CENTER FOR SOLAR ENERGY TECHNOLOGIES

Red de estaciones solarimétricasPUC/DICTUC/FCR

14 de Agosto de 2015

Alan Pino

• 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

Contenidos

Radiación

global

Concentración: Directa Normal (DNI)PV y SST: Global en plano del colector

Radiación solar

𝐺𝐻𝐼 = 𝐷𝑁𝐼 ∙ cos 𝑍 + 𝐷𝑖𝑓𝐻𝐼

Irradiación Global horizontal

(GHI)

Irradiación Difusa horizontal

(DiffHI)

Irradiación Directa Normal

(DNI)

Instrumentación

Directa NormalMedida por un pirheliómetro (NIP)

montado en un seguidor solar (tracker)

delta-t.co.uk/Irradiance Inc.

Global HorizontalMedida por un piranómetro horizontal

Difusa HorizontalMedida por un piranómetro

bajo una bola de sombreamiento

Global, directa y difusa

Medida por un radiómetro sombreado internamente

(SPN1)

Medida por un radiómetro con banda rotatoria de

sombreamiento(RSR: Rotating

Shadowband Radiometer)

Difusa_Avg

Directa_Avg

Global_Avg

bottom_PUC_min_2010-12-22_2013-04-03 INCOMPLETO 9 feb 2011.dat

2012-12-21

22:00

2012-12-21

20:00

2012-12-21

18:00

2012-12-21

16:00

2012-12-21

14:00

2012-12-21

12:00

2012-12-21

10:00

2012-12-21

08:00

2012-12-21

06:00

bottom

_P

UC

_m

in_2010-1

2-2

2_2013-0

4-0

3 IN

CO

MP

LE

TO

9 feb 2

011.d

at

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

Radiómetros de termopila

Directa NormalGlobal Horizontal

Difusa Horizontal

W/m2

COSTO: USD 2000 - 6000Velocidad: 1 – 5 segundosPrecisión: ±2% a ±5% (subhorario)

Paso de nubes

Radiómetros fotoeléctricos

COSTO: USD 300-700Velocidad: 10 µs para 95%Precisión: ±5% a ±8% (subhorario)

Rápida respuesta, baratos, precisión aceptable , PERO…

eko-eu.com

licor.com

apogeeinstruments.com

kippzonen.com

Otros radiómetros

PAR

UVA

UVB

IR (Pirgeómetro)

…entre otros

kippzonen.com

Estaciones solarimétricas

Radiación

global y difusa

Temperatura y

humedad relativa

Panel

fotovoltaico

Velocidad y

dirección del

viento

Adquisición

de datos,

batería,

barómetro y

módem

celular

Adquisición

de datos,

batería y

módem

celular

Radiación

Global

Radiación

Difusa

Radiación

Directa Normal

COSTO: USD 40000 - 50000 COSTO: USD 23000

¿Sun Tracker o RSR?

+ instrumentos de mayor

precisión

+ medición de DNI

– requieren conexión a red

eléctrica

– mantenciones más frecuentes

+ requiere baja mantención

+ autónoma (batería + PV)

+ costo moderado

– cálculo de DNI

– sensor de menor precisión

Irradiance Inc.Kipp & Zonen

¿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: sobrevive y opera bien con mantención mínima. Su incertidumbre es más alta pero el costo es mucho más bajo.La degradación en la precisión del sensor sucio

implica que el RSR siempre es mejor que un NIP sin limpieza diaria.

• 10 estaciones

– 6 tipo RSR

– 4 tipo Sun Tracker

• Investigación

• Contratos con la industria

• Colaboración con otros centros/universidades

Pozo Almonte

Arica

Sur Viejo

CruceroCoya Sur

San Pedro

Diego de Almagro

Santiago

CuricóTalca

Marimaura

Patache

El Tesoro

Potroso

San Felipe

Carrera Pinto

TamarugalLa Tirana

Red de estaciones

Laboratorio PUC/DICTUC/CSET

• Actividades de docencia pre/postgrado

• Investigación

• Consultoría

• Entrenamiento y prueba de equipos

Campus San Joaquín UC

Carrera Pinto, Atacama

Solar Reserve

Alto Patache, Tarapacá.

Centro UC Desierto de Atacama

La Tirana, Tarapacá.

DICTUC / Latin America Power

• 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).

Variabilidad espacial: ¿dónde medir?

Quillagua

12 km 12 kmAB

• Se debe considerar costo, incertidumbres aceptables, opción de complementar con satelital…

Variabilidad temporal: ¿por cuánto tiempo medir?

DNI máxima mensual

Tom Stoffel, Steve Wilcox: Overview of Best practices for solar resource assessment

• 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)

Consideraciones generales

DifusaW_Avg

DirectaW_Avg

GlobalW_Avg

top_BSRN_PUC_W_2011-11-10_2013-04-03.dat

2013-01-31

00:00

2013-01-30

22:00

2013-01-30

20:00

2013-01-30

18:00

2013-01-30

16:00

2013-01-30

14:00

2013-01-30

12:00

2013-01-30

10:00

2013-01-30

08:00

top_B

SR

N_P

UC

_W

_2011-1

1-1

0_2013-0

4-0

3.d

at

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

W/m2

Falla en la medición: Sun Tracker

Falla en alineación

Global = DifusaDNI = 0

Diffuse_Avg

Direct_Avg

Global_Avg

DDA_TERRENO__01_Min.dat

2015-01-03

00:00

2015-01-02

18:00

2015-01-02

12:00

2015-01-02

06:00

2015-01-02

00:00

2015-01-01

18:00

2015-01-01

12:00

2015-01-01

06:00

2015-01-01

00:00

2014-12-31

18:00

2014-12-31

12:00

2014-12-31

06:00

2014-12-31

00:00

2014-12-30

18:00

2014-12-30

12:00

DD

A_T

ER

RE

NO

__01_M

in.d

at

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

W/m2

Falla en la medición: RSR

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 PinoInvestigador Concentración y Calor Solar

Center for Solar Energy Technologies

Fraunhofer Chile Research

alan.pino@fraunhofer.cl

www.fraunhofer.cl