atlas de radiacion solar

5/21/2018 Atlas de Radiacion Solar

1/31

SERVICIO NACIONAL DEMETEOROLOGA E HIDROLOGA

DIRECCIN GENERAL DE INVESTIGACINY ASUNTOS AMBIENTALES

MINISTERIO DE ENERGA Y MINAS

DIRECCIN EJECUTIVA DE PROYECTOS

REPBLICA DEL PER

ATLAS DEENERGA SOLAR

DEL PER

PROYECTO PER/98/G31: ELECTRIFICACIN RURAL A BASE DE ENERGA FOTOVOLTAICA EN EL PER

LIMA - PERJUNIO 2003

DR. AURELIO LORET DE MOLA BHMEMinistro de Defensa

MAG.FAP WILAR GAMARRA MOLINAJefe del SENAMHI

COR.FAP RAFAEL CAMPOS CRUZADODirector Tcnico del SENAMHI

JAIME QUIJANDRA SALMNMinistro de Energa y Minas

JOS ESLAVA ARNAODirector Ejecutivo de Proyectos

del Ministerio de Energa y Minas

FERNANDO MARCA CHAMOCHUMBIDirector de Promocin y Transferencia

de la DEP/MEM


2/31

El Proyecto PER/98/G31 Electrificacin Rural a Base de Energa Fotovoltaica en el Per tiene como objetivo promover la

aplicacin sostenible de energa fotovoltaica en zonas rurales del pas, como una alternativa limpia, libre de la emisin de gases de

efecto invernadero. Su ejecucin est a cargo de la Direccin Ejecutiva de Proyectos del Ministerio de Energa y Minas (DEP-

MEM) y es co financiado por el Fondo Mundial para el Medio Ambiente (GEF), a travs del Programa de las Naciones Unidas

para el Desarrollo (PNUD).

El Atlas de Energa Solar, servir para disear adecuadamente sistemas fotovoltaicos de acuerdo a la ubicacin geogrfica de la

localidad donde deban ser instalados. A este esfuerzo se aaden las actividades para garantizar la calidad de los sistemas fotovoltaicos,

mediante la elaboracin de especificaciones tcnicas rigurosas y la capacitacin de laboratorios que certifiquen el cumplimiento

de las mismas. Las actividades mencionadas se complementan con la capacitacin de usuarios, administradores y tcnicos locales

as como en el desarrollo de modelos de gestin, que aseguren la operacin, mantenimiento y reparacin de las instalaciones.

El Atlas de Energa Solar desarrollado con singular xito por el SENAMHI mediante contrato suscrito con el Proyecto y financia-

do con fondos GEF, permitir disear sistemas fotovoltaicos para viviendas, locales comunales, postas mdicas, o escuelas rura-

les. Los inversionistas nacionales y extranjeros podrn igualmente usar la informacin para determinar la rentabilidad de sus

proyectos de electrificacin en general, calentamiento de agua, deshidratacin de alimentos, agricultura, ganadera, diseo

bioclimtico de edificaciones u otros usos que empleen la irradiacin solar como una de sus fuentes de energa.


3/31

RESPONSABLES

COORDINADORA DEL PROYECTO SENAMHI - MEM:

MSc. IRENE TREBEJO VARILLASDirectora General de Investigacin y Asuntos Ambientales

ASESOR CIENTFICO:

PhD Candidato GUILLERMO A. BAIGORRIA PAZ

Centro Internacional de la Papa

EQUIPO PROFESIONAL RESPONSABLE:

ING. ESEQUIEL B. VILLEGAS PAREDESING. JOS F. CARLOS CANALES

EQUIPO PROFESIONAL DE APOYO:

COM. FAP. JOS DE LA FUENTE JARAMILLOING. EVER CASTILLO OSORIO

JORGE DE LA CRUZ PEBEING. ORLANDO CCORA TUYA

BACH. JANETH PIZARRO RAMOSBACH. ZARELA MONTOYA CABRERA

BACH. MAGDALENA NORABUENA ESPINOZA

JONATHAN CARDENAS SOTERO

EQUIPO TCNICO DE APOYO:

BETSY QUITO HOYOS

DISEO Y DIAGRAMACIN

JUAN G. ULLOA NINAHUAMN

SERVICIO NACIONAL DE

METEOROLOGA E HIDROLOGA

DIRECCIN GENERAL DE INVESTIGACINY ASUNTOS AMBIENTALES

MINISTERIO DE ENERGA Y MINAS

DIRECCIN EJECUTIVA DE PROYECTOS

REPBLICA DEL PER


ATLAS DE ENERGA SOLAR DEL PER

LIMA - PERJUNIO 2003


4/31

AGRADECIMIENTOS

El Servicio Nacional de Meteorologa e Hidrologa (SENAMHI) manifiesta un agradecimiento muy especial:

A la Direccin Ejecutiva de Proyectos del Ministerio de Energa y Minas (DEP/MEM), por el financiamiento delEstudio, como parte del Proyecto PER/98/G31.

Al Ingeniero Emilio Mayorga Navarro, Coordinador del Proyecto PER/98/G31, por su valioso apoyo logstico en lasdiferentes etapas del estudio.

Al Centro Internacional de la Papa (CIP) y a la Universidad de Wageningen - Holanda (WU) por facilitar las herra-mientas desarrolladas en esta rea de investigacin.

Al Dr. Humberto Rodrguez Murcia por compartir sus valiosas experiencias en el campo de la irradiacin solar con elequipo de trabajo.

A todos los colegas que directa e indirectamente participaron y contribuyeron en la elaboracin del presente Estudio.

El Modelo de Interpolacin Climtica basado en procesos utilizado en el presente Atlas deEnerga Solar del Perfue desarrollado en el Departamento de Sistemas de Produccin y Ma-nejo de Recursos Naturales del Centro Internacional de la Papa (CIP).


5/31

PRESENTACIN

El Per es un pas de topografa muy variada, de gran diversidad climtica y condiciones excepcionales que leconfieren un elevado potencial de energas renovables. Sin embargo, para hacer posible el diseo de polticas

y medidas para incentivar el mayor uso de estas energas limpias que promuevan el desarrollo especialmente

en zonas rurales, es necesario e indispensable cuantificar esta disponibilidad as como conocer su distribu-

cin temporal en el territorio.

En ese sentido, la necesidad de contar con un documento tcnico que cumpla con esta exigencia a fin de

impulsar el uso masivo de la energa solar como fuente energtica es lo que ha motivado al Servicio Nacional

de Meteorologa e Hidrologa (SENAMHI) y la Direccin ejecutiva de Proyectos del Ministerio de Energa y

Minas (DEP-MEM) a suscribir un Convenio dentro del marco del proyecto PER/98/G31, a fin de que el

SENAMHI elabore el Atlas de energa solar del Per, documento que deber consolidar los datos histricos

y tambin recientes sobre la irradiacin solar en nuestro pas y a su vez plasme la utilizacin de sofisticadas y

actuales tcnicas de evaluacin y anlisis de este recurso.

En este contexto, el Atlas de Energa Solar del Per representa el esfuerzo conjunto de un gran grupo de

personas, desde el personal de campo que hace la observacin cotidiana de los datos por muchos aos, hasta

el profesional que utiliza la ciencia y tecnologa para finalmente poner a disposicin de las Instituciones

pblicas y privadas, la comunidad cientfica y pblico en general este valioso documento, el mismo que inclu-

ye mapas tanto nacionales como departamentales de la energa solar diaria recibida en superficie a nivel

mensual y anual, as como grficos de la variacin mensual de la irradiacin solar incidente y de la heliofana

relativa para las estaciones consideradas como base para el estudio.

Esta informacin permitir captar la atencin de los inversionistas y pblico en general hacia las fuentes

renovables de energa y al desarrollo de las tecnologas necesarias para obtener calor y electricidad para

diversas aplicaciones, mediante colectores trmicos y mdulos fotovoltaicos, respectivamente. El calor reco-

gido en los colectores se puede destinar a satisfacer numerosas necesidades del hogar, la colectividad y la

industria, como calefaccin, refrigeracin, hornos, etc.; para fines agrcolas podemos obtener secadores,

plantas de purificacin o desalinizacin de agua, etc. En tanto que los paneles solares se perfilan como la

solucin a la electrificacin rural, que puede usarse se manera directa o bien ser almacenada en acumulado-

res para usarse en las horas nocturnas. La energa solar puede ser perfectamente complementada con otras

energas convencionales.

Es as que el SENAMHI, con legtimo orgullo, presenta el ATLAS DE ENERGIA SOLAR DEL PERU, con lo

que esperamos estar contribuyendo con el desarrollo econmico y social del pas, as como tambin con el

perfeccionamiento y desarrollo de mejores y nuevas tcnicas en este campo.

Mayor General FAPWILAR GAMARRA MOLINA

Jefe del SENAMHI


6/31


7/31

1. Introduccin--------------------------------------------------------------------------------------------------------- 11

2. Antecedentes -------------------------------------------------------------------------------------------------------- 11

3. Irradiacin solar----------------------------------------------------------------------------------------------------11

3.1 Definiciones ------------------------------------------------------------------------------------------------------11

3.2 Instrumental de irradiacin solar ------------------------------------------------------------------------------12

3.2.1 Principios de las mediciones solarimtricas --------------------------------------------------------12

3.2.2 Instrumentos solarimtricos ---------------------------------------------------------------------------123.2.3 Estandarizacin de instrumentos solarimtricos ---------------------------------------------------15

3.2.4 Instrumental de temperaturas extremas--------------------------------------------------------------15

4. Informacin meteorolgica y cartogrfica utilizada --------------------------------------------------------16

4.1 Red de medicin de la irradiacin solar ----------------------------------------------------------------------16

4.2 Red de estaciones meteorolgicas-----------------------------------------------------------------------------16

4.3 Sistema de informacin geogrfica ---------------------------------------------------------------------------16

5. Procesamiento y control de calidad de la informacin------------------------------------------------------ 16

5.1 Recopilacin, digitacin y control de calidad de los datos ------------------------------------------------16

5.1.1 Digitacin y control de calidad de los datos ----------------------------------------------------------16

5.1.2 Anlisis de consistencia de datos de irradiacin solar -----------------------------------------------17

5.2 Modelo digital de elevacin (DEM) --------------------------------------------------------------------------17

6. Modelos de estimacin de la irradiacin solar ---------------------------------------------------------------17

6.1 Modelo ngstrm-Prescott ------------------------------------------------------------------------------------17

6.2 Modelo Bristow-Campbell -------------------------------------------------------------------------------------17

6.3 Modelo de interpolacin----------------------------------------------------------------------------------------18

6.3.1 Insumos del modelo --------------------------------------------------------------------------------------18

6.3.2 Fundamento terico --------------------------------------------------------------------------------------19

6.3.3 Modelo digital de elevacin (DEM) -------------------------------------------------------------------19

6.3.4 Simulacin -------------------------------------------------------------------------------------------------19

7. Distribucin espacial y temporal de la energa solar incidente diaria en el Per ---------------------20

7.1 Distribucin anual -----------------------------------------------------------------------------------------------20

7.2 Distribucin estacional -----------------------------------------------------------------------------------------20

REFERENCIAS -------------------------------------------------------------------------------------------------------21

I N D I C E


ATLAS DE ENERGA SOLAR DEL PER

Pgina


8/31

A N E X O S

1. Hora de salida del sol (HS), hora de puesta del sol (HP) y duracin astronmica del da (N) para diferentes latitudes ---------- 25

