Source: https://es.scribd.com/doc/168151134/Metodos-de-Medicion-de-La-Radiacion-Solar
Timestamp: 2016-09-27 17:59:52+00:00

Document:
NavegarNavegarInteresesBiography & MemoirBusiness & LeadershipFiction & LiteraturePolitics & EconomyHealth & WellnessSociety & CultureHappiness & Self-HelpMystery, Thriller & CrimeHistoryYoung AdultNavegar porLibrosAudio librosCómicsPartiturasExplorar todoSubirIniciar sesiónRegistrarseLibrosAudio librosCómicsPartituras¡Bienvenido a Scribd! Comienza tu prueba gratis y accede a libros, documentos y más.Buscar másTema 3.Modelos para estimar la radiación solar
Al finalizar este tema conocerás y comprenderás algunos de los modelos que se han desarrollado para poder estimar valores de radiación solar en emplazamientos en los que no se disponen de medidas históricas y algunos de los modelos que se han desarrollado para estimar valores de alguna componente de la radiación solar a partir de otras componentes. Estos valores son necesarios para el estudio, diseño, simulación y evaluación de los sistemas que utilizan como recurso energético la radiación solar.
3.1 INTRODUCCIÓN. ................................................................................................................... 2 3.2 VALORES DE RADIACIÓN SOBRE SUPERIFIE HORIZONTAL......................................... 2 3.2.1 Disponibilidad de datos energéticos................................................................................. 2 3.2.2 Métodos para obtener valores de radiación global sobre superficie horizontal ............... 3 Valor medio mensual de radiación global diaria a partir del valor de horas de sol ................... 4 Valor medio mensual de radiación global horaria a partir del valor medio mensual de radiación global diaria................................................................................................................ 4 3.2.3 Métodos para obtener valores de radiación difusa sobre superficie horizontal . ............. 5 Estimación de los valores medios mensuales de radiación difusa y directa diaria................... 5 Estimación de los valores de radiación difusa diaria................................................................. 6 Estimación de los valores medios mensuales de radiación difusa horaria ............................... 6 Estimación de los valores de radiación difusa horaria .............................................................. 7 3.3 ESTIMACIÓN A PARTIR DE IMÁGENES DE SATÉLITE..................................................... 7 3.3.1 Introducción ...................................................................................................................... 7 3.3.2 El satélite Meteosat. ......................................................................................................... 9 A Primera generación...................................................................................................... 9 B Segunda generación.................................................................................................. 10 C Comparación de los canales espectrales. ................................................................. 10 3.3.3 Las imágenes de satélite. ............................................................................................... 11 3.3.4 Metodología de tratamiento............................................................................................ 15 Ventajas e inconvenientes. .................................................................................................. 15 Principios básicos. ............................................................................................................... 15 Tipos de modelos................................................................................................................. 16 3.3.5 Modelos de tratamiento. ................................................................................................. 17 A. Determinación de la nubosidad en cada píxel. ............................................................... 17 B. Cálculo de la radiación global horaria. ............................................................................ 18 C. Cálculo de la radiación directa horaria. ........................................................................... 20 D. Cálculo de la radiación diaria. ......................................................................................... 21
Entre los métodos de estimación de la radiación solar más utilizados podemos destacar: - Utilizar datos de estaciones cercanas. Esta opción, únicamente es válida si se trata de un terreno llano y la distancia entre estaciones es menor a 10 Km. - Interpolar valores a partir de medidas de la radiación solar en otras estaciones. Esta solución, es aplicable cuando la red de estaciones de radiación solar tiene una densidad considerable y dependiendo del tipo de terreno, puede precisarse una densidad de entre 50 y 20 Km de distancia entre estaciones. - Modelos de interpolación que tienen en cuenta la topografía. Estos modelos, aún teniendo en cuenta la topografía como dato de entrada, precisan una densidad de estaciones de medida en el orden de los 100 Km. - Modelos de tratamiento de imágenes de satélite. Se basa en el tratamiento de imágenes de satélite geoestacionarios. Estas imágenes son el resultado de la reflexión de los rayos solares en la superficie de la Tierra, por lo que ya han sufrido y llevan implícitas los posibles efectos de la topografía así como de los principales fenómenos atmosféricos que se producen cuando los rayos solares atraviesan la atmósfera. Una vez que dispongamos de ‘alguna información’ de radiación solar en el lugar deseado, la siguiente pregunta sería: ¿y que hago yo con esto?. Pues bien, eso dependerá como ya habíamos comentado, de dos cosas: • De las características del sistema a estudiar (que tenga o no seguimiento, que tenga o no concentración…) • De los datos que haya conseguido recopilar. (de la variable estimada, de la frecuencia de medida, de la continuidad de la serie, de la calidad de la serie) Así, dependiendo de la información disponible y de la variable precisa para el estudio concreto, habrá que aplicar unos u otros de los modelos de cálculo (de generación y/o de variables relacionadas) que se describen en este tema.
