Transcript metodos_radiacion - Proyecto de Energía Renovable

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
TS~ 5777 K
qS=6.35×107 W/m2
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
Radiación Global
Radiación Difusa
Gb
Gb
Gd
z
Gd
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
Sensor
Domo de vidrio
Cable
Disecante
Tornillo
Base y sumidero de calor
Nivel
Sensor de termopila
Termopar
T2
T1
V
Voltaje de Seebeck
V
T1
T2
V
Termopila
Termopila en estrella para
piranómetro
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
 CM 21, Kipp & Zonen
 Rango espectral 0.285 a
 Rango espectral 0.305 a
2.8 m
 Sensibilidad 9 V/Wm-2
 Dependencia temperatura
± 1%
 Tiempo respuesta 1 seg.
 Precio aprox. US $ 2500
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
 CM 6B, Kipp & Zonen
 Rango espectral 0.285 a
 Rango espectral 0.305 a
2.8 m
 Sensibilidad 10 V/Wm-2
 Dependencia temperatura
± 1.5%
 Tiempo respuesta 5 seg.
 Precio aprox. US $ 1600
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
 LI 200 X, Li-Cor
 Rango espectral 0.400 a 1.1  Rango espectral 0.400 a
m
1.1 m
 Sensibilidad 100 V/Wm-2  Sensibilidad 5 mV/Wm-2
 Error ?
 Error máximo 5%, típico
3%
 Tiempo respuesta <1 seg.
 Tiempo respuesta 1 s
 Precio aprox. US $ 500
 Precio aprox. US$ 300
Respuesta espectral de los piranómetros
Medición de la radiación directa
Radiación
difusa
Sol
32’
Pirheliómetro
Radiación
directa
Componentes de un pirheliómetro
mira
diafragma
Ventana
conector
Termopila
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
C 
V
V ref
C ref
prom
 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.
C 
(V sol  V sombra ) / cos  z
V pirhel
C pirhel
prom
Ajuste de constante por comparación con un
piranómetro de referencia
P ira n ó m e tro s : P S P 2 9 1 0 9 F 3 v s P S P -1 7 7 5 9 F 3
C P P N , H e rm o s illo , S o n .
1200
I r r a d i a n c i a , W /m 2
1000
800
600
400
200
0
1 9 -5 -0 1
2 0 -5 -0 1
2 1 -5 -0 1
2 2 -5 -0 1
2 3 -5 -0 1
Fecha
R e fe re n c ia
C o n C o n s ta n te A n te rio r
C o n C o n s ta n te N u e v a
2 4 -5 -0 1
Resultados de la comparación nacional 2001
Instrum ento
Institución
R a dióm etro E stá nda r de
R eferencia
A H F N o. 29223
C R -O R S , U N A M
C onsta nte
A nterior
C onsta nte
N ueva
 V /(W /m ²)
V /(W /m ²)
P irhelióm etros
N IP N o. 28026E 6
R eferencia
N IP N o. 31821E 6
8.69
8.42
P ira nóm etros
P S P N o. 17759F 3
R eferencia
P S P N o. 29129F 3
P S P N o. 29114F 3
P S P N o. 18533F 3
P S P N o. 32798F 3
P S P N o. 29109F 3
K & Z N o. 913697
K & Z N o. 913604
K & Z N o. 920477
K & Z N o. 920496
K & Z N o. 990523
P Y N o. 26816
P Y N o. 9943
P Y N o.23430
P Y N o. 19075
P Y N o. D A G
M T Z N o. Z K 20721
M T Z N o. Z K 20153
P S P N o.
9.12
9.63
9.59
10.50
7.89
10.11
4.60
4.78
13.31
14.85
73.00
8.00
4.50
7.00
10.00
9.00
75.00
20.00
9.17
R a zón
vs
AHF

(d.e.)
 (% )
C R -O R S , U N A M
8.62
8.33
0.9917
0.9894
0.0060
0.0070
-0.83
-1.06
0.9767
0.9857
0.8962
0.8845
0.9997
0.9347
1.0297
1.0264
0.9989
0.9954
0.9374
0.9972
0.9819
1.0304
0.9768
1.0263
0.0048
0.0021
0.0015
0.0036
0.0021
0.0017
0.0023
0.0024
0.0030
0.0028
0.0034
0.0030
0.0040
0.0035
0.0031
-2.33
-1.43
-10.38
-11.55
-0.03
-6.53
2.97
2.64
-0.11
-0.46
-6.26
-0.28
-1.81
3.04
-2.32
2.63
0.9638
0.0105
-3.60
C IE , U N A M
C R -O R S , U N A M
8.91
9.49
8.59
9.29
7.89
9.45
4.74
4.91
13.30
14.78
68.43
7.98
4.42
7.21
9.77
9.24
D a ña do
D a ña do
8.84
C IE , U N A M
IT S O N
D IQ , U N IS O N
C IE , U N A M
DF, UNAH
C R -O R S , U N A M
SM N, SONORA
IM A D E S
IM A D E S
PRODUCE
RAM A, DF
IT S O N
D IQ , U N IS O N
PRODUCE
D A G , U N IS O N
C IE , U N A M
D IQ , U N IS O N
U. PANAM Á
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