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Línea Electricidad Solar PUC/CSETRodrigo Escobar, Cristián Cortés, Alan Pino, Paulo Ayala, Marcelo Salgado
Contenidos
• Evaluación de recurso solar – mediciones
• Características de la radiación solar en Chile
• Perspectivas futuras de la investigación
Chile en el mundo
• Radiación solar en total anual más alta del mundo debido a las condiciones
geográficas y atmosféricas: altura, nubosidad, aerosoles.
Concentración: Directa Normal (DNI) PV y SST: Global en plano del colector
Estaciones de Medición:
Aspectos generales y experiencia en
terreno
San Pedro de Atacama (techo del
museo). Diciembre 2010.
Sombras (árboles cercanos): erróneo
pero aceptable por ángulo de elevación.
Paso de nubes
GHI mayor que DNI por ángulo
de zenit (diciembre).
Estaciones de Medición - I
Seguimiento en 2 ejes (tracker)
+ instrumentos de mayor precisión
+ medición de DNI
– mantenciones más frecuentes
– requieren conexión a red eléctrica
Adquisición
de datos,
batería y
módem
celular
Radiación
Global
Radiación
Difusa
Radiación
Directa Normal
Mediciones precisas en laboratorio y estándar mundial.
Diego de Almagro, Atacama.Andes Mainstream
Piranómetros ventilados: horizontal y plano inclinado para planta PV.
Piranómetros
• Sistema de anillos o discos obstruyen la radiación directa.
• Anillo: obstruye difusa, factores de corrección.
• Requiere sistema de seguimiento o ajuste manual de anillos/discos.
Piranómetro para global Piranómetros para difusa Piranómetrosmontados en tracker
Piranómetro: Rango espectral 300-3000 nm.Ángulo de visión: 180°
Curicó, Maule.Universidad de Talca
Piranómetros de global horizontal y difusa con esfera de sombreamiento
Esfera de sombreamiento.Doble domo de cuarzo evita pérdidas térmicas IR + conv.
Pirheliómetro
Mide DNI – Direct Normal Irradiance (radiación directa normal): Dato básico para plantas CSP.
Requiere seguimiento pasivo en dos ejes utilizando un “Tracker”.
Único sensor para medir DNI – métodos alternativos no están normados.
Curicó, Maule.Universidad de Talca
Pirheliómetro para DNI con sensor de posicionamiento.
Pirheliómetro (NIP)Día claro: DNI + circumsolar
Día nublado: menor DNI + circumsolar.
Estaciones de Medición - IIRSBR (Rotating ShadowbandRadiometer)
+ requiere baja mantención
+ autónoma (batería + PV)
+ costo moderado
– Calcula DNI
– sensor de menor precisión
Radiación
global y difusa
Temperatura y
humedad relativa
Panel
fotovoltaico
Velocidad y
dirección del
viento
Adquisición
de datos,
batería,
barómetro y
módem
celular
Banda abajo: GHI
Banda arriba: DHIDNI se calcula.
Diferentes sensores secundarios y PV los hacen adaptables a cualquier tipo de clima.
¿Pirheliometro o RSBR?
• Depende de la disponibilidad de alimentación eléctrica,
personal de apoyo y seguridad de los equipos.
• 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 RSBR siempre es mejor que un NIP sin limpieza diaria.
Carrera Pinto, IIIa región.Solar Reserve
Tamarugal, Tarapacá.Solar Reserve
Alto Patache, Tarapacá.Centro UC Desierto de Atacama
Alta corrosión: humedad y salinidad.
La Tirana, Tarapacá.DICTUC / Latin America Power
Laboratorio PUC/DICTUC/CSET
Campus San JoaquínEstaciones de mediciónInstrumentación meteorológicaSensores redundantesSistemas TérmicosPlanta Fotovoltaica
Laboratorio PUC/DICTUC/CSETDocencia pre y postgradoInvestigaciónConsultoríaEntrenamiento
4 estaciones redundantesPlanta 3 tecnologías PV 10 kW + 3 tecnologías SST
Financiado por Fondef, DICTUC y CSET
Algunas características de la
radiación en Chile
En general cada día existe algún tipo de nubosidad en el norte.
Afecta mínimamente a los sistemas PV pero puede tener gran impacto en CSP y CPV.