2. Cuadro de conversin de unidades utilizadas en solarimetra. --------------------------------------------------------------------------- 25

3. Relacin de estaciones meteorolgicas utilizadas. ----------------------------------------------------------------------------------------- 264. Promedios climticos de temperaturas extremas (mxima y mnima) de las estaciones meteorolgicas utilizadas. ------------- 27

5. Promedios climticos de heliofana de las estaciones meteorolgicas utilizadas. ----------------------------------------------------- 28

6. Variacin mensual de la transmisividad (H/Ho) y heliofana relativa (n/N) de las estaciones base --------------------------------- 29

7. Irradiacin solar extraterrestre Hemisferio sur. ------------------------------------------------------------------------------------------- 31

T A B L A S

Tabla 1: Ubicacin geogrfica, rcord histrico y tipo de instrumento de medicin de irradiacin solar en las estaciones base 16

Tabla 2: Valores de las principales variables climticas de las estaciones base. -------------------------------------------------------- 16

Tabla 3: Valores de los coeficientes del modelo ngstrm-Prescott por estacin, nmero de datos utilizado y error promedio 17

Tabla 4: Valores de los coeficientes del modelo Bristow-Campbell por estacin, nmero de datos y error promedio. ----------- 18Tabla 5: Coordenadas de las zonas de simulacin establecidas. -------------------------------------------------------------------------- 19

F I G U R A S

Figura 1: Pirhelimetro de compensacin ngstrm ---------------------------------------------------------------------------------------- 13

Figura 2: Piranmetro Kipp & Zonnen -------------------------------------------------------------------------------------------------------- 14

Figura 3: Piranmetro de Bellani --------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 14

Figura 4: Actingrafo o pirangrafo bimetlico de Robitzch ------------------------------------------------------------------------------- 14

Figura 5: Heligrafo Campbell-Stokes -------------------------------------------------------------------------------------------------------- 15

Figura 6: Termmetros de mxima y mnima ------------------------------------------------------------------------------------------------ 15

Figura 7: Relaciones entre valores observados y estimados para los coeficientes bBy cB del modelo Bristow-Campbell yla relacin entre ambos coeficientes------------------------------------------------------------------------------------------------ 18

Figura 8: Zonas de simulacin------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 19

Pgina


9/31

M A P A S

Mapas geogrficos:

Mapa de ubicacin de estaciones meteorolgicas

Mapa de altitudes

Mapa de pendientes

Mapa de aspecto

Mapas de energa solar

Nivel pas

Mapa de energa solar incidente diaria: promedio anual

Mapa de desviacin estndar de la energa solar

Mapa de energa solar incidente diaria: mes de enero

Mapa de energa solar incidente diaria: mes de febrero

Mapa de energa solar incidente diaria: mes de marzo

Mapa de energa solar incidente diaria: mes de abril

Mapa de energa solar incidente diaria: mes de mayo

Mapa de energa solar incidente diaria: mes de junio

Mapa de energa solar incidente diaria: mes de julio Mapa de energa solar incidente diaria: mes de agosto

Mapa de energa solar incidente diaria: mes de setiembre

Mapa de energa solar incidente diaria: mes de octubre

Mapa de energa solar incidente diaria: mes de noviembre

Mapa de energa solar incidente diaria: mes de diciembre

Nivel departamental: Meses de febrero, mayo, agosto y noviembre

Mapas de energa solar incidente diaria. Departamento de Amazonas

Mapas de energa solar incidente diaria. Departamento de Ancash

Mapas de energa solar incidente diaria. Departamento de Apurmac

Mapas de energa solar incidente diaria. Departamento de Arequipa

Mapas de energa solar incidente diaria. Departamento de Ayacucho

Mapas de energa solar incidente diaria. Departamento de Cajamarca

Mapas de energa solar incidente diaria. Departamento de Cuzco

Mapas de energa solar incidente diaria. Departamento de Huancavelica

Mapas de energa solar incidente diaria. Departamento de Hunuco

Mapas de energa solar incidente diaria. Departamento de Ica

Mapas de energa solar incidente diaria. Departamento de Junn

Mapas de energa solar incidente diaria. Departamento de La Libertad

Mapas de energa solar incidente diaria. Departamento de Lambayeque

Mapas de energa solar incidente diaria. Departamento de Lima

Mapas de energa solar incidente diaria. Departamento de Loreto

Mapas de energa solar incidente diaria. Departamento de Madre de Dios

Mapas de energa solar incidente diaria. Departamento de Moquegua

Mapas de energa solar incidente diaria. Departamento de Pasco

Mapas de energa solar incidente diaria. Departamento de Piura

Mapas de energa solar incidente diaria. Departamento de Puno

Mapas de energa solar incidente diaria. Departamento de San Martn

. Mapas de energa solar incidente diaria. Departamento de Tacna.

Mapas de energa solar incidente diaria. Departamento de Tumbes

Mapas de energa solar incidente diaria. Departamento de Ucayali


10/31


11/31

11

ATLAS DE ENERGIA SOLAR DEL PERU

1. INTRODUCCIN

La irradiacin solar es una de las variables ms importantes, por ser lafuente de energa utilizada en la gran mayora de los procesos en nues-tro planeta. No obstante la importancia de esta variable, su medicin esescasa debido a los altos costos del instrumental de precisin requeridoas como de su mantenimiento, por lo que la red de medicin en el Per,como en muchos otros pases, es limitada. De otro lado, la gran varia-bilidad topogrfica y climtica del territorio peruano obligan a tener

que considerar redes ms densas y bien distribuidas a nivel nacionalpara una evaluacin ms precisa y detallada de este recurso.

En este contexto se hace necesario utilizar herramientas para la genera-cin de datos de irradiacin solar en zonas que no disponen de stos,recurriendo a diferentes mtodos que permitan estimar esta variable enfuncin de otras variables o parmetros conocidos o de ms fcil medi-cin, como son la heliofana y temperaturas, las cuales son regularmen-te medidas en las estaciones meteorolgicas ms comunes.

El Servicio Nacional de Meteorologa e Hidrologa del Per(SENAMHI), consciente de la necesidad de conocer la distribucin y lavariacin de la irradiacin solar en el territorio peruano, ha orientadosus actividades a la evaluacin de este recurso, en convenio con la Di-reccin Ejecutiva de Proyectos del Ministerio de Energa y Minas. Para

ello ha contado con una base de datos de irradiacin solar provenientede estaciones convencionales y automticas instaladas a nivel nacio-nal, lo cual ha permitido preparar el Atlas de Energa Solar del Per. ElAtlas ent comprendido por mapas promedio de energa solar incidentediaria a nivel mensual y anual para el perodo 1 975-1 990, los cualesse han obtenido utilizando las tcnicas ms refinadas de estimacin einterpolacin fundamentados en procesos fsicos, desarrollados con elCentro Internacional de la Papa (CIP).

El presente Atlas de Energa Solar permite conocer las zonas potencia-les para el aprovechamiento energtico en el Per, a partir del cual seoptimizar el dimensionamiento y diseo de los equipos que utilizanesta fuente de energa. As tambin, se posibilitan otras aplicaciones enlos diferentes sectores siendo uno de ellos el agrcola, por la creciente

utilizacin de la variable solar en los modelos de simulacin de culti-vos, por ejemplo.

Esta informacin constituye un valioso aporte para los sectores produc-tivos pblico y privado en el Per con la finalidad de promover la in-versin e investigacin en el uso de la energa solar como fuente alter-nativa renovable y no contaminante.

2. ANTECEDENTES

Con la finalidad de elaborar el Atlas de Energa Solar del Per, la Di-reccin Ejecutiva de Proyectos del Ministerio de Energa y Minas (DEP/MEM) y el Servicio Nacional de Meteorologa e Hidrologa(SENAMHI), suscriben el 08 de marzo del 2 000 el Contrato de presta-cin de servicios N 012-00-EM/DEP para que el SENAMHI ejecute la

Componente 1: Desarrollo de la informacin y de una base de datossobre energa renovable, dentro del Proyecto PER/98/G31: Electrifica-cin rural a base de energa fotovoltaica en el Per.

3. IRRADIACIN SOLAR

3.1 Definiciones

Albedo:

Cociente entre el valor de la irradiacin reflejada por una superficie y lairradiacin incidente sobre ella (OMM, 1 992).

Balance de energa:

Ecuacin que expresa la relacin conservadora entre las distintas for-mas de energa en un determinado emplazamiento o en un sistema at-mosfrico en estado estacionario (OMM, 1 992).

Balance de radiacin:

Distribucin de los diferentes componentes de la radiacin atmosfricaque son absorbidos, reflejados, transmitidos o emitidos por la atmsfe-ra (OMM, 1 992).

Coeficiente de extincin:

Medicin de la cantidad de energa radiante incidente absorbida por

unidad de longitud o por unidad de masa de un medio absorbente (OMM,1 992).

Duracin astronmica del da o Fotoperodo (N):

Es el perodo de iluminacin solar comprendido desde la salida hasta lapuesta del sol. (Garca, 1 994). Tambin se le conoce como duracindel da solar o duracin mxima del da. Ver anexo 1.

Heliofana (n):

Es el tiempo, en horas, durante el cual el sol tiene un brillo solar efecti-vo en el que la energa solar directa alcanza o excede un valor umbralvariable entre 120 y 210 W/m2, que depende de su localizacin geogr-fica, del equipo, del clima y del tipo de banda utilizada para el registro

(WMO, 1 992). Tambin se le suele denominar brillo solar insola-cin.

Irradiancia:

Potencia solar incidente en una superficie por unidad de rea (RISOL,1 999). Sus unidades son W/m2.

Radiacin solar:

Es la energa electromagntica (del sol) emitida, transferida o recibida(RISOL, 1 999).El trmino radiacin se aplica al cuerpo que radia, mientras que el tr-mino irradiacin al objeto expuesto a la radiacin. Estrictamente, la

superficie terrestre es irradiada y los mapas y tablas son de irradiacinsolar, sin embargo, an hoy en da suele usarse el trmino radiacinpara referirse a la irradiacin (Rodrguez y Gonzles, 1 992).Las cantidades de radiacin se expresan generalmente en trminos deirradiancia o irradiacin (exposicin radiante). En el anexo 2se pre-senta una tabla de conversin de unidades de irradiacin.

Irradiacin solar circunglobal:

Es la irradiacin solar directa y difusa ms la irradiacin reflejada delentorno, interceptada por una superficie esfrica (Robinson, 1 966).Es aquella que incide sobre un cuerpo libremente expuesto, es decir,est conformada por la radiacin incidente procedente del sol (directa ydifusa) y por aquella radiacin solar que es reflejada por la superficieterrestre y otros cuerpos aledaos, sin modificar su longitud de onda

(Garca, 1 984).