3.2 Valores de radiación sobre superifie horizontal
En este apartado se revisan los datos que normalmente podremos encontrar para abordar el dimensionado y diseño de sistemas fotovoltaicos y se explican las correlaciones que permitirán calcular, a partir de éstos, los datos necesarios par hacer un dimensionado y diseño más exacto. Se explican con detalle cuáles son las correlaciones más utilizadas en cada caso, dependiendo de los datos de partida. Se proponen correlaciones para calcular la componente difusa de los valores de radiación en sus distintos intervalos de medida (horarios, diarios y medios mensuales). Como se ha explicado en un apartado anterior, para obtener el correspondiente valor de radiación diaria, es suficiente con restar al valor de radiación global el valor de radiación difusa, en superficie horizontal. 3.2.1 Disponibilidad de datos energéticos En el dimensionado de sistemas de aprovechamiento de energía solar es necesario conocer la disponibilidad energética del emplazamiento de la instalación, tanto cuantitativa como cualitativamente. En concreto, en sistemas fotovoltaicos es preciso determinar la cantidad de radiación directa, difusa y reflejada que recibirá el sistema; en el caso de los sistemas fotovoltaicos aislados, para poder calcular bien cuál es el
en el caso de los sistemas conectados a red para poder estimar el periodo de amortización previsto de la misma. en el caso de los valores diarios. En las localidades donde no existen datos de radiación es necesario estimarlos a partir de correlaciones con otros tipos de parámetros. El tipo de valores de radiación necesarios para el dimensionado de un sistema fotovoltaico autónomo depende de la exactitud con que sea necesario realizar el mismo.tamaño adecuado de la instalación para cubrir las necesites o demandas energéticas. de periodos anteriores. Este aparatado se entiende como
. en función de los datos de partida de que se dispongan.
Para calcular la energía que se recibe en un plano inclinado (normalmente en las instalaciones fotovoltaicas la superficie de los paneles está inclinada) es necesario conocer cuánta del total de radiación recibida en superficie horizontal corresponde a radiación directa y cuánta a radiación difusa.
3. Por ejemplo. En España. En los siguientes esquemas se detallan los pasos a seguir en el cálculo de los valores de radiación necesarios para el dimensionado de sistemas fotovoltaicos y se referencia el apartado en el que se estudiarán las correlaciones que se han propuesto entre estos distintos tipos de datos. en la actualidad para muchas localidades no se disponen de datos históricos de las dos componentes de la radiación. respectivamente.2. el Instituto Nacional de Meteorología tiene alrededor de 110 estaciones que registran valores de horas de sol. (En las distintas correlaciones y expresiones de los apartados siguientes se utiliza la nomenclatura propuesta por los autores de cada modelo. obtener valores de radiación global en sus intervalos diarios y horarios. es decir. En el anexo I. mientras que sólo 58 y 28 registran radiación global diaria y horaria. y a veces. Sin embargo. partiendo de 12 valores (horas de sol). respectivamente y únicamente 1 mide radiación horaria directa y 7 radiación horaria difusa. Las unidades utilizadas son kWh/m2. a saber: radiación directa y difusa. Para un emplazamiento en que sólo se dispongan de datos de horas de sol se detallan en los apartados siguientes qué correlaciones se pueden utilizar para obtener valores medios mensuales de radiación diaria y horaria. La disponibilidad de datos será la que determine la utilización de unas expresiones u otras. Al final del tema hay un apartado con la nomenclatura usada). mientras que en otros será necesario utilizar series de datos horarios de varios de años. uno para cada mes. ni siquiera de radiación global. de la aplicación de que se trate. Para el dimensionado de instalaciones fotovoltaicas se utilizan valores de radiación históricos. Así habrá sistemas que puedan dimensionarse con valores medios mensuales de radiación global. se obtienen otros 12 valores.2 Métodos para obtener valores de radiación global sobre superficie horizontal En este apartado se presentan diversas correlaciones que permiten. se facilita una tabla con valores medios mensuales de radiación diaria.