Serie anual de irradiación diaria en Santiago
0
2
4
6
8
10
12
1 51 101 151 201 251 301 351
kWh/m2
Día del año
GHI DNI DifHI
Estacionalidad verano – invierno (variabilidad astronómica)Variabilidad atmosférica (nubosidad y aerosoles)
Distribución anual de irradiancia medida
Coya Sur
Curicó
Santiago
W/m2
0 200 400 600 800 1000 1200
Hora del
día
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0
500
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1500
2000
2500
3000
3500
4000
Alt
ura
[m
]
Ra
dia
ció
n [
kW
m-2
]Coordenadas (Longitud)
Radiación incidente - Iquique
GHI
(kWh/m2)
DNI
(kWh/m2)
Altura (m)
0
1000
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0
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4000
Alt
ura
[m
]
Ra
dia
ció
n [
kW
m-2
]
Coordenadas (Longitud)
Radiación incidente - Antofagasta
GHI (kWh/m2)
DNI (kWh/m2)
Altura (m)
Clara diferencia entre zonas costeras e interiores.Niveles de DNI 50% mayores que en España.
SolarGis
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0
500
1000
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4000
Alt
ura
[m
]
Ra
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n [
kW
m-2
]
Coordenadas (Longitud)
Radiación incidente - Copiapó
GHI
(kWh/m2)
DNI
(kWh/m2)
Altura (m)
0
1000
2000
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Alt
ura
[m
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Ra
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n [
kW
m-2
]
Coordenadas (Longitud)
Radiación incidente - Santiago
GHI (kWh/m2)
DNI (kWh/m2)
Altura (m)
Región de Atacama influenciada por clima costero.Niveles de DNI aptos para CSP hasta Santiago.
SolarGis
-10
10
30
50
70
90
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130
150
0
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Alt
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[m
]
Ra
dia
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n [
kW
m-2
]
Localidad
Radiación incidente en costa chilena
GHI (kWh/m2) DNI (kWh/m2)
Altura (m)
0
500
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2500
3000
3500
4000
0
500
1000
1500
2000
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3000
3500
4000
Alt
ura
[m
]
Ra
dia
ció
n [
kW
m-2
]
Localidad
Radiación incidente en ciudades fuera de la costa.
GHI DNI Altura [m]
Pequeña variación con la latitud.Mayor influencia de la altura y longitud.
Perspectivas y futuras líneas de
investigación en PUC/CSET
Concentración PVUso de celdas de alta eficiencia y concentración permite obtener mayores producciones.
Se logra mayor eficiencia al utilizar una mayor parte del espectro de radiación.
Requiere la caracterización espectral de la radiación.
Fraunhofer ISE
Radiación Circumsolar
Aerosoles distorsionan la forma del sol y modifican la DNI: distribución de irradianciaalrededor del disco solar tiene efectos importantes en el desempeño de concentradores.
Requiere caracterizar forma del disco solar y evaluar impacto en sistemas CSP y CPV.
DLR @ PSA, Es
Caracterización de Ensuciamiento
Estimación Satelital• Imágenes GOES 13 y 14 de canal visible (I) e infrarrojo (IR, IV).
• Metodología combina procesamiento de imágenes y modelos
atmosféricos para determinar la radiación en superficie.
Canal visible
0 100
Canal infrarrojo
-70 70
Clasificación
Cielo
claro
Cielo
cubierto
CCIeff
0 100 0 1300
Irradiancia global
% ºC % W/m2
Se requiere mejorar el modelamiento de aerosoles, estimación de DNI y difusa, completar la cobertura territorial, incluir distintos tipos de nubes, y aumentar la resolución espacial y temporal.
Resumen y Conclusiones
• Chile cuenta con los mayores niveles de radiación solar en el
mundo.
• Mediciones con equipos de laboratorio y/o terreno
dependiendo de condiciones locales.
• Gran diferencia entre zonas costeras e interiores; con mínimas
variaciones con latitud.
• Datos públicos y comerciales disponibles de excelente
calidad…
• …pero se necesita mejorar el conocimiento sobre circumsolar,
componentes espectrales, modelos satelitales, y efecto del
ensuciamiento.
Rockrigo Escoba Alain PinotPaul AyalaCristiano CortésEdward BórquezAlvaro MolinoMarcelo Salado