Irradiacin solar o irradiacin solar global (H):

Energa solar incidente en una superficie por unidad de rea. Es elresultado de integrar la irradiancia en un perodo de tiempo (RISOL,1 999). Sus unidades son J/m2o kw h/m2.Es aquella radiacin procedente del sol que incide sobre la superficieterrestre (directa y difusa) (Garca, 1 984).

Irradiacin solar directa:

Es la radiacin que llega a la superficie de la tierra en forma de rayosprovenientes del sol sin cambios de direccin (Snchez et al.,1 993).


12/31

12


Irradiacin solar difusa:

Radiacin que proviene de otras direcciones (distintas a las del discosolar) debido a la reflexin y dispersin que producen en la radiacinsolar, la atmsfera y las nubes (Hernndez et al., 1 991).Radiacin solar procedente de toda la bveda celeste. Est originadapor la dispersin de la radiacin en la atmsfera (RISOL, 1 999).

Irradiacin solar reflejada:

Fraccin de la irradiacin solar (directa y difusa) que es reflejada por lasuperficie terrestre (RISOL, 1 999).

Irradiacin solar extraterrestre (Ho):

Radiacin incidente sobre una superficie horizontal en el tope de laatmsfera, que viene a ser el lmite superior de la exsfera (ausenciacasi total de gases). La irradiacin extraterrestre vara con la latitud y lafecha (Hernndez et al., 1 991).

Temperaturas extremas: mxima y mnima

Son las temperaturas del aire mxima y mnima alcanzados durante elda, medidas entre 1,25 a 2 m por encima del suelo (OMM, 1 996).

Transmisividad atmosfrica (, /, /, /, /, /00000):

Tambin conocida como coeficiente de transmisin de la atmsfera.Es la medida de la tasa de transferencia de la energa solar que no esabsorbida despus que el haz atraviesa la unidad de espesor del medioatmosfrico (EUROMET, 2 002).

3.2 Instrumental de medicin de la irradiacin solar

Las mediciones solarimtricas en la superficie terrestre son de la mayorimportancia e inters para aplicaciones de energa solar y otros estudioscomo aquellos relacionados a la variabilidad y cambio climtico.

3.2.1 Principios de las mediciones solarimtricas

Los instrumentos, en general, convierten la energa de la radiacin inci-dente en otra forma de energa que puede ser medida ms conveniente-mente (Robinson, 1 966). Dependiendo del principio en el cual estnbasados, los instrumentos pueden ser clasificados como termales,termoelctricos, fotoelctricos, entre otros.

Segn Tiba et al.(2 000), habitualmente son utilizados instrumentoscuyo sensor es una termopila que mide la diferencia de temperaturaentre dos superficies normalmente pintadas de negro y blanco e igual-mente iluminadas. Una ventaja principal de la termopila es su respues-ta uniforme a las longitudes de onda. Por ejemplo, el piranmetro Eppleymodelo 8-48 presenta esa caracterstica en un intervalo de 0,3 a 3 m.

Sensores basados en la expansin diferencial de un par bimetlico, pro-vocada por una diferencia de temperatura entre dos superficies de colornegro y blanco, son tambin utilizados en instrumentos solarimtricos(actingrafo tipo Robitzch-Fuess). La expansin del sensor movilizauna pluma que registra un valor instantneo de irradiacin solar.

Actualmente, para mediciones piranomtricas son utilizadas fotoclulasde silicio monocristalino cuyo costo es de 10 a 20 % del costo de losinstrumentos que usan termopilas. Su mayor limitacin es la no unifor-midad de respuesta espectral en una regin relativamente limitada delongitudes de onda en la cual la fotoclula es sensible (0,4 a 1,1 m conun mximo alrededor de los 0,9 m). Cerca del 99 % del espectro solarse extiende entre 0,27 a 4,7 m, por tanto el intervalo de sensibilidad delas fotoclulas comprende el 66 % de la radiacin.

Las fotoclulas y las termopilas realizan mediciones esencialmente di-ferentes. La fotoclula cuenta el nmero de fotones con energa mayorque la diferencia existente entre dos bandas de energa del material conlas cuales esos fotones interactan (banda de energa prohibida del sili-

cio). La energa en exceso de los fotones es simplemente disipada enforma de calor. Una termopila mide potencia por lo tanto, el momentode primer orden de la distribucin espectral. Esta diferencia da origena caractersticas espectrales cualitativamente diferentes que complicanel anlisis de interrelacin entre ambos tipos de sensores.

Si el espectro solar tuviese siempre la misma distribucin, bastara lacalibracin de estos sensores, debido a que no seran afectados por surespuesta espectral. Sin embargo, la distribucin espectral se modifica

con la masa de aire y cobertura de nubes. Ese cambio es muy impor-tante para la componente directa normal de irradiacin y extremada-mente grande para la irradiacin difusa al punto que la medicin puedeser afectada por errores del orden de 40 %.

3.2.2 Instrumentos solarimtricos

Son dos los propsitos fundamentales en el uso de un instrumento: elprimero de ellos es la medicin de la cantidad de energa asociada conla irradiacin solar sobre un plano de orientacin determinada. Mien-tras que el segundo, prove informacin acerca de la distribucin es-pectral y espacial de esta energa (Robinson, 1 966).

La radiacin solar que llega a la superficie comprende el espectro visi-ble con longitudes de onda entre 0,4 y 0,7 m, una parte del ultravioleta

entre 0,3 y 0,4 m, y tambin el infrarrojo entre 0,7 y 5 m. Estairradiacin solar llega al suelo en dos formas, como irradiacin solardirecta e irradiacin solar difusa, y ambos tipos de irradiacin constitu-yen la irradiacin solar global (WMO, 1 981).

Los componentes de la irradiacin solar que estn sujetos a medicionespara fines meteorolgicos, y que son de uso ms general, son los si-guientes (OMM, 1 996):

- Irradiacin solar directa medida a incidencia normal,

- Irradiacin solar global recibida sobre una superficie horizontal,

- Irradiacin solar difusa,

- Irradiacin solar (directa, global y difusa) medidas en porciones

restringidas del espectro.

La clasificacin de los instrumentos est basada en diferentes criterios.Algunos se cien a criterios de estandarizacin, otros lo asocian a sugrado de calidad.

3.2.2.1 Pirhelimetros

Son instrumentos que miden la irradiacin directa del sol en una super-ficie perpendicular al rayo solar (WMO, 1 996). En estos instrumen-tos, el receptor se encuentra protegido de la irradiacin indirecta y estusualmente ubicado en el fondo de un tubo, por ello las diferentes for-mas del receptor y del tubo derivan en diferentes tipos de pirhelimetros.

De acuerdo a la Organizacin Meteorolgica Mundial (OMM), lospirhelimetros pueden clasificarse en patrones primarios, patronessecundarios y pirhelimetros de campo.

Un pirhelimetro patrn primario o pirhelimetro absoluto puede defi-nir la escala de irradiancia total sin recurrir a fuentes o radiadores dereferencia. Estos instrumentos son de una gran precisin y suelen serbastante complicados y demasiado costosos para su uso frecuente, porlo que slo pueden ser mantenidos y operados por laboratorios especia-lizados. Todos los pirhelimetros absolutos de diseo moderno usanreceptores de cavidad y como sensores, medidores diferenciales deflujo calorfico calibrados elctricamente. Esta combinacin provee lams alta precisin para los niveles de radiacin encontrados en las me-diciones de irradiacin solar ( hasta 1 kW /m2) (WMO, 1 996).

Un pirhelimetro patrn secundario es un pirhelimetro absoluto queno cumple todas las especificaciones o que no est plenamente caracte-rizado y puede usarse como Patrn secundario si es calibrado por com-paracin con el Grupo de Normalizacin Mundial (World Standard


13/31

13


Group). Pueden a su vez calibrar a otros en unidades absolutas, porello son de gran fiabilidad por su precisin y recomendables por suportabilidad para los diferentes propsitos. Uno de los ms conocidoses el Pirhelimetro de compensacin ngstrm (Figura 1), usadopara calibrar tanto pirhelimetros como piranmetros, y que consistede dos lminas de manganina platinada, oscurecidas con una capa denegro de humo o con pintura negra mate ptica. Detrs de cada lminase acopla un termopar de cobre-constantn para que la diferencia detemperatura entre las lminas pueda indicarse en un galvanmetro sen-

sible o un micro voltmetro elctrico (WMO, 1 996).

Los pirhelimetros de campo son usados para registro continuo de lairradiacin solar y con frecuencia se montan sobre un sistema de segui-miento automtico. Pueden ser tambin empleados para la calibracinde los instrumentos de una red (OMM, 1 990). Generalmente hacenuso de una termopila como detector y tienen un ngulo ptico que varadesde 2,5 a 5,5 de semingulo de abertura y entre 1 a 2 de ngulo deinclinacin; stas caractersticas de su diseo le permiten seguir el des-

plazamiento del sol.

El tipo de uso del pirhelimetro puede dictar la seleccin de un tipoparticular de instrumento. Algunos modelos, como el Actinmetro LinkeFuessner, son usados principalmente para mediciones puntuales, mien-tras que otros como los de tipo Eppley, Kipp & Zonen o EKO son dise-ados especficamente para monitoreos de largo plazo de la irradianciadirecta (WMO, 1 996).

En el pirhelimetro Eppley el receptor est hecho de un metal cuyasuperficie est parcialmente ennegrecida y parcialmente blanca, aun-que en algunos casos puede ser completamente negra. Las partes blan-cas y negras estn aisladas una de la otra, y las termocuplas dispuestasbajo la superficie receptora tal que las uniones en contacto termal conla parte negra del receptor son las uniones calientes, mientras aquellas

en contacto termal con la parte blanca de la superficie receptora son lasuniones fras. Como las dos partes (negra y blanca) de la superficiereceptora tienen diferentes absortividades, se establecer una diferen-cia de temperatura entre ellas cuando estn expuestas a la irradiacin(Robinson, 1 966).

Otros de los pirhelimetros de uso bastante extendido es el Kipp &Zonen. Este instrumento cuenta con una termopila de 40 uniones demanganina-constantn en dos grupos circulares de 20 m cada una.Uno de esos grupos se encuentra protegido del sol en la intencin decompensar las fluctuaciones trmicas en el interior del instrumento.Debido a que no es compensado en las variaciones de la temperaturaambiente, posee un termmetro incorporado que permite a partir de sulectura aplicar un factor de correccin en la constante de calibracin del

pirhelimetro, el cual es funcin de dicha temperatura (Tiba et al.,2 000).

3.2.2.2 Piranmetros

Son instrumentos que miden la irradiacin solar global (directa y difu-sa) en un plano horizontal. El elemento receptor debe estar horizontaly libremente expuesto al hemisferio celeste, pero debe estar protegidode la irradiacin que regresa del suelo y los alrededores (Robinson,1 966).

Al encontrarse expuesto a todo tipo de condiciones ambientales, el

piranmetro debe ser robusto en su estructura y resistir la corrosin delaire hmedo, adems, su elemento receptor debe encontrarse debida-mente aislado (hermticamente cerrado) por un domo de vidrio y ser defcil desmonte para su desecacin, por ello se recomienda la revisindiaria del instrumento (WMO, 1 996).

