Tcnicas de Medicin y Evaluacin de la radiacin solar

Objetivos

Se plantean dos objetivos principales a cumplir con la realizacin de la siguiente prctica:

Conocer las tcnicas e instrumentos empleados para la medicin de la radiacin solar incidente en la superficie terrestre.

Calcular la radiacin solar directa, global y difusa a partir de lecturas de voltaje de cada uno de los instrumentos de medicin.

Introduccin

La energa solar resulta del proceso de fusin nuclear que tiene lugar en el sol. Esta energa es el motor que mueve nuestro medio ambiente, siendo la energa solar que llega a la superficie terrestre 10.000 veces mayor que la energa consumida actualmente por toda la humanidad. (Ministerio de Medio Ambiente y Medio Rural y Marino).

Las medidas de la radiacin son importantes para:

Estudiar las transformaciones de la energa en sistema Tierra-Atmsfera.

Analizar las propiedades y distribucin de la atmsfera, los elementos que la constituyen, tales como los aerosoles, el vapor de agua, el ozono, etc.

Estudiar la distribucin y variaciones de la radiacin incidente, reflejada y total.

Satisfacer las necesidades derivadas de las actividades de la biologa, de la medicina, de la agricultura, de la arquitectura, de la ingeniera y de la industria relacionadas con la radiacin.

Es importante hacer las siguientes consideraciones en cuanto a la medida de las variables de la radiacin solar en la superficie terrestre:

Radiacin solar directa: es la radiacin que proviene directamente del disco solar, y por lo tanto ha de medirse utilizando sistemas de seguimiento del movimiento del sol en su trayectoria.

Radiacin solar difusa: es la radiacin solar que proviene de las reflexiones en la atmsfera, y ha de medirse utilizando sistemas de sombreamiento del disco solar.

Radiacin solar reflejada: es la radiacin solar que, tras ser reflejada por el entorno de la superficie receptora, incide en una superficie inclinada. No suele medirse y su valor medio es el 20% de la radiacin global incidente sobre superficie horizontal.

Radiacin solar global: es la radiacin solar que se recibe por unidad de superficie. Supone la suma de las aportaciones de la radiacin directa, difusa y reflejada (tambin llamadas componentes de la radiacin solar). Esta superficie, puede tener una disposicin cualquiera, y dependiendo de la misma, variar la contribucin de las componentes. Suele medirse sobre superficie horizontal, y posteriormente calcular la radiacin global incidente en la superficie receptora, pero hay veces que se mide en la misma disposicin en la que irn la superficie de aprovechamiento (los paneles): en superficie inclinada o con el seguimiento seleccionado para la instalacin.

Los instrumentos utilizados para medir la irradiancia solar directa o la irradiancia solar difusa, se clasifican principalmente en tres tipos: heligrafos, pirhelimetros y piranmetros.

Heligrafo: es un instrumento de medicin que sirve para medir la intensidad lumnica solar y la duracin de la insolacin diaria en un lugar determinado, as como la posicin del sol en cada momento, por lo que proporciona informacin muy til en meteorologa, ciencia, agricultura, turismo y otros campos. Un heligrafoes un helimetro que lleva acoplado un dispositivo capaz de registrar, grfica o digitalmente, la duracin del brillo solar.

Pirhelimetros. La medida de la radiacin solar directa total se realiza con el pirhelimetro, de los trminos griegos fuego, sol y medida, instrumento de tipo telescpico con una apertura de pequeo dimetro.

Las superficies receptoras del pirhelimetro deben mantenerse en todo momento perpendiculares a la direccin de la radiacin solar, por lo que el uso de un sistema de seguimiento adecuado (solar tracker) es ineludible. Las aperturas de este dispositivo estn dispuestas de forma que slo la radiacin procedente del disco solar y de una estrecha franja anular en torno al mismo alcanzan el receptor.

Piranmetros. La radiacin global es la suma de la radiacin que procede directamente del disco solar (radiacin directa) y de la radiacin solar dispersada a su paso por la atmsfera (radiacin difusa). La medida de la radiacin global se realiza por medio de piranmetros, de las palabras griegas fuego, hacia arriba y medida.

Estos instrumentos generalmente determinan el valor de la radiacin solar a partir de un valor de voltaje dado por la diferencia de potencial entre dos elementos. Los constructores de estos instrumentos tienen la obligacin de determinar, mediante el uso de normas mundiales, tanto la constante de calibracin del instrumento como de la respuesta.

Definiendo:

C- Constante de calibracin en microvolts por metro cuadrado sobre watt

V- Lectura de voltaje en milivolts (m V).

Para determinar:

G- Radiacin solar global, directa o difusa, en Watt metro cuadrado

Tenemos que aplicar la siguiente ecuacin:

Metodologa

Con ayuda de un multmetro:

Equipo utilizado: Pirnometro.