Valor medio mensual de radiación global horaria a partir del valor medio mensual de radiación global diaria Los valores medios mensuales de radiación global horaria son necesarios para el diseño de muchos sistemas de aprovechamiento de energía solar (térmica.35 y 0.365) del principio y fin del mes. Para localidades con características climatológicas similares a las de los datos utilizados para la regresión.
. localizar valores medios mensuales de radiación diario para cualquier emplazamiento (ver por ejemplo el atlas que se cita en la bibliografía).complementario al tema. el único dato registrado de manera sistemática por el INM es el número de horas de sol.18 y 0. con estos coeficientes se estiman valores de radiación menores que los reales.. Por eso. Sin embargo. podremos. Angström recomienda utilizar los valores de 0.75 respectivamente. y N d es la longitud media de
los días del mes. en general. de estaciones de Estados Unidos. obtenidos a partir de datos de 11 localidades de USA.
n2 1 ⎡2 ⎤ cos−1 ( − tan φ tan δ ⎥ ∑ ⎢ n2 − n1 n =n1 ⎣15 ⎦
y n1 y n2 son los números de los días (1. y que se obtienen mejores resultados para meses en los que hay nubes. definido en una sección anterior. Correlación de Prescott: se basa en la utilización del índice de transparencia atmosférico diario. casi siempre. Este resultado dice que sirve para cualquier lugar. se pueden citar las siguientes: Correlación de Angström: utiliza como variables independientes del modelo. necesaria para calcular Hc.25 y 0. φ es la latitud del lugar y δ la declinación de cada día Los coeficientes a1 y b1 son empíricos. ya que es raro disponer sólo de este tipo de valores. De entre las expresiones que se han propuesto para estimar esta relación. Estos modelos se basan en la relación que existe entre estas dos variables:
H = f (S )
Los datos que se han utilizado para ajustar los modelos propuestos provienen. La correlación que propone es: H = H 0 ( a + b( n / N d ) Rietveld propone como valores para a y b. 0. se han propuesto varios modelos que permiten estimar (de una manera aproximada) el valor de radiación global recibido en la superficie de la tierra partiendo del número de horas de sol.62 respectivamente. Valor medio mensual de radiación global diaria a partir del valor de horas de sol Para muchas localidades. La expresión que propone es
H = H c ( a1 + (1 − a1 ) S ) = H c ( a1 + b1S )
donde S es la fracción media mensual de horas de sol posibles. obtenidos a partir de un análisis de regresión utilizando valores medidos de H . Fritz y MacDonald proponen los valores de 0. Otro problema que presenta el utilizar esta correlación es el conseguir una buena definición de "perfecto día claro". el número de horas de sol y la radiación global recibida en un día claro (Hc). S = n / Nd
n es el valor medio mensual de las horas de sol diarias.61.
25 N). estos valores son necesarios.
rt = I / H = ( I 0 / H 0 )( a + b cos ωi )
. H.027 K d + 5.39 − 4. para un mes. Estimación de los valores medios mensuales de radiación difusa y directa diaria Método de Liu y Jordan: Propusieron una relación entre valores medios mensuales de radiación difusa y directa:
Dd = 1. b y 0 son los usados por el autor por lo que se mantienen en este apartado.4767 sen (ωs − 60°)
Estas curvas se obtuvieron utilizando datos de Vancourver (Lat: 49. Basándose en este hecho.).108K d3 Gd
0. Si.etc.5016 sen (ωs − 60°) b = 0.
Los valores de radiación difusa se registran de manera sistemática en muy pocas localidades.:
π (24 / π ) sen(24 / π ) cos ωi − cos ωs Ib I = 0 = H b H 0 24 senωs − (π / 180)ωs cos ωs
Partiendo de estas observaciones. o índice de transparencia atmosférico. se observan los valores medios mensuales de radiación global horaria y los de radiación extraterrestre. Collares-Pereira y Rabl desarrollaron una expresión matemática para estas curvas:
a = 0. Estos valores pueden ser estimados a partir de los valores medios mensuales de radiación global diaria. se puede comprobar estas dos curvas tienen una forma similar.409 + 0.2.3 Métodos para obtener valores de radiación difusa sobre superficie horizontal . Sin embargo.3 ≤ K d ≤ 0. Iqbal ha propuesto unas curvas que permiten conocer la distribución de la radiación horaria. auque no sean los usados en otros apartdos del tema).531K d2 − 3.6609 − 0. para el diseño de muchos sistemas de aprovechamiento de la energía solar. es constante a lo largo del día)(los símbolos I. Existen varios métodos que permiten estimar los valores de radiación difusa partiendo de los valores de radiación global.7
Klein y Duffie analizaron la generalidad de este método y llegaron a la conclusión de que la expresión propuesta sólo sirve para localidades con datos climatológicos similares. Whillier desarrolló una relación entre los valores horarios (I) y diarios (H) (medios mensuales) de radiación directa (b) y los correspondientes de radiación extraterrestre (0) (asumiendo que la transmitancia atmosférica.