Los piranmetros normalmente usan sensores termoelctricos, fotoelc-tricos, piroelctricos o elementos bimetlicos; sus propiedades en rela-cin a su grado de precisin y confiabilidad son: sensibilidad, estabili-dad, tiempo de respuesta, respuesta cosenoidal, respuesta azimutal,linealidad, respuesta de temperatura y respuesta espectral (WMO,1 996).

3.2.2.2.1 Piranmetro fotovoltaico*

Estos solarmetros poseen como elemento sensor una clula fotovoltaica,generalmente de silicio monocristalino. Las fotoclulas tienen la pro-piedad de producir corriente elctrica cuando son iluminadas, siendoesta corriente, en condiciones de corto circuito, proporcional a la inten-sidad de radiacin incidente.

Estos piranmetros han recibido diversas crticas, particularmente encuanto a su comportamiento espectral, debido a su selectividad. Estefenmeno es inherente al sensor y es, en consecuencia, incorregible.La reflectividad de las clulas fotovoltaicas es dependiente de la res-puesta con la temperatura y poseen soluciones plenamente satisfacto-rias. De cualquier forma, su bajo costo y facilidad de uso los hace par-ticularmente tiles como instrumentos secundarios. Entre tanto, su uti-lizacin es recomendada para integraciones diarias de irradiacin solar

total sobre un plano horizontal o para observar pequeas fluctuacionesde irradiacin debido a su gran sensibilidad y respuesta casi instant-nea, cerca de 10 segundos.

Para valores diarios, el error en las mediciones de un piranmetrofotovoltaico est en el orden de 3 %. Ciertos procedimientos, entretanto, pueden mejorar algo ms los resultados a fin de lograr diferen-cias menores de 1 % en las mediciones de irradiacin diaria, cuandoson comparados con piranmetros de precisin.

3.2.2.2.2 Piranmetro termoelctrico*

El elemento sensible de estos solarmetros es en esencia una pilatermoelctrica constituida por pares termoelctricos (termopares) en se-rie. Tales termopares generan una tensin elctrica proporcional a la

diferencia de temperatura entre sus uniones, las cuales se encuentran encontacto trmico con placas metlicas que se calientan de forma distin-ta cuando estn iluminadas. Por lo tanto, una diferencia de potencialmedida en la salida del instrumento puede ser relacionada con el nivelde irradiacin.

Dentro de los piranmetros termoelctricos existen esencialmente dostipos en uso, siendo ellos:

- Piranmetros con un detector pintado de blanco y negro, esto es, elreceptor presenta alternativamente superficies blancas y negras dis-puestas en coronas circulares concntricas o con otros formatos,tales como estrellas o cuadrculas. En estos intrumentos, las unio-nes calientes de termopilas estn en contacto con superficies ne-

gras, altamente absorbentes, y las fras en contacto con superficiesblancas, de gran reflectividad.

* Extrado de Tiba et. al., 2000

Figura 1. Pirhelimetro de compensacinngstrm


14/31

14


- Piranmetros con superficie receptora totalmente ennegrecida encontacto trmico con las uniones calientes y las fras, asociadas aun bloque de metal de gran conductividad trmica, colocadas en elinterior de un instrumento, resguardadas de la irradiacin solar yteniendo aproximadamente la temperatura del aire.

Los piranmetros ms difundidos dentro del tipo Blanco y Negro son:Eppley 8-48 (Estados Unidos); Cimel CE-180 (Francia); Star o SHENKy el M-80M (Rusia). De stos, el Eppley 8-48 y el CE-180 poseencompensacin por temperatura.

Dentro de los piranmetros con superficie receptora totalmente negra,los ms usados son el Eppley PSP (Estados Unidos) y el Kipp & Zonen**CM-5 y CM-10 (Holanda). Ver Figura 2. Slo el Eppley PSP es com-pensado por temperatura, siendo un instrumento de precisin y consi-derado de primera clase. Todos los dems piranmetros consideradosaqu son de segunda clase.

Los piranmetros tienen buena precisin, en un rango de 2 a 5 %, de-pendiendo del tipo. Tales instrumentos pueden ser usados para medirirradiacin a escala diaria, horaria o menor, lo que va a depender msde la programacin del instrumento de adquisicin de datos asociado.

Los piranmetros en general, poseen buena respuesta espectral,

linealidad y uniformidad de respuesta y tiempo de respuesta, mejor queun actingrafo. Hay una cierta dependencia del factor coseno para gran-des ngulos de incidencia, pero este problema es comn a los otroscitados (actingrafo y piranmetro fotovoltaico).

La mayor dificultad en el uso del piranmetro termoelctrico es su ele-vado costo, adems de requerir un equipo de adquisicin de datos espe-cfico.

3.2.2.2.3 Piranmetro de Bellani

El primer instrumento diseado para la determinacin de irradiacincircunglobalfue inventado por Bellani en 1 836 y fue modificado porHenry en 1 926. Este instrumento opera con el principio de destilacinde un lquido como resultado de la absorcin de la irradiacin incidente(Robinson, 1 966).

Una importante mejora del piranmetro Bellani fue introducida por elPhysikalish-Meteorologisches Observatorium, Davos-Plaez, Suiza(Robinson, 1 966). Este piranmetro (modelo suizo) est constituidopor dos esferas concntricas unidas a una bureta vertical graduada has-ta 40 cm. La esfera externa es de vidrio y la interna de cobre pintado decolor plomo. La bureta est unida con la esfera de cobre mediante untubo capilar de forma tal que constituyen un reservorio interno para elelemento sensible, que en este caso es alcohol etlico puro. Al incidir lairradiacin solar (directa, difusa y reflejada), la esfera de cobre aumen-ta su temperatura, parte del alcohol se evapora y vuelve a condensarsea lo largo de la bureta que se encuentra a menor temperatura. La canti-dad de alcohol acumulada en un tiempo determinado es directamenterelacionada con la irradiacin total interceptada en onda corta por laesfera de cobre.

Este instrumento no es un piranmetro en el estricto sentido de la defi-nicin establecida porque la superficie receptora es esfrica y no plana.Ver Figura 3.

3.2.2.2.4 Medicin de la Irradiacin solar difusa

Se realiza utilizando el piranmetro sobre un plano horizontal y prove-yendo al instrumento de una serie recursos mviles o fijos para evitar

que la irradiacin directa alcance al receptor. El tipo movible consistede un pequeo disco impulsado por un montaje ecuatorial que va ha-ciendo una sombra bien definida sobre el receptor. El tipo fijo consistede un anillo o armadura que sombrea al receptor, ste le confiere estabi-lidad y no requiere supervisin pero deben introducirse correccionespor la prdida de irradiacin difusa debido a los bordes del anillo, cl-culos que no son simples para das claros y son mucho ms complica-dos para das nublados (Robinson, 1 966).

3.2.2.3 Actingrafo

Conocido tambin como pirangrafo bimetlico de Robitzch; fue dise-ado originalmente por Robitzch en 1 915 y es similar a un termgrafo(Robinson, 1 966). Ver Figura 4. El elemento sensible est constitui-

do por un receptor con tres lminas bimetlicas situadas en un mismoplano horizontal y de las mismas dimensiones (WMO, 1 981). La l-mina central (ennegrecida) se expande mucho ms que las lminas late-rales (blancas) al ser calentadas por la irradiacin incidente, siendo pro-porcional a la energa recibida (Tiba et al., 2 000). Las lminas exterio-res estn fijas en un mismo soporte y la lmina central est libre y losmovimientos que ella puede efectuar los trasmite por medio de unavarilla metlica conectada a un sistema de palancas, capaz de amplifi-car y graficar en una carta cualquier alteracin en longitud del elementosensible; la banda a su vez, est adosada a un cilindro que gira medianteun mecanismo de relojera. Las bandas pueden ser diarias, semanales ymensuales. El rea de la curva de irradiacin debe ser cuantificada paraevaluar la irradiacin total registrada. Este instrumento no es recomen-dado en lecturas instantneas ya que tiene un coeficiente de retardo de10 a 15 minutos para alcanzar una respuesta del orden de 98 % en pti-

mas condiciones de calibracin y operacin. Las caractersticas delinstrumento, incluyendo la cuantificacin del rea de la curva, llevan aerrores de 15 a 20 %. As mismo, con una calibracin mensual, esoserrores no son inferiores a los 5 a 10 %, siendo considerado un instru-mento de tercera clase (Tiba et al., 2 000; WMO, 1 981). El elementosensible est protegido de la inclemencia del tiempo por una cpula devidrio.

** Actualmente estn disponibles los modelos CM-11 y CM-21

Figura 2. Piranmetro Kipp & Zonen

Figura 3.

Piranmetro de Bellani

Figura 4.Actingrafo o piranmetrobimetlico de Robitzch


15/31

15


3.2.2.4 Heligrafo

Este instrumento fue inventado en Inglaterra por Campbell en 1 853 yfue modificado por Stokes en 1 879. Es un instrumento que mide lacantidad de horas de sol (total en horas y dcimos) durante el da en unlugar determinado. Ver Figura 5.

Es esencialmente una esfera de vidrio slido pulido con un eje montadoparalelo al de la tierra; es necesario orientar el plano vertical que pasa

por el eje, e inclinar un ngulo igual a la latitud del lugar. La esferaacta como un lente y la imagen focalizada se mueve a lo largo de unabanda de papel especialmente preparada que tiene una escala de tiempo(Robinson, 1 966). La quemadura de la banda ocurre cuando la irradia-cin solar directa supera un lmite variable de 120 a 210 W/m2(WMO,1 992), que depende de la ubicacin (turbidez atmosfrica, altitud, hu-medad atmosfrica), el clima, el tipo de banda de registro utilizada ylos mtodos de anlisis (WMO, 1 981).

Mediante el uso de correlaciones simples, con coeficientes apropiados,las series histricas de insolacin pueden ser utilizadas para estimarirradiacin solar diaria, media mensual o anual, con errores mnimosdel orden de 10 % (Tiba et al., 2 000).

3.2.3 Estandarizacin de instrumentos solarimtricos

3.2.3.1 Intercomparacin de Pirhelimetros

De acuerdo a la Organizacin Meteorolgica Mundial (WMO, 1 996),todos los pirhelimetros no absolutos deben ser calibrados por compa-racin con un pirhelimetro absoluto, usando como fuente el sol. Paraesto existe un factor determinado por comparacin con el Grupo deNormalizacin Mundial (World Standard Group). Luego de realizadaslas comparaciones, un pirhelimetro puede ser usado como un patrnprimario para calibrar, de nuevo por comparacin, pirhelimetros pa-trones secundarios y de campo. A su vez, los pirhelimetros patronessecundarios pueden calibrar a los pirhelimetros de campo. Para lacalibracin de pirhelimetros patrones primarios y secundarios se sue-le considerar un perodo de 5 aos, pero para los de campo de 1 a 2

aos, variando en funcin a la frecuencia de uso del instrumento.

3.2.3.2 Calibracin de Piranmetros

Consiste en la determinacin de su factor de calibracin y la dependen-cia de ste a las condiciones ambientales, tales como: temperatura, ni-vel de irradiancia, distribucin espectral de irradiancia, variacin tem-poral, distribucin angular de irradiancia, inclinacin del instrumento(WMO, 1 996).

La Organizacin Meteorolgica Mundial refiere que existen variasmetodologas para calibrar un piranmetro usando como fuente el sol olos recursos del laboratorio. Estos mtodos son:

1) Por comparacin con un pirhelimetro patrn para la irradiacinsolar directa y un piranmetro sombreado para la irradiacin difu-sa.

2) Por comparacin con un pirhelimetro patrn, utilizando el sol comofuente, con un disco de sombreado removible para el piranmetro;.

3) Por comparacin con un piranmetro patrn, utilizando el sol comofuente, o bajo otras condiciones naturales de exposicin (por ejem-plo, un cielo nublado uniforme);.

4) En el laboratorio, sobre un banco ptico con una fuente artificialbien con incidencia normal o con cierto azimut y altura especifica-dos, por comparacin con un piranmetro similar previamente ca-

librado al aire libre.5) En el laboratorio, con la ayuda de una cmara de integracin que

simule la irradiacin difusa, por comparacin con un tipo similarde piranmetro previamente calibrado al aire libre.

Es necesario especificar bajo qu condiciones ambientales se ha efec-tuado la prueba de calibracin y qu mtodo se ha utilizado.

3.2.4 Instrumental de temperaturas extremas

El instrumental especfico para la medicin de la temperatura es el ter-mmetro. Existen varios tipos de termmetros que se diferencian en elelemento sensible y por ende en el grado de precisin, as como adapta-ciones para fines especficos. Dentro de los diferentes tipos de term-metros encontramos los termmetros de mximas y mnimas que estn

destinados a registrar las temperaturas mxima y mnima en el da. VerFigura 6.

3.2.4.1 Termmetro de mxima:

Est construido en forma similar a la de los termmetros corrientes demercurio y cristal, salvo que existe un estrangulamiento o estrecha-miento en la luz del tubo, inmediatamente por encima de la ampolla.Al dilatarse, el mercurio se ve forzado a atravesar ese estrechamiento,pero al contraerse por enfriamiento la delgada columna de mercurioque queda por encima del estrechamiento se separa del mercurio de laampolla, con lo que queda registrada la temperatura mxima (Fuess,1 992).

3.2.4.2 Termmetro de mnima:

Est constituido por un tubo lleno de alcohol en el que est sumergidoun ndice. Al contraerse el alcohol, el ndice es arrastrado por adheren-cia en direccin a la ampolla y queda fijo sealando la temperaturamnima alcanzada (Fuess, 1 992).

Figura 5.Heligrafo Campbell-Stokes

Figura 6. Termmetro de mxima (superior), termmetro de mnima (inferior)


16/31

16


4. INFORMACIN METEOROLGICA Y CARTOGRFICA UTILIZADA

4.1 Red de medicin de la irradiacin solar

La red de medicin de irradiacin solar del SENAMHI est compuestade estaciones con piranmetros, instrumentos de precisin que regis-tran directamente la irradiacin solar; actingrafos, que son instrumen-tos registradores no tan precisos pero que brindan un valor aproximado

de irradiacin solar; y con heligrafos, instrumentos con los que se es-tima de forma indirecta la irradiacin solar a travs de las horas deduracin del brillo solar. Se cuenta tambin con estaciones meteorol-gicas automticas, las cuales son parte del programa sostenido de me-diciones de irradiacin solar y cuyos datos han sido utilizados para lavalidacin de los datos histricos existentes, as como para el levanta-miento de datos en lugares crticos sin informacin histrica.

En el presente estudio, para los procesos de calibracin de los mtodosse utiliz una red de 10 estaciones con registros piranomtricos y seutilizaron 5 estaciones con registros actinogrficos distribuida en todoel territorio peruano abarcando las tres regiones (costa, sierra y selva).

Los datos de piranmetros y parte de los de actingrafos se encontraronregistrados en planillas y fueron digitados directamente, mientras que

otra gran parte de la informacin se encontraba en bandas actinogrficas.Estos registros grficos de actingrafos son particularmente exigentesy de tediosa lectura manual, por lo que se elabor un software especfi-co para su procesamiento y lectura semi-automtica.

La ubicacin, rcord de datos y tipo de instrumento de medicin de lasestaciones meteorolgicas que conforman la red de estaciones de irra-diacin solar se presenta en la tabla 1, mientras que un resumen de lasprincipales variables climatolgicas de las mismas se presenta en latabla 2.

Tabla 1.Ubicacin geogrfica, rcord histrico y tipo de instrumento de medicin de irradiacin solar en las estaciones base.

La red de estaciones con heligrafos son de mayor nmero y cuentancon un buen perodo de registro de datos que son utilizados para exten-der informacin de irradiacin solar.

Adems, la red de estaciones climatlogicas es bastante ms densa quelas anteriores, y en la gran mayora cuenta con los datos de temperatu-ras extremas y precipitacin.

4.2 Red de estaciones meteorolgicas

Para el presente estudio, se utilizaron un total de 197 estaciones meteo-rolgicas incluidas las 15 estaciones base sealadas en el punto ante-rior. El perodo seleccionado para la cuantificacin y tabulacin de losdatos meteorolgicos de las estaciones utilizadas y elaboracin de losmapas, fue de 1 975 a 1 990. La densidad y distribucin espacial deestas estaciones se encuentra en el mapa 1. La ubicacin y rcordhistrico de estas estaciones se presenta en el anexo 3. Las tablas ygrficos de los resmenes mensuales de las principales variables me-teorolgicas utilizadas para el presente trabajo se encuentran en losanexos 4, 5 y 6.

4.3 Sistema de informacin geogrfica

Para la elaboracin de los mapas de energa solar se utilizaron los siste-

mas de informacin geogrfica (SIG). La base cartogrfica utilizadafueron 500 cartas nacionales provenientes del Instituto Geogrfico Na-cional (IGN) a una escala de 1:100 000. La delimitacin departamentalfue obtenida del mapa Per digital.

La base de datos cartogrfica fue elaborada con curvas de nivel cada200 metros, red hdrica hasta el sexto orden, fuentes de agua y lmitesnacionales e internacionales para todo el territorio peruano, el mismoque sirvi para la elaboracin del modelo digital de elevacin (DEM)que se incorpor en el modelo de interpolacin para la obtencin de losmapas finales de energa solar para todo el territorio.

5.PROCESAMIENTO Y CONTROL DE CALIDAD DE LA INFORMACIN

5.1 Recopilacin, digitacin y control de calidad de los datos

Se identificaron las fuentes de datos y su disponibilidad, seguido de ladigitacin de toda la informacin meteorolgica requerida, previa eva-luacin para el caso de las planillas de datos de irradiacin solar.

El proceso de control de calidad estuvo dirigido a mantener el ms altonivel en la calidad de los datos de cada estacin, y en particular de losde irradiacin solar, a los que se les aplic un procedimiento de anlisisde consistencia detallado.

5.1.1 Digitacin y control de calidad de los datos

a. Digitacin y control de calidad de registros de irradiacin solar:

Basados en el Inventario nacional con informacin de energas reno-vables del ao 2 000 (SENAMHI, 2 000), se seleccion las estacionesde la red nacional con datos de irradiacin solar y se obtuvo toda lainformacin disponible del Archivo tcnico. Luego de revisar cuida-dosamente las planillas de energa solar, se remitieron para su digitacinguardndose en formato de hoja de clculo para facilitar su manipula-cin posterior. El control de calidad se inicia con la verificacin de lainformacin desde planillas y culmina con el contraste de la informa-cin de irradiacin solar global y las variables meteorolgicas, justifi-cando fsicamente cada uno de los registros (consistencia interna).

b. Digitacin y control de calidad de informacin meteorolgica:La informacin registrada en las planillas climatolgicas fue digitada yse encuentra en una base de datos. Asimismo, la Oficina General de

Estadstica e Informtica realiz un proceso de control de calidad queanaliz los valores inconsistentes para su correccin o eliminacin; eneste caso, se utiliz directamente los archivos con la informacin pro-cesada.

Tabla 2.Valores de las principales variables climticas de las estaciones base

nicatsEacigloroetem

dutitaL)S(

dutignoL)W(

dutitlA)mnsm(

drocRocirtsih

edotnemurtsnInicidem

serolfariM 71,5 26,08 03 2991-9791 ortemnariP

MSnmaRnaS 65,5 50,67 481 2891-2791 ofargnitcA

rinevroPlE 53,6 91,67 032 1791-4691 ofargnitcA

acramabmaB 04,6 13,87 6352 7791-7691 ofargnitcA

atsivalleB 30,7 33,67 742 3791-1791 ofargnitcA

reuabrebeW 71,7 05,87 6352 5891-0891 ortemnariP

oayauH 30,21 23,57 8033 6991-7791 ortemnariP

tdlobmuHnoV.A 80,21 59,67 832 9991-8691 ortemnariP

somsoC 51,21 75,57 5754 8891-6891 ortemnariP

aryacKajnarG 55,31 78,17 9123 8891-0891 ortemnariP

olimaCnaS 70,41 27,57 893 8891-8791 ortemnariP

allibmabiuquhC 87,41 37,07 1793 4891-0891 ortemnariP

onuP 38,51 20,07 0283 3991-7791 ortemnariP

allipmaPaL-otacarahC 54,61 84,17 1542 7891-8791 ortemnariP

ayoJaL 85,61 29,17 5921 3991-7691 ofargnitcA

nicatsE

acigloroetem

agrenE

airaidralos

)2m/hWk(

anafoileH

avitaler

)%(

arutarepmeT

amixm

)C(

arutarepmeT

aminm

)C(

nicatipicerP

latot

)oa/mm(

ATSOC

serolfariM 57,5 65 7,03 3,91 612

tdlobmuHnoV.A 60,4 04 3,32 5,51 61

olimaCnaS 29,5 16 7,82 4,31 11

ayoJaL 30,7 57 0.72 1,01 77

ARREIS

acramabmaB 65,4 44 4,91 5,9 737

reuabrebeW 29,4 94 3,12 6,7 446

somsoC 29,4 64 2,9 7,0- 7401

oayauH 00,6 65 6,91 4,4 567

aryacKajnarG 44,5 35 7,02 7,3 476

allibmabiuquhC 80,6 95 8,61 4,2- 517

onuP 63,6 07 7,41 0,2 357

otacarahC 05,6 37 8,22 8,6 87

AVLES

MSnmaRnaS 76,4 14 3,13 8,02 8512

rinevroPlE 98,3 14 5,23 4,02 1401

atsivalleB 87,4 04 2,23 9,02 829


17/31

17


5.1.2 Anlisis de consistencia de datos de irradiacin solar.

a. Control horario de la informacin de irradiacin solar:El anli-sis fue grfico y se utiliz como referencia la irradiacin solar horariaen el tope de la atmsfera (desde las 6 horas hasta las 19 horas), la cualse estim para cada una de las estaciones. En este proceso se requiride las planillas climatolgicas, contrastando el dato de irradiacin conlas condiciones de tiempo: datos de nubosidad, horas de sol, tempera-turas en horas sinpticas, temperaturas extremas, evaporacin y preci-

pitacin. Las conclusiones del anlisis permitieron detectar los datosinconsistentes que se eliminaron de las series.

b. Control de la variabilidad estacional:Se calcularon los totalesdiarios de irradiacin solar y se analiz en la serie de tiempo:estacionalidad, saltos, tendencias, variabilidad. El anlisis de la seriede datos de irradiacin solar se hizo independientemente al de las seriesde las dems variables meteorolgicas.

c. Anlisis de dispersin de datos:Con los totales diarios de irradia-cin calculados anteriormente y teniendo en cuenta que existe una granrelacin entre la energa que llega a la superficie y la cobertura nubosa,se procedi al anlisis de los datos mediante grficos de dispersin res-pecto a dos variables muy relacionadas con la claridad del cielo:heliofana y rango trmico, cuya relacin es inversamente proporcional

a la cobertura nubosa y directamente proporcional a la cantidad de ener-ga que llega a la superficie. Basados en ello, se detect datos quepodan considerarse dudosos verificando su valor en planillas o con lasdems condiciones de tiempo para luego determinar su validez.

Al concluir con todo el proceso se encontraron errores de diversas fuenteslos que se procedieron a corregir o eliminar.

Respecto a los errores admisibles en los datos de irradiacin globalmedidos se puede considerar que con fines de evaluacin de la energasolar se aceptan errores entre 10 y 15%, en tanto que la exactitud reque-rida en la estimacin de los datos de irradiacin est en el orden del20% (Wardle, 1 998).

5.2 Modelo digital de elevacin (DEM)

Despus de la digitalizacin de 500 cartas nacionales con las curvas denivel cada 200 metros, se procedi al empalme de las mismas, todo enformato vectorial. Luego de realizar el anlisis de consistencia espa-cial de los valores vectoriales, se procedi a producir el modelo digitalde elevacin (DEM) en formato raster con tamao de pxel de 500 x500 metros. Posteriormente se produjeron los mapas de pendientes yde aspecto (ngulo azimutal) derivados del DEM a la misma resolucinpara su uso en el modelo.

6. MODELOS DE ESTIMACIN DE LA IRRADIACIN SOLAR

6.1Modelo ngstrm-Prescott

El modelo de ngstrm-Prescott es el modelo ms frecuentemente usadopara estimar la irradiacin solar relativa (H/H

o) basado en las horas de

sol relativas (n/N). Esta ecuacin fue sugerida por Prescott (1 940)como una modificacin del modelo de ngstrm propuesto en 1 924.Esta ecuacin est dada por:

N

nba

H

H

o

+=

Donde Hes la irradiacin solar medida en superficie, Hoes la irradia-

cin solar en el tope de la atmsfera, nson las horas de sol efectivas oheliofana y Nes la duracin astronmica del da para una fecha del aoy latitud especficos. Los coeficientes empricos aybtienen un signifi-cado fsico, donde a+brepresenta el valor mximo de la transmisividadde la atmsfera () mientras que el coeficiente arepresenta el mnimovalor de .

Para el presente trabajo se utiliz la informacin a nivel diario de lasestaciones de base con instrumentacin piranomtrica y actinomtrica.Se hicieron los clculos respectivos de H

oy Ny se procedi a estimar

los valores de los coeficientes empricos para cada una de las estacio-nes, los cuales se presentan en la tabla 3.

Estos valores muestran una alta variacin en cuanto a su distribucinespacial, incluso dentro de las regiones determinadas por Garca (1 994).Las relaciones entre la heliofana relativa (n/N) y los coeficientes emp-

ricos de los valores obtenidos en el presente estudio, no son tan claroscomo los encontrados por Frre et al.(1975). Esto imposibilita el usode slo un par de coeficientes empricos para todo el pas como lo su-giere Frere et al. (1975), especialmente en aquellas reas como el Perque poseen una gran diversidad de ambientes ecolgicos. Kadono(1 972), trabaj con 9 estaciones base con datos de irradiacin solar yheliofana a nivel de valores medios mensuales, con un periodo de en-tre 1 y 4 aos de datos, obteniendo valores de coeficientes para distin-tas regiones. El estudio utiliz la clasificacin climtica de W. Kppenaplicada para el Per por el Instituto Geogrfico Militar (1 970) paradeterminar las zonas de extrapolacin de los coeficientes encontrados.Cabe mencionar que los coeficientes encontrados en el estudio deKadono (1 972) para las localidades de Puno y Pampa de Majes no sonadecuados debido a que los valores presentados no concuerdan con laexplicacin fisica del modelo utilizado, sobre todo en el coeficiente a

con valores cercanos o menores a cero. Martnez-Lozano et al. (1 984)hace una recopilacin de muchos trabajos publicados al respecto, men-cionando adems algunas relaciones propuestas entre estos coeficien-tes y la latitud, altitud, albedo, altitud media del sol, contaminacinnatural y/o artificial as como del contenido de vapor de agua de laatmsfera. Luego de intentar adecuar algunas de estas ecuaciones a losvalores obtenidos en Per, encontramos que ninguno de ellos se aplica-ba para nuestras condiciones (Baigorria et. al., 2 003a). Sin embargo,existe una tendencia que muestra el efecto de los controladores climticoscomo son la Zona de Convergencia Intertropical (ZCIT) y losanticiclones del Pacfico sur y del Atlntico sur, as como la presenciade montaas y corrientes marinas sobre la distribucin espacial de lairradiacin solar. Los efectos son bsicamente relacionados a la ausen-cia o presencia de nubosidad debido a estos controladores, lo que influ-

ye grandemente en el coeficiente de transmisividad de la atmsfera.

6.2 Modelo Bristow-Campbell

De acuerdo a Bristow-Campbell (1 984) la diferencia entre las tempe-raturas mxima y mnima en un da determinado, depende de la rela-

cin de Bowen, esto es, la relacin entre el calor sensible y el calorlatente. El calor sensible depende de la irradiacin solar y es responsa-ble de las temperaturas mximas. Durante la noche, el calor sensible esperdido hacia el espacio como radiacin en onda larga, disminuyendo

(1)

Tabla 3:Valores de los coeficientes del modelo ngstrm-Prescottpor estacin, nmero de datos utilizado y error promedio.(Baigorria et. al., 2 003a)

nicatsE

acigloroetem a b

edoremN

sotad

rorrE

)%(

ATSOC

serolfariM 553,0 293,0 1863 4,2-

tdlobmuHnoV.A 112,0 764,0 68121 9,21

olimaCnaS 123,0 864,0 1422 4,0-

ayoJaL 395,0 181,0 4357 87,2

ARREIS

acramabmaB 223,0 633,0 7962 6,6

reuabrebeW 132,0 125,0 9581 7,2-

somsoC 023,0 483,0 929 4,7

oayauH 793,0 973,0 5826 2,2

aryacKajnarG 673,0 463,0 9912 4,3

allibmabiuquhC 593,0 483,0 2981 1,2-

onuP 873,0 834,0 5082 2,9

allipmaPaL-otacarahC 763,0 693,0 0221 7,01

AVLES

MSnomaRnaS 103,0 773,0 2472 6,6

rinevroPlE 872,0 023,0 3161 0,7

atsivalleB 553,0 143,0 417 9,5


18/31

18


as la temperatura del aire hasta su valor mnimo, valor que normal-mente se alcanza antes del amanecer. Esta explicacin fsica justificael hecho del uso de modelos para estimar la irradiacin solar en funcinde la temperatura, pero con la ventaja de una gran red de estaciones querealizan este tipo de mediciones.

Dentro de los modelos existentes, Baigorria et al.(2 003a) llegaron a laconclusin que el modelo Bristow-Campbell era el que mejor seadecuaba a las condiciones de Per. Este modelo sugiere la estimacin

de la transmisividad o irradiacin solar relativa (H/Ho) en funcin de ladiferencia entre las temperaturas mxima y mnimas (T, C):

( )[ ]BCBB

o

TbaH

H= exp1

En este caso, los valores empricos (aB, b

By c

B) tienen tambin un sig-

nificado fsico; aBrepresenta el mximo valor de que es caracterstico

de cada rea de estudio y adems depende de la contaminacin atmos-frica y de la altitud; b

B(C-1) y c

Bdeterminan el efecto del incremento

de T sobre la mxima de la atmsfera (Mesa y Varas, 2 000).

La tabla 4muestra los valores de los coeficientes del modelo Bristow-Campbell encontrados para cada estacin as como su error promedio.

Es necesario recalcar que el valor del coeficiente aBcorresponde a lasumatoria de los coeficientes a y b encontrados para el modelongstrm-Prescott mostrados en la tabla 3debido a que tienen exacta-mente el mismo significado fsico.

Debido a que los valores absolutos y las diferencias entre las tempera-

turas mximas y mnimas son fuertemente influenciadas por la topo-grafa, latitud () y altitud, entre otros factores (Baigorria et al., 2 001),los coeficientes b

By c

Bpropuestos pueden ser aplicados slo en reas

bajo similares condiciones de rgimen trmico. Esto hace inadecuadauna aplicacin directa del modelo en reas donde no existe este requisi-to. Es por esto que se desarrollaron algunas ecuaciones empricas paradeterminar el valor de estos dos coeficientes (Baigorria et. al., 2 003a).

( )exp574,57072,0116,2 += TcB

6485,2107,0 = BB cb

En el proceso de validacin de estas ecuaciones se hallaron altos valo-res residuales para la localidad de Puno. Esta estacin se encuentra aorillas del lago Titicaca, el mismo que cubre una superficie de 8 300km2. Esto produce un gran efecto de termorregulacin en toda el rea,evitando que los valores de temperatura mnima sean extremadamentebajos como corresponde en zonas de gran altura. Esto a su vez, provo-

ca la disminucin de los valores de DT generando valores que no sonrepresentativos en la produccin de una ecuacin de aplicacin gene-ral. Finalmente, la informacin procedente de esta estacin para deter-minar las ecuaciones (3)y (4)fue eliminada.

La Figura 7muestra los valores comparativos observados versus esti-mados de ambos coeficientes de Bristow-Campbell as como la rela-cin entre ambos coeficientes.

6.3 Modelo de interpolacin

6.3.1 Insumos del modelo

a. Coberturas SIG: El modelo utiliza las coberturas correspondientesal modelo digital de elevacin (DEM), el mapa digital de pendientes yel mapa digital de aspecto, todos ellos en formato raster.

Para el presente trabajo, debido al gran tamao de las coberturas antesmencionadas, y con el propsito de introducir en las simulaciones elmayor nmero de factores que influencian la variacin espacial de lairradiacin solar en Per, se seleccionaron 8 zonas homogneas de si-

mulacin. Entre zonas es importante mencionar la existencia de reasde traslape las que fueron simuladas bajo las condiciones de cada zonade tal manera que sirvieran como reas de interfase para el empalmefinal. Las reas de cada zona de simulacin se encuentran en lafigura 8y las ubicaciones geogrficas en la tabla 5.

(2)

Tabla 4:Valores de los coeficientes del modelo Bristow-Campbellpor estacin, nmero de datos y error promedio(Baigorria et. al., 2 003a)

(3)

(4)

Figura 7:Relaciones entre valores observados y estimados para loscoeficientes b

B

y cB

del modelo Bristow-Campbell, y la relacin entre ambos.(Baigorria et. al., 2 003a)

nicatsE

acigloroetem a

B

bB

)1-C( c

B

oremN

sotaded

rorrE

)%(

ATSOC

serolfariM 57,0 40,0 94,1 7953 8,3

tdlobmuHnoV.A 86,0 60,0 24,1 21731 1,41

olimaCnaS 97,0 90,0 50,1 4422 9,3

ARREIS

acramabmaB 66,0 32,0 08,0 3302 6,21

reuabrebeW 57,0 40,0 82,1 7061 2,3

somsoC 07,0 30,0 26,1 377 5,8

oayauH 87,0 11,0 79,0 7835 6,4

aryacKajnarG 47,0 11,0 29,0 1691 6,11

allibmabiuquhC 87,0 91,0 67,0 6741 6,3

onuP 28,0 02,0 78,0 6512 2,7

allipmapaL-otacarahC 67,0 61,0 19,0 4313 5,7

AVLES

MSnmaRnaS 86,0 20,0 68,1 4682 5,7

rinevroPlE 06,0 60,0 12,1 6432 1,4

atsivalleB 07,0 60,0 22,1 8301 3,2


19/31

19


b. Informacin de estaciones meteorolgicas:Despus de la adquisi-cin y control de calidad de los datos meteorolgicos y utilizando elprograma Weatherman (Tsuji et al., 1 998), que tambien verifica erro-res en los datos, se procedi a la generacin de los archivos de datosclimticos, los cuales contienen los valores promedio mensualesmultianuales de irradiacin solar, horas de sol, temperatura mxima y,temperatura mnima. Tambin se procedi a generar los archivos conpromedios mensuales de estas mismas variables, pero a nivel anual, esdecir, 16 archivos por cada estacin meteorolgica correspondiente alperodo de estudio.

6.3.2 Fundamento terico

El modelo de interpolacin est basado en la estimacin de la distribu-cin espacial y temporal de las temperaturas mximas y mnimas para

que stas a su vez sirvan de entrada al modelo de Bristow-Campbellpreviamente explicado (6.2).

El modelo basado en procesos para interpolar temperaturas mximas ymnimas (Baigorria y Bowen, 2 000a; Baigorria et al.,2 000b; Baigorriaet al., 2 003b) fue desarrollado para territorios complejos de montaadonde las variaciones microclimticas son muy grandes y donde losmtodos tradicionales de interpolacin geoestadstica tienen muchosproblemas debido a la escasa densidad de informacin, siendo incapa-ces de representar las variaciones reales existentes en esta regin(Baigorria et al., 2 001).

Muchos procesos en la atmsfera dependen del flujo neto de radiacina nivel de la superficie ( sfc

radF ) resultado del balance de los flujos deirradiacin solar (onda corta) y la radiacin terrestre (onda larga) (Peixotoy Oort, 1 992). Los procesos diarios de calentamiento y enfriamientodependen de este balance, el cual se hace negativo en las noches y po-sitivo durante el da, lo que hace que sfc

radF sea cero dos veces durante elda, que es cuando las temperaturas extremas ocurren.

Estimaciones del balance de radiacin en ondas corta y larga son posi-bles de hacer en estaciones meteorolgicas donde se estiman directa oindirectamente. La irradiacin directa y difusa (ambas en onda corta)son medidas por piranmetros, y considerando los caractersticas de lasuperficie (albedo), se puede estimar la irradiacin neta en onda corta.Para la estimacin de la radiacin terrestre en onda larga se utiliza laecuacin de Stefan-Boltzmann, la cual relaciona las temperaturas delcuerpo emisor con la radiacin que este produce.

Algunos problemas aparecen al momento de estimar la irradiacin at-mosfrica (onda larga), ya que depende de ms de un factor y no sedispone de datos medidos o estimados de esta variable. Este trminodel balance es entonces estimado por simple diferencia para los mo-mentos en los que las temperaturas extremas ocurren. Teniendo todoslos componentes del balance de radiacin para cada estacin meteoro-lgica, es posible encontrar el coeficiente de transmisividad de la at-msfera (). Estos valores de son utilizados para generar algoritmosque relacionan estas variables con las variables espaciales. Estosalgoritmos son utilizados posteriormente para estimar las temperaturasmximas y mnimas para cada celda dentro de la grilla en un rea deestudio determinada. La agregacin de todas estas clulas o pxelesdan como resultado un mapa de estas variables (Baigorria et al., 2 003b).Estos mapas a su vez sirven como insumos (inputs) espaciales para laaplicacin del modelo Bristow-Campbell, tambin a nivel espacial, el

cual fue previamente calibrado y validado para el Per (Baigorria et al.,2 003a).

6.3.3 Modelo digital de elevacin (DEM)

El modelo digital de elevacin de todo el territorio es la mejor aproxi-macin realizada en el Per. Los mapas 2, 3 y 4muestran el modelodigital de elevacin (DEM), mapa de pendientes y de aspecto, respecti-vamente. Si bien es cierto, stos slo constituyen un producto secunda-rio dentro del proyecto, corresponden sin embargo, al mayor esfuerzorealizado en el pas en este sentido y constituyen un gran logro no slopara SENAMHI sino tambin para todas las instituciones relacionadascon el quehacer nacional y que hacen uso de este tipo de informacinde tan alta calidad.

6.3.4 Simulacin

Se simularon por separado las 8 zonas para cada uno de los aos com-prendidos entre 1 975 y 1 990 (16 aos de simulacin). Para cada zona,se utilizaron los coeficientes a

Bdel modelo Bristow-Campbell de la

estacin ms representativa de cada zona. Los coeficientes bBy c

Bfue-

ron estimados automticamente con el modelo utilizando las ecuaciones(3)y (4)que se muestran en la seccin 6.2 de Modelos deestimacin deirradiacin solar.

Utilizando software de SIG se procedi a promediar los 16 aos simu-lados produciendo un mapa digital promedio por cada zona. Luego seempalmaron las 8 zonas digitalmente, produciendo un mapa digital paratodo el territorio peruano. Este procedimiento se realiz a nivel men-

sual, por lo que finalmente se obtuvieron los 12 mapas mensuales paratodo el Per. Para producir el mapa digital promedio anual de energasolar se procedi a calcular la media aritmtica de estos mapas mensua-les. De igual manera, utilizando los mismos mapas digitales, se generel mapa digital de desviacin estndar.

Tabla 5:Coordenadas de las zonas de simulacin establecidas

Figura 8:Zonas de simulacin

anoZ)(dutitaL )(dutignoL

amixm aminm amixm aminm

etroNatsoCI 53,3- 96,9- 72,87- 44,18-

etroNarreiSII 64,4- 23,8- 08,67- 55,97-

etroNavleSIII 10,0 23,8- 98,96- 77,87-

lartneCarreiSVI 98,7- 28,31- 54,47- 22,97-

ruSavleSV 14,7- 28,31- 55,86- 78,67-

lartneCatsoCIV 81,01- 00,61- 21,47- 89,77-

ruSarreiSIIV 50,21- 83,81- 45,86- 99,57-

ruSatsoCIIIV 00,51- 83,81- 45,86- 84,47-


20/31

20


7. DISTRIBUCIN ESPACIAL Y TEMPORAL DE LA ENERGASOLAR INCIDENTE DIARIA EN EL PER

En el Per, las condiciones orogrficas, climticas y oceanogrficas,entre otras, determinan la existencia de tres grandes regiones naturales:

Costa, Sierra y Selva. La Costa es la regin limitada por el Ocano

Pacfico y las laderas andinas por debajo de los 2 000 msnm. La Sierraes la regin de la Cordillera de los Andes, caracterizada por la presencia

de cumbres y montaas con alturas de 6 768 msnm. La Selva es la re-

gin formada por dos zonas, el bosque tropical amaznico o selva baja ylas pendientes y valles al este de los Andes bajo los 2 000 msnm conoci-

do como selva alta (Cceres et al.,1 984) .

7.1 Distribucin anual

A nivel anual, la zona de mayor potencial de energa solar del territorioperuano se encuentra principalmente en la costa sur (16 a 18 S), donde

se dispone de 6,0 a 6,5 kW h/m2. Otras zonas en las que se registra alta

disponibilidad de energa solar diaria, entre 5,5 a 6,0 kW h/m 2son lacosta norte (3 a 8 S) y gran parte de la sierra sobre los 2 500 msnm,

siendo en orden de importancia en cuanto a su extensin superficial: la

sierra sur, la sierra central y la sierra norte.

La zona de bajos valores de energa solar en el territorio es la selva,

donde se registran valores de 4,5 a 5,0 kW h/m

2

con una zona de mni-mos valores en el extremo norte cerca del ecuador ( 0 a 2 S).

Asimismo, es importante acotar que la mayor variacin anual (desvia-cin estndar) de los valores de energa solar recibida en la superficie

est en la costa sur, seguido en orden de magnitud por la costa central,

selva norte, costa norte y sierra sur. Las zonas de menor variacin anualson la selva central y sur, la sierra central y parte de la sierra norte.

7.2 Distribucin estacional

Al explicar la distribucin de la energa solar en el territorio peruano

debemos tener en cuenta diversos factores que controlan el clima, tales

como: la cordillera de los Andes, que configura la orografa del territo-

rio peruano; el Anticicln del Pacfico Sur (APS), que produce gran es-

tabilidad atmosfrica por la presencia de movimientos verticalesdescendentes en la tropsfera media; el Anticicln del Atlntico Sur

(AAS), que provee de humedad , y alimenta a los vientos Alisios del sur-

este; la Corriente Fra Peruana en el Ocano Pacfico, que refuerza la

estabilidad en la atmsfera; la Corriente Clida Ecuatorial (Corriente

El Nio), que inestabiliza la atmsfera en la costa norte en los meses de

verano; la Zona de Convergencia Intertropical (ZCIT), que genera muy

activos sistemas nubosos; la Alta de Bolivia que se asocia a sistemas

convectivos que suelen afectar mayormente la sierra y selva norte y cen-

tral del Per.

Durante el verano austral (diciembre a marzo) el sol se encuentra irra-

diando el hemisferio sur con mayor intensidad, sin embargo, este hecho

no se traduce en los mapas, especialmente en la parte norte y central de

la sierra y selva (0 a 10 S y 70 a 79 W), las mismas que presentan

valores relativamente bajos de energa solar, no obstante la considerablealtitud de las zonas montaosas que determinan una menor absorcin de

la irradiacin al atravesar un menor espesor atmosfrico. Esto se debe a

la interaccin de los principales controladores climticos tales como el

Sistema de Alta presin del Ocano Pacfico Sur (APS), el Sistema de

Alta presin del Atlntico Sur (AAS); la ZCIT muy activa en este he-

misferio en estos meses, la Alta de Bolivia y la Cordillera de los Andes,

determinan la llegada y/o formacin en el territorio peruano de sistemas

nubosos que originan las lluvias en esta poca (poca lluviosa), lo que

genera una sustancial disminucin de la transmisividad atmosfrica so-

bre toda esta regin.

Durante el invierno la energa solar recibida disminuye en general en

todo el territorio debido a que el sol se encuentra irradiando ms inten-

samente el hemisferio norte (solsticio de invierno). Este efecto estacional

se puede apreciar claramente en el comportamiento de la irradiacinsolar extraterrestre (Anexo 7).

En primavera, el sol inicia su retorno en su marcha aparente hacia el

hemisferio sur, determinando disminucin de la humedad atmosfrica

en este hemisferio debido a que la ZCIT est situada en el hemisferionorte. Esto provoca la ausencia de nubosidad y de lluvias (condiciones

de estiaje o estacin seca) en la sierra norte y central por lo que la

transmisividad de la atmsfera alcanza sus mximos valores, registrn-dose consecuentemente los valores ms altos de energa solar diaria re-

cibida en esta regin (noviembre). Asimismo, la regin de selva alcanza

tambin sus mayores valores en este mes, especialmente la selva norte.

La sierra sur y parte de la sierra central muestran altos valores de energa

solar, presentndose los mximos a fines de primavera y durante el vera-no, lo cual se debe a que se encuentra menos influenciada por los

controladores climticos que generan los sistemas nubosos como son la

ZCIT y la Alta de Bolivia. La ZCIT tiene mayor dominio e influenciasobre la sierra norte y central del territorio peruano, mientras que la Alta

de Bolivia, ejerce mayor influencia sobre la sierra central y sierra sur,

originando y manteniendo la conveccin diurna y la humedad atmosf-rica en niveles medios en los flancos occidentales de los Andes, pudien-

do incluso ser realimentada la conveccin entre los 5 y 8 S a lo largo de

los Andes ( sobre los 2 400 msnm) por las brisas de montaa o brisasmarinas (Gilford et al., 1 992).

En trminos generales, en la regin de la costa central y sur ocurrenvalores altos de heliofana y por lo tanto altos valores de energa solar en

la poca del verano austral; sin embargo, es necesario detallar algunas

excepciones. En la franja costera cercana al litoral, ubicada por debajode los 600 m de altura, el comportamiento descrito anteriormente cam-

bia durante fines de otoo, invierno e inicios de primavera en que esta

regin muestra valores marcadamente bajos de heliofana y energa so-lar y constituye una zona de mnimos en el territorio. Estas condiciones

se dan en razn de que la transmisividad atmosfrica disminuye consi-

derablemente debido a la intensificacin durante estos meses de la in-versin trmica, que determina una capa nubosa baja (estratiforme) e

incluso fuerte presencia de nieblas en esta regin. Esto es originado por

la mayor influencia del APS que por esta poca migra hacia su posicinms al norte en el Pacfico sur ( 30 S y 90 W), esto es, ms cerca al

litoral peruano, y tiene una mayor intensidad y amplitud; por otro lado,

a las menores temperaturas superficiales de la Corriente Fra Peruana y

la presencia e intensificacin de afloramientos costeros de aguas fras

profundas sub superficiales. A fines de primavera, en las terrazas

desrticas de Arequipa, Moquegua y Tacna (13,5 a 18 S y 70 a 76 W),por encima de los 1 000 msnm, se alcanzan los mayores valores de

energa solar durante el ao y de todo el territorio nacional. Esto se debe

a que estn ubicadas encima de la capa de inversin trmica y presentan

cielo despejado durante todo el ao.

La costa norte, entre los 3 y 6 S y los 80 a 81 W (departamentos de

Tumbes, Piura y norte de Lambayeque) presenta tambin valores altos

de heliofana y energa solar durante el verano austral, presentndose,

sin embargo, los valores mximos en los meses de octubre y noviembre

(primavera) y que constituye otra de las zonas en que se alcanzan altos

valores de energa solar en trminos anuales. Esto se debe a que esta

zona al igual que toda la zona costera peruana se encuentra fuera de la

zona de migracin y principal influencia de la ZCIT, pero dentro del

gran dominio del APS, en tanto que la Corriente Fra Peruana slo domi-

na las costas hasta aproximadamente 6 S. Tambin son importantes aun-que excepcionales, las ondas de calor y los pulsos de aguas clidas del

ocano Pacfico central-occidental, los cuales inestabilizan la atmsfe-

ra, especialmente durante los episodios del fenmeno El Nio, provo-

cando mayor cobertura nubosa y en algunas veces tormentas e intensas

lluvias.

Un caso a resaltar es el comportamiento de la irradiacin solar en nues-

tro litoral costero. La zona costera baja del Per, entre 0 a ~900 msnm,

se caracteriza porque durante gran parte del ao hay considerable nubo-

sidad y formacin de nieblas, presentando algunas particularidades

climticas locales. Es particularmente en la costa sur (15 15 a 18 20,

sur de Ica hasta Tacna) que no se dispone de muchos datos de irradia-

cin solar medidos, de calidad aceptable, por lo que se ha recurrido a

datos registrados por estaciones automticas durante los aos 2001 y

2002 en tres transectos altitudinales, observndose que la irradiacinsolar recibida a lo largo del litoral, en la mayora de los meses del ao, es

menor entre el 15% y el 30% que la recibida en partes ms altas, mien-

tras que en el verano esta situacinse revierte en un 10%.


21/31

21


REFERENCIAS

1. ngstrm, A. 1 924. Solar and terrestrial radiation. Q.J.R. Meteorol.Soc. 50: 121-125.

2. Baigorria, G.A., E.B. Villegas, I. Trebejo, J.F. Carlos y R. Quiroz.2 003a. Solar irradiation in complex terrenes and empirical relationto its estimation. A ser enviado a la revista Environmental Modellingand Software Elsevier en febrero 2 003.

3. Baigorria, G.A., W.T. Bowen and J.J. Stoorvogel. 2 003b. A process-based interpolation model for maximum and minimum temperaturesand solar radiation in mountain areas. A ser enviado a la revistaAgricultural and Forest Meteorology - Elsevier en febrero 2 003.

4. Baigorria, G.A., W.T. Bowen and J.J. Stoorvogel. 2 001. Estimatingthe spatial variability of weather in mountain environments. In:Scientist and farmer: partners in research for the 21stcentury. CIPProgram Report 1 999-2 000. Pp. 371-378.

5. Baigorria, G.A. and W.T. Bowen. 2 000a. A process-based modelfor spatial interpolation of extreme temperatures and solar radiation.In Proceedings Third International Symposium on SystemsApproaches for Agricultural Development [CD-ROM computerfile]. International Potato Center (CIP). Lima, Peru.

6. Baigorria, G.A., W.T. Bowen, and J.J. Stoorvogel. 2 000b. Climate/Weather interpolation: A process-based spatial interpolation model.In Proceedings - Anual meetings of American Society of Agronomy- Crop Science Society of America Soil Science Society ofAmerica. Minneapolis, Minnesota. November 5-9, 2 000. Pp. 421.

7. Bristow, K. and Campbell, G. 1 984. On the relationship betweenincoming solar radiation and daily maximum and minimumtemperature. Agric. For. Meteorol. 31: 159-166.

8. Cceres, R. ,A. Herrera, C. Rivera, C. Cavero, M. Daz, N. Aguilary J. Chang. 1 984. Desarrollo y aplicacin de mtodosagrometeorolgicos para el pronstico del estado de los cultivos enel Per. Informe Final. Missouri. Pp. 108.

9. European Meteorological Education and Training (EUROMET).

2 002. Glossary.10. Frre, M., J. Rijks and J. Rea. 1 975. Estudio agroclimatolgico de

la zona andina (Informe Tcnico). Proyecto Interinstitucional FAO/ UNESCO / WMO. Roma. Pp. 375

11. Fuess, R. 1 992. Termmetros de uso en Meteorologa-Climatolo-ga-Hidrologa, Berln.

12. Garca, J. 1 984. Radiacin incidente obtenida con el piranmetroBellani y el solarmetro. Cuadernos de Fsica y Meteorologa. Vol.IX, N 22. Universidad Nacional Agraria. Lima, Per.

13. Garca, J. 1 994. Principios fsicos de la climatologa.. UniversidadNacional Agraria La Molina. Ediciones UNALM Pp. 244

14. Gilford, M.T., M.J. Vojtesak, G. Myles, R.C. Bonam and D.L.Martens. 1 992. SOUTH AMERICA. South of the Amazon River.

A Climatological Study. USA.15. Goldberg, R.A., G. Tisnado and R.A. Scofield. 1 987. Characteristics

of extreme rainfall events in northwestern Peru during the 1 982-83 El Nio period. Journal of geophysical research. Vol. 92, No.C13, Pages 14,225 14,241.

16. Hernndez E., A. Tejeda y S. Reyes. 1 991. Atlas solar de laRepublica Mexicana. Mxico. Pp. 153.

17. Instituto Geogrfico Militar. 1971. Atlas del Per. Lima, Per.

19. Martnez-Lozano, J.A., F. Tena, J.E. Onrubia and J. de la Rubia.The historical evolution of the ngstrm formula and itsmodifications: Review and bibliography. Agricultural and ForestMeteorology, 33 (1 984) 109 128.

20. Meza, F. and Varas, E. 2 000. Estimation of mean monthly solarglobal radiation as a function of temperature. Agric. For Meteorol.

100:231-241.21. NOAA. 2002. Sunrise / Sunset Calculator. Surface Radiation

Research Branch. Department of Commerce, USA[On line].Disponible en http://www.srrb.noaa.gov/hightlights/sunrise/sunrise.html. Verificado el 15 Diciembre 2 002.

22. Organizacin Meteorolgica Mundial (OMM). 1 990. Gua de ins-trumentos y Mtodos de observacin meteorolgicos. OMM N08,Suiza.

23. Organizacin Meteorolgica Mundial (OMM). 1 992.Vocabulariometeorolgico internacional. OMM N 182, Suiza. Pp. 784.

24. Organizacin Meteorolgica Mundial (OMM). 1 996. Compendiode apuntes sobre instrumentos meteorolgicos para la formacindel personal meteorolgico de las clases III y IV. OMM N622.

Suiza. Pp. 25525. Peixoto, J.P. and A.G. Oort. 1 992. Physics of Climate. American

Institute of Physics. New York, US. Pp. 520.

26. Prescott, J.A. 1 940. Evaporation from a water surface in relationto solar radiation. Trans. R. Soc. Sci. Aust., 64:114-125.

27. RISOL. 1 999. Terminologa, definiciones y simbologa. Energasrenovables y medio ambiente. Vol. 8. Junio del 2 000. Pp. 29-30.

28. Robinson, N. 1 966. Solar Radiation. Elsevier Publishing Company.Pp. 346.

29. Rodrguez, H y F. Gonzlez. 1 992. Manual de irradiacin solar enCol

atlas de radiacion solar

Documents