
350,0
300,0
250,0
200,0
150,0
100,0
Difusa Horizontal
50,0
0,0
2012-12-21
06:00
2012-12-21
08:00
COSTO:
Velocidad:
Precisión:
2012-12-21
10:00
2012-12-21
12:00
2012-12-21
14:00
2012-12-21
16:00
2012-12-21
18:00
USD 2000 - 6000
1 – 5 segundos
±2% a ±5% (subhorario)
2012-12-21
20:00
2012-12-21
22:00
Radiómetros fotoeléctricos
COSTO:
Velocidad:
Precisión:
USD 300-700
10 µs para 95%
±5% a ±8% (subhorario)
eko-eu.com
Rápida respuesta, baratos, precisión aceptable, PERO…
licor.com
apogeeinstruments.com
kippzonen.com
Otros radiómetros
PAR
UVA
UVB
IR (Pirgeómetro)
…entre otros
kippzonen.com
Estaciones solarimétricas
Radiación
Global
Radiación
Difusa
Radiación
Directa Normal
Radiación
global y difusa
Temperatura y
humedad relativa
Panel
fotovoltaico
Adquisición
de datos,
batería y
módem
celular
COSTO:
USD 40000 - 50000
Velocidad y
dirección del
viento
COSTO:
Adquisición
de datos,
batería,
barómetro y
módem
celular
USD 23000
¿Sun Tracker
+ instrumentos de mayor
+
precisión
medición de DNI
– requieren conexión a red
–
eléctrica
mantenciones más frecuentes
Kipp & Zonen
o
RSR?
+ requiere baja mantención
+ autónoma (batería + PV)
+ costo moderado
– cálculo de DNI
– sensor de menor precisión
Irradiance Inc.
¿Pirheliómetro
o
RSR?
Para DNI:
• NIP+Tracker es un equipo de
laboratorio: su mejor desempeño se
obtiene en condiciones controladas
con limpieza diaria y electricidad
24/7. La incertidumbre es baja pero el
costo es alto.
• El RSBR es un equipo de terreno:
La degradación en la precisión del sensor sucio
implica que el RSR siempre es mejor que un
NIP sin limpieza diaria.
sobrevive y opera bien con
mantención mínima. Su incertidumbre
es más alta pero el costo es mucho
más bajo.
Red de estaciones
Arica
Pozo Almonte
La Tirana
Tamarugal
Patache
• 10 estaciones
Sur Viejo
Crucero
Coya Sur
– 6 tipo RSR
– 4 tipo Sun Tracker
El Tesoro
San
Pedro
Diego de
Almagro
• Investigación
• Contratos con la industria
• Colaboración con otros centros/universidades
Carrera Pinto
Potroso
San Felipe
Santiago
Talca
Marimaura
Curicó
Laboratorio PUC/DICTUC/CSET
Campus San Joaquín UC
•
•
•
•
Actividades de docencia pre/postgrado
Investigación
Consultoría
Entrenamiento y prueba de equipos
Carrera Pinto, Atacama
Solar Reserve
Alto Patache, Tarapacá.
Centro UC Desierto de Atacama
La Tirana, Tarapacá.
DICTUC / Latin America Power
Variabilidad espacial: ¿dónde medir?
• Medición DEBE ser representativa del área de interés
– Depende del clima local y terreno: puede ser uniforme (desierto) o
complejo (montañas, valles, centro urbano, cuerpos de agua).
A
Quillagua
12 km
12 km
B
Variabilidad temporal: ¿por cuánto tiempo medir?
• Se debe considerar costo, incertidumbres aceptables, opción de
complementar con satelital…
DNI máxima mensual
Tom Stoffel, Steve Wilcox: Overview of Best practices for solar resource assessment
Consideraciones generales
• Es muy importante la calibración periódica de los sensores
• Descarga de datos con mayor frecuencia posible
•
•
•
•
– Probabilidad de tener una potencial pérdida de datos se incrementa
con el tiempo
– Opción de descarga remota
Revisión de datos periódicamente
– Detección de fallas
– Minimizar datos erróneos
En terreno, logística es vital. Repuestos de instrumentos, herramientas,
sensores adicionales para comparación.
Buscar personal local para mantenciones – entrenar
Documentación adecuada (bitácora de visitas, mantenimiento, resolución
de problemas básico)
Falla en la medición: Sun Tracker
top_BSRN_PUC_W_2011-11-10_2013-04-03.dat
Falla en alineación
1100,0
1050,0
DifusaW_Avg
DirectaW_Avg
GlobalW_Avg
1000,0
950,0
W/m2
top_BSRN_PUC_W_2011-11-10_2013-04-03.dat
900,0
850,0
800,0
750,0
700,0
650,0
600,0
550,0
500,0
450,0
400,0
Global = Difusa
DNI = 0
350,0
300,0
250,0
200,0
150,0
100,0
50,0
0,0
2013-01-30
08:00
2013-01-30
10:00
2013-01-30
12:00
2013-01-30
14:00
2013-01-30
16:00
2013-01-30
18:00
2013-01-30
20:00
2013-01-30
22:00
2013-01-31
00:00
Falla en la medición: RSR
DDA_TERRENO__01_Min.dat
W/m2
DDA_TERRENO__01_Min.dat
1150,0
1100,0
1050,0
1000,0
950,0
900,0
850,0
800,0
750,0
700,0
650,0
600,0
550,0
500,0
450,0
400,0
350,0
300,0
250,0
200,0
150,0
100,0
50,0
0,0
2014-12-30 2014-12-30 2014-12-31 2014-12-31 2014-12-31 2014-12-31 2015-01-01 2015-01-01 2015-01-01 2015-01-01 2015-01-02 2015-01-02 2015-01-02 2015-01-02 2015-01-03
12:00
18:00
00:00
06:00
12:00
18:00
00:00
06:00
12:00
18:00
00:00
06:00
12:00
18:00
00:00
Por baja de batería la banda rota de forma aleatoria o no rota
→ Medición errónea de difusa → Cálculo erróneo de DNI
Conclusiones
• Campaña de medición en terreno es cara, pero necesaria.
• Periodo de medición con error o inexistente → no se puede recuperar
• Correcta selección de equipos según necesidad (laboratorio o terreno) es
esencial para evitar problemas a futuro, sobrecostos, etc.
• Precisión del sensor es importante, pero más importante es la correcta
instalación y mantención de los instrumentos.
Gracias!
Alan Pino
Investigador Concentración y Calor Solar
Center for Solar Energy Technologies
Fraunhofer Chile Research
[email protected]
www.fraunhofer.cl