Resultados

A continuacin se presenta la tabla en que se registraron los datos obtenidos directamente del multmetro, en cuanto a voltaje y amperaje.

hora

mV

A

09:20

3.2

1.7

09:25

3.2

1.7

09:30

3.3

1.7

09:35

3.3

1.7

09:40

3.4

1.8

09:45

3.5

1.8

09:50

3.7

2

09:55

3.9

2

10:00

3.9

2.1

10:05

3.8

2.1

10:10

3.8

2

10:15

3.8

2.1

10:20

0.5

0.3

10:25

4

2.1

10:30

3.9

2.1

10:35

3.9

2.1

10:40

4

2.1

10:45

4

2.1

10:50

3.9

2.1

10:55

4.1

2.2

11:00

4.1

2.1

11:05

4.2

2.2

11:10

4

2.1

11:15

4

2.1

Con los datos anteriores se hicieron los clculos correspondientes para la radiacin global:

hora

Gg

hh/mm/ss

[W/m2]

09:20

682.302772

09:25

682.302772

09:30

703.624733

09:35

703.624733

09:40

724.946695

09:45

746.268657

09:50

788.91258

09:55

831.556503

10:00

831.556503

10:05

810.234542

10:10

810.234542

10:15

810.234542

10:20

106.609808

10:25

852.878465

10:30

831.556503

10:35

831.556503

10:40

852.878465

10:45

852.878465

10:50

831.556503

10:55

874.200426

11:00

874.200426

11:05

895.522388

11:10

852.878465

11:15

852.878465

Promedio

776.474769

Como se observa se tomaron datos de aproximadamente 2 horas, y el promedio de radiacin es de 776.47 W/m2, generalmente los datos para radiacin se reportan en unidades de energa, es decir Wh/m2, por lo tanto tenemos que en dos horas:

Ahora bien, si extrapolamos la radiacin a las horas solares pico del da (considerando 5), y convirtiendo los W a k W:

El dato que obtenemos es ligeramente menos al reportado por otros autores para Nayarit, esto se puede deber a los factores meteorolgicos del da.

Tomar lectura cada 5 minutos

Voltaje

Amperaje

Datos obtenidos del multmetro

mVhh/mm/ss09:2009:2509:3009:3509:4009:4509:5009:5510:0010:0510:1010:1510:2010:2510:3010:3510:4010:4510:5010:5511:0011:0511:1011:1503.23.23.33.33.43.53.73.93.93.83.83.80.543.93.9443.94.09999999999999964.09999999999999964.244Ahh/mm/ss09:2009:2509:3009:3509:4009:4509:5009:5510:0010:0510:1010:1510:2010:2510:3010:3510:4010:4510:5010:5511:0011:0511:1011:1501.71.71.71.71.81.8222.12.122.10.32.12.12.12.12.12.12.20000000000000022.12.20000000000000022.12.1

mV0.38888888888888890.39236111111111110.395833333333333310.399305555555555580.402777777777777730.406250.409722222222222270.413194444444444420.416666666666666690.42013888888888890.42361111111111110.427083333333333310.430555555555555580.434027777777777730.43750.440972222222222270.444444444444444420.447916666666666690.45138888888888890.45486111111111110.458333333333333310.461805555555555580.465277777777777730.468753.23.23.33.33.43.53.73.93.93.83.83.80.543.93.9443.94.09999999999999964.09999999999999964.244

microA0.38888888888888890.39236111111111110.395833333333333310.399305555555555580.402777777777777730.406250.409722222222222270.413194444444444420.416666666666666690.42013888888888890.42361111111111110.427083333333333310.430555555555555580.434027777777777730.43750.440972222222222270.444444444444444420.447916666666666690.45138888888888890.45486111111111110.458333333333333310.461805555555555580.465277777777777730.468751.71.71.71.71.81.8222.12.122.10.32.12.12.12.12.12.12.20000000000000022.12.20000000000000022.12.1

Radiacin global

0.38888888888888890.39236111111111110.395833333333333310.399305555555555580.402777777777777730.406250.409722222222222270.413194444444444420.416666666666666690.42013888888888890.42361111111111110.427083333333333310.430555555555555580.434027777777777730.43750.440972222222222270.444444444444444420.447916666666666690.45138888888888890.45486111111111110.458333333333333310.461805555555555580.465277777777777730.46875[W/m2]0.38888888888888890.39236111111111110.395833333333333310.399305555555555580.402777777777777730.406250.409722222222222270.413194444444444420.416666666666666690.42013888888888890.42361111111111110.427083333333333310.430555555555555580.434027777777777730.43750.440972222222222270.444444444444444420.447916666666666690.45138888888888890.45486111111111110.458333333333333310.461805555555555580.465277777777777730.46875682.30277185501063682.30277185501063703.62473347547973703.62473347547973724.94669509594871746.26865671641781788.912579957356831.55650319829419831.55650319829419810.2345415778251810.2345415778251810.2345415778251106.60980810234541852.87846481876329831.55650319829419831.55650319829419852.87846481876329852.87846481876329831.55650319829419874.20042643923239874.20042643923239895.52238805970137852.87846481876329852.87846481876329