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

1000

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

2000

3000

4000

5000

6000

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

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

1500

2000

2500

3000

3500

4000

Alt

ura

[m

]

Ra

dia

ció

n [

kW

m-2

]

Coordenadas (Longitud)

Radiación incidente - Copiapó

GHI

(kWh/m2)

DNI

(kWh/m2)

Altura (m)

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

Alt

ura

[m

]

Ra

dia

ció

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

110

130

150

0

500

1000

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2500

3000

Alt

ura

[m

]

Ra

dia

ció

n [

kW

m-2

]

Localidad

Radiación incidente en costa chilena

GHI (kWh/m2) DNI (kWh/m2)

Altura (m)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0

500

1000

1500

2000

2500

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