mediante la utilización de valores medios a largo plazo de la radiación horaria (global.Método de Page Page propone realizar un análisis de regresión de los datos. en valor medio mensual. Se basa en la relación observada entre la curva horaria de radiación difusa para un día y la curva horaria de radiación extraterrestre para un día.
K d ≤ 0.17 Dd ⎧0.98 =⎨ 2 3 + 2. de manera aproximada. haciendo también una regresión de los datos. De las correlaciones que se han propuesto después.958 − 0.6
Estimación de los valores de radiación difusa diaria En un día nublado. 3 < K t < 0 . propone la siguiente ecuación lineal:
Dd / Gd = 1. propone la expresión:
Dd / Gd = 0.154 K d − 4. las dos más utilizadas son las de Ruth y Chant:
K d ≤ 0 .1 ≤ K d ≤ 0 . El índice de transparencia atmosférico es un indicador de la claridad de un día.648 K d Gd ⎩1. es un indicador de la cantidad de radiación difusa.473 K d
Estimación de los valores medios mensuales de radiación difusa horaria La caracterización de muchos de los procesos en aplicaciones de energía solar se puede realizar.1 Dd ⎧0.856 K d + 14. un indicador de la cantidad de radiación difusa que se ha recibido. Se estudiará un método de estimar la radiación difusa horaria. y puede ser. La primera correlación entre estos valores fue desarrollada por Liu y Jordan. para un día concreto.
.00 − 1.99 =⎨ 2 3 4 − 21.17 ≤ K d ≤ 0.982 K d
0 .13K d
Iqbal. El objetivo es poder predecir el valor de Dd partiendo del valor de Gd.8⎭
Las diferencias observadas entre las otras dos correlaciones se deben a los diferentes datos que se han utilizado para realizar los ajustes.848 K d Gd ⎩0. los resultados que obtuvieron han sido revisado despues por varios autores.272 K d + 9.188 − 2. Método de Liu y Jordan Este método sigue la misma aproximación que la propuesta por Willier para estimar la radiación global horaria. la radiación recibida es un indicador de la cantidad de nubes que hay en el cielo. A partir de estas gráficas. Ellos utilizaron datos de radiación difusa que no estaban corregidos por el efecto de la banda de sombreo. Utilizando datos de diez localidades situadas entre las latitudes 40N y 40S. Ya se ha visto cómo estimar la radiación horaria a partir de los valores diarios. y es ha comprobado que se subestimaba el valor de radiación difusa.91 + 1. por tanto.7 ⎭ ⎫ ⎬ 0.936 K d
Y la de Collares-Pereira y Rabl:
⎫ ⎬ 0 . Por tanto. es decir. directa y/o difusa). se puede proponer que:
π Id cos ωi − cos ωs = H d 24 sen ωs − (π / 180 )ωs cos ωs
que se ajusta muy bien a los datos registrados.
El parámetro que se utiliza normalmente como variable independiente. Esta correlación divide la cobertura del cielo en tres partes:
0 ≤ K h ≤ 0.80 ⎩
0.160 K h + 4. Para aplicar esta metodología se necesita la utilización de imágenes de satélite que contengan la zona de estudio. Así. permitiendo resoluciones que varían desde
. Correlación de Orgill y Hollands Los parámetros de esta correlación se han obtenido utilizando cuatro años de datos de Toronto (Canadá). se encontrarán en órbitas que se acercan o alejan más de la superficie. suelen clasificarse en cuanto al tipo de órbita y/o en cuanto al uso principal. Dependiendo de los objetivos de cada uno de estos satélites.177 K h > 0. son necesarios valores horarios de radiación difusa (no sólo medias mensuales).0 − 0. siendo la herramienta recomendada por la Organización Meteorológica Mundial para la estimación de la radiación solar en ocasiones de ausencia de medidas radiométricas.249 K h ⎪ Dh / Gh = ⎨1. Esta metodología se destaca entre todas las demás de estimación de la radiación solar.84 K h 0. La correlación que proponen es:
0 ≤ K h ≤ 0. sino que lo van cambiando.638 K h + 12.35 ≤ K h ≤ 0. los satélites se clasifican en: • Satélites polares: son aquellos que se encuentran en órbitas polares alrededor de la Tierra.
En este apartado se expondrán los principios de la estimación de la radiación solar a partir de imágenes de satélite.1 Introducción
Los satélites se pueden clasificar de diversas maneras dependiendo de la característica que se considere.577 − 1. para a continuación.22 ≤ K h ≤ 0.Estimación de los valores de radiación difusa horaria Para la investigación y para realizar simulaciones numéricas de procesos de energía solar. Una forma de obtener estos valores es partiendo de los valores horarios de radiación global horaria.22 ⎧1. En cuanto al tipo de órbita en el que se encuentran.165 K h > 0. no mantienen fijo su campo de visión sobre la misma zona de la Tierra. exponer los principios básicos de la metodología. con una frecuencia determinada de paso sobre la misma zona.75 ⎩
Correlación de Erbs et al. La cantidad de radiación difusa depende tanto de la altura solar como de la fracción de cielo cubierto.35 ⎧1.9511 − 0.388 K h − 16.336 K h ⎪0.80
3.09 K h ⎪ 2 3 4 Dh / Gh = ⎨0.3 Estimación a partir de imágenes de satélite.0 − 0. es el índice de transparencia atmosférico horario que es un indicativo de la claridad del cielo.3. Estos satélites.75 ⎪0. Utilizan la misma metodología de Orgill y Hollands. pero con datos de más estaciones. Así comenzaremos repasando algunas de las características de las imágenes y de los satélites susceptibles de ser utilizados.
para optimizar su función como transmisor. Satélites geoestacionarios: son aquellos que se encuentran en la órbita geoestacionaria de la Tierra. dedicándose a la toma de datos y al reenvío de éstos. Esta órbita es un lugar del espacio. Se caracterizan porque su finalidad principal es la transmisión de información. Satélites polares y geoestacionarios.
.000 km del Ecuador aproximadamente.
Figura 1. Satélites de comunicaciones. La zona del Ecuador es la zona de la Tierra que ven con mayor resolución. mientras que la resolución disminuye hacia los polos por aumentar la distancia al satélite. Los satélites. efecto que se ve acusado por el radio de curvatura de la Tierra. Los satélites de observación se caracterizan por estar dotados de sensores. se disponen los satélites meteorológicos geoestacionarios de manera que entre todos abarcan la superficie completa de la Tierra. Campo de visión de los satélites geoestacionarios.
Teniendo en cuenta el uso principal de los satélites. se clasifican fundamentalmente en: • • Satélites de observación. situado a 36. funcionando de manera similar a un repetidor. en la que se anula la fuerza de atracción de la Tierra. La información puede ser de diversas fuentes.
Figura 2. Estos satélites tiene como característica el estar dotados generalmente de grandes antenas. se mueven con el movimiento de la Tierra por lo que observan continuamente la misma región.•
valores inferiores al metro (caso de satélites espías) hasta un kilómetro (en el caso de satélites meteorológicos).
En numerosas ocasiones los satélites disponen de un equipamiento híbrido entre los de observación y los de transmisión. como la comunicación de dos zonas alejadas de la Tierra o la transmisión de datos de observación de otros satélites. En esta circunferencia.
utilizada para la toma de imágenes durante el día.2 El satélite Meteosat.45 a 1.5 a 12.
.1 μm banda de absorción del vapor de agua (WV). El satélite Meteosat primera generación.5μm la banda del infrarrojo térmico (IR). no suministra información de periodos anteriores. proporciona los datos básicos del sistema Meteosat que forman imágenes del disco completo de la Tierra. • 5. o Caracterización del recurso en un emplazamiento.0 μm la banda visible (VIS).7 a 7. utilizada para la toma de imágenes por el día y por la noche para determinar la temperatura de la capa superior de las nubes y de la superficie del océano. El Meteosat se encuentra situado en una órbita geoestacionaria a 0° de longitud.3. • 10.
El radiómetro del Meteosat es la principal carga del satélite. Este. pero ambas son utilizables para la evaluación de la radiación solar: • Desde el punto de vista de la radiación solar. y cuyas características son muy distintas a las de sus predecesores.
Primera generación. utilizada para determinar la cantidad de vapor de agua de la atmósfera.
Las principales características físicas y técnicas de todos los satélites Meteosat primera generación son idénticas. • La segunda generación (MSG). El radiómetro opera en tres bandas espectrales: • 0.
El satélite Meteosat no es un solo satélite sino una familia de satélites cuyo primer miembro fue puesto en órbita en noviembre de 1977. o Desarrollo de modelos de predicción. pero es la herramienta necesaria para: o Estudios en tiempo real de la radiación solar. si bien está operando de manera continua desde principios de 2006. En la actualidad existe un nuevo satélite en órbita denominado en ocasiones Meteosat-8 (MET-8) que corresponde en realidad a una nueva generación de satélites. la primera generación suministra una base de datos de imágenes desde 1977 hasta finales de 2006. Las dos generaciones de Meteosat tienen distintas características.3. Meteosat Segunda Generación (MSG). como es vista desde la órbita geoestacionaria. Esto lo hace que sean las imágenes idóneas para: o Análisis de la radiación solar a largo plazo. La familia Meteosat ha contado con siete satélites lanzados entre 1977 (MET-1) y 1998 (MET-7) de los cuales en la actualidad se encuentran operativos los tres últimos.
• En América: el GOES. se puede mejorar aún más este nivel hasta lograr localizar elementos de un kilómetro en la superficie terrestre. con lo que se pueden obtener secuencias quinceminutales de la radiación solar calculada a partir de las imágenes.5X2.
Comparación de los canales espectrales. va a ser similar y se basa en la estimación de la radiación solar (en todo su espectro) a partir de la información del radiómetro del satélite en cuestión. Utilizando el nuevo canal de alta resolución. que tiene un ancho de banda característico. que suministraban información cada media hora. Frente a la información de los Meteosat Primera Generación. los MSG proporcionan un escaneo cada cuarto de hora. Campo de visión del satélite Meteosat. así como también se consigue una importante mejora de la resolución espacial: se pasa de visualizar elementos de cinco a tres kilómetros en los canales IR.
Los MSG obtienen imágenes en 12 canales espectrales frente a los 3 canales de la primera generación.
Figura 4. También es importante destacar la rapidez del barrido del radiómetro.
Segunda generación.5 km en el canal visible.Las imágenes de la Tierra son generadas cada intervalo de 30 minutos y con una resolución de 5x5 km en el punto del subsatélite para el canal IR y WV y de 2. En la siguiente figura se muestran los anchos de banda de los radiómetros de los satélite más utilizados para la estimación de la radiación solar: • En Europa: Meteosat primera y segunda generación.
La metodología que se utiliza para la evaluación de la radiación solar a partir de los satélites meteorológicos geoestacionarios. Para calcular la radiación solar se utilizarán las imágenes correspondientes al canal visible.
Esto hace que la resolución no sea constante en los píxeles de la imagen. En la imagen siguiente se puede observar que el terreno abarcado por un píxel en el ecuador es menor en el punto del subsatélite y que conforme nos alejamos de este punto el área contenida en un píxel va aumentando.78
0. Se pueden utilizar en combinación para generar índices de vegetación.9
0 0 0. Estas imágenes tienen como unidad principal el pixel (unidad mínima que compone una imagen bitmap).3 Las imágenes de satélite.88
Radiación solar espectral (W/m2)
MSG NIR 1. concretamente de imágenes de satélite. los píxeles corresponden a un área de terreno estudiada en un instante determinado por el radiómetro.5 1 1. si bien hay un único valor asociado a cada píxel. y entre hielo y nubes de agua. identificación de patrones.GOES
Rango espectral del canal visible del GOES Rango espectral del canal visible del Meteosat Canales esenciales para la detección de nubes. La resolución de una imagen mapa de bits está dada por la cantidad de píxel concentrados por unidad de medida.6 MSG VIS 0. Da información sobre aerosoles Canal visible de banda ancha. movimiento de nubes. está principalmente relacionado con la definición. o metros (como unidad principal dentro del píxel) que contiene cada píxel. Vamos a trabajar imágenes del tipo mapa de bits.
3. Cada píxel contiene información de ubicación y color y la particularidad de no poseer un tamaño definido.
1. Así.3.71 0. en las imágenes de satélite. aerosoles.5 0. el término resolución. Comparación de los canales de satélites utilicados para calcular la radiación solar.5 2 2. resulta conveniente hacer una breve introducción de algunos conceptos relacionados con las imágenes propiamente dichas. en el cual se mantiene el ángulo de apertura o de visión.5 3
Figura 5. muy parecido al actual.6
0. el mismo va a estar determinado por la resolución de la imagen. Ayuda a discriminar entre nubes y nieve.4 1
Dado que se trata de un tema de utilización de imágenes. En el caso concreto de la imágenes de satélite. pero con intervalo de muestreo de 1km
MET VIS MSG VIS 0.74 0. en una relación directa que determina que a mayor concentración mejor calidad de la imagen y a la vez mayor tamaño (peso) del archivo.7
MSG HRV
Como resultado de la resolución no homogénea de las imágenes de los satélites geoestacionarios. En la siguiente secuencia de figuras se muestra como una imagen concreta. representada gráficamente con una escala de grises (lo cual es independiente de los valores asociados a cada píxel y no modifica el tratamiento concreto). Secuencia 1: Imagen del satélite Meteosat. Secuencia 2: Ampliación x 8 de la imagen de la Figura 7. En la imagen 3 de la secuencia se observan los píxeles concretos de la imagen.
. siendo necesaria su proyección para cualquier superposición de información o localización en la imagen de puntos de coordenadas conocidas en alguna de las proyecciones usuales (coordenadas geodésicas o UTM).
Figura 8. En el tratamiento de imágenes de satélite para el cálculo de la radiación solar. es para nosotros en realidad una tabla de valores a partir de los cuales determinar la radiación solar del área que abarca la información de partida. estas imágenes no tienen una proyección determinada.Figura 6. Represantación de la superficie contenida en dos pixeles distintos de una imagen de satélite. donde los tonos de grises son en realidad una representación de valores en una escala de 0255. una imagen es en realidad una tabla de valores que representan el valor detectado por el radiómetro del satélite en un área de terreno determinada.
. Secuencia 3: Ampliación x 20 de la Figura 8
50 25 50 50
150 25 25 25
150 50 100 150
125 170 50 200
100 5 200 100
50 0 200 75
12 170 180 50
0 200 170 180
0 100 100 185
0 50 50 180
25 30 75 75
50 30 75 80
50 75 75 90
25 30 75 95
30 25 75 100
171 100 150 90
100 10 100 75
25 75 50 30
25 75 75 75
75 75 75 90
Figura 10. Secuencia 3: Valores de la tabla de la figura anterior.Figura 9.
1 3.3 9.10
.10 8.14 9.8
1.10 9.2
1.2 7.10
1.14 3.5 5.8
2.9 8.7 3.12
6. Secuencia 3: posiciones de la tabla de la figura anterior.13 3.11 9.13 9.11 3.14 8.5 4.11 8.9 4.9
1.2 8.8 8.9
6.3 5.8 7.2
6.7 4.6 8.2
2.8 9.12
1.7 5.3 4.2 3.6 9.7
1.3 8.8 3.14 7.1 9.3 7.9 9.7
2.2 9.13 7.13
1.11 7.6
1.13 8.11 5.2 4.13 4.11 4.6 5.6
2.6 4.8 4.13
6.14 4.12
2.5 3.10 4.3 3.8
2.10 7.12 4.1.7 7.14
6.12 7.12 8.10 5.14 5.12 5.4 7.7
2.9 3.4 5.12 3.13 5.1 8.7 8.1 4.1 7.10 3.3
2.4 8.11
2.12 9.4 3.4 4.5 8.7 9.5 9.2 5.9 7.1 5.8 5.3
es posible estudiar la evolución de los valores en un píxel de la imagen.y) representan las coordenadas del píxel en la imagen (que se corresponden con unas coordenadas (X. • Es posible conocer situaciones anteriores en caso de disponer de imágenes de satélite almacenadas de momentos precedentes. • Los datos de satélite son medidas sobre un pequeño ángulo sólido de visión. d y h son el día y la hora de adquisición de la imagen. h )
Donde (x. lo que permite conocer la distribución espacial de la información. se ha demostrado que el error de estimación de la radiación solar era comparable con los errores proporcionados por las medidas piranométricas. así como determinar diferencias relativas de unas zonas a otras. d . destacándose sobre todas: • Los satélites ven simultáneamente grandes áreas de terreno. la metodología de tratamiento de imágenes de satélite proporciona una estimación simultánea de un amplio territorio. es decir. a través de la comparación de los resultados con datos terrestres. aunque esto dependerá del satélite empleado. corresponde a la misma área. dependiendo de las imágenes utilizadas. Este valor de irradiancia global es calculado en cada píxel a partir del valor de brillancia original de la imagen.
Básicamente el propósito de todos los modelos de estimación de la radiación solar a partir de imágenes de satélite es estimar la irradiancia global en cada píxel de la imagen:
Gi = (x. o en una zona geográfica concreta.
El uso de imágenes de satélite para el cálculo de la radiación solar. mientras que se busca la estimación de la radiación en un periodo horario o diario.3. y. ya que para alcanzar con medidas piranométricas las mismas resoluciones que con el procesado de imágenes de satélite habría que disponer un piranómetro cada (7x7) ó (4x4) km aproximadamente.4 Metodología de tratamiento.3. hay una serie de problemas importantes en la comparación de datos de satélite con medidas terrestres: • Errores en la localización de las medidas piranométricas en las imágenes del satélite. Como diferencia fundamental con las medidas piranométricas.
Ventajas e inconvenientes. • Cuando la información disponible (imágenes de satélite) es superponible. Esto es posible basándonos en el balance energético del sistema Tierra-atmósfera:
. • La información que llega de una imagen es de naturaleza instantánea. presenta grandes ventajas. mientras que las medidas de tierra están integradas en un ángulo sólido de 2π. suministra información de los puntos intermedios entre lugares de medida.Y) en la superficie de la tierra. Este hecho sería prácticamente imposible de conocer de otra forma.
Principios básicos. detectando diferencias relativas de unos lugares a otros en un mismo instante y con un mismo sensor. • La respuesta espectral del sensor del satélite no corresponde exactamente con la respuesta de un piranómetro convencional. Aún así. En la mayoría de los estudios que han chequeado estos modelos. Asimismo.
tratadas generalmente como regresiones estadísticas.
De donde se puede deducir que la radiación global (Ig) puede expresarse como:
I 0e = I s + Ea + Et 1 (I 0 e − I s − E a ) Ig = 1− A
Posteriormente. representa una alternativa válida a las medidas terrestres de esta variable. y .
Básicamente existen dos tipos de modelos: modelos estadísticos y modelos físicos. Los modelos existentes pueden clasificarse en modelos físicos y estadísticos. estos modelos no precisan normalmente de medidas meteorológicas complementarias. La mayor ventaja de los modelos estadísticos es su simplicidad. d )
El uso de datos de satélite para la estimación de la radiación solar.
Tipos de modelos. La mayor limitación de los modelos estadísticos es la necesidad de datos terrestres de radiación solar y la falta de generalidad. Esta relación es asumida válida y a continuación utilizada para la estimación de la radiación solar en la superficie terrestre para la región entera en consideración. a partir de varias irradiaciones. entre las medidas piranométricas de la radiación solar y el valor de la cuenta digital simultánea del satélite para la localización correspondiente al sitio del piranómetro.Figura 12. No hay garantías de que los coeficientes de las regresiones tengan los mismos valores en otras áreas. Además. dependiendo de la aproximación utilizada para tratar la interacción entre la radiación solar y la atmósfera.
. El uso del valor de la cuenta digital del satélite directamente y la no necesidad de convertir estos valores en una densidad de flujo de la radiación solar emergente. dependiendo del número de imágenes disponibles a lo largo del día se calcula el valor de irradiación diaria:
G d i = ( x. Balance energético en el sistema Tierra-atmósfera. Los modelos estadísticos están basados en una o más relaciones.
. A partir de este coeficiente de nubosidad se determina la radiación global en la hora centrada en el instante de adquisición de la imagen. En primer lugar se muestran los modelos de cálculo de la nubosidad en cada uno de los píxeles de la imagen....
En el presente tema se realiza un breve resumen de los modelos para la determinación de la radiación solar a partir de imágenes de satélite. Simplificación del funcionamiento de los modelos estadísticos. dentro de los grupos posibles de modelos (físicos y estadísticos). Principalmente. A continuación se describen los algoritmos utilizados.. nos hemos centrado en los modelos estadísticos.3. Determinación de la nubosidad en cada píxel. Además no precisan de datos terrestres de medidas de radiación global... para finalmente estimar la radiación diaria a partir de los intervalos horarios disponibles..DATOS SATELITARIOS Valor_Coruña Valor_Madrid Valor_Murcia . que corresponden a los de la Lógica Heliosat.. es su naturaleza generalista ya que no dependen de una región particular y pueden ser aplicados en cualquier lugar.. Las dos limitaciones más importantes de este modelo son: • No detecta nubes de tