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CENTER FOR SOLAR ENERGY TECHNOLOGIES
Red de estaciones solarimétricasPUC/DICTUC/FCR
14 de Agosto de 2015
Alan Pino
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• 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
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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)
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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)
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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
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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
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Otros radiómetros
PAR
UVA
UVB
IR (Pirgeómetro)
…entre otros
kippzonen.com
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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
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¿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
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¿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.
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• 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
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Laboratorio PUC/DICTUC/CSET
• Actividades de docencia pre/postgrado
• Investigación
• Consultoría
• Entrenamiento y prueba de equipos
Campus San Joaquín UC
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Carrera Pinto, Atacama
Solar Reserve
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Alto Patache, Tarapacá.
Centro UC Desierto de Atacama
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La Tirana, Tarapacá.
DICTUC / Latin America Power
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• 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
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• 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
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• 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
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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
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_W
_2011-1
1-1
0_2013-0
4-0
3.d
at
1100,0
1050,0
1000,0
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800,0
750,0
700,0
650,0
600,0
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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
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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
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600,0
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500,0
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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
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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.
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Gracias!
Alan PinoInvestigador Concentración y Calor Solar
Center for Solar Energy Technologies
Fraunhofer Chile Research
www.fraunhofer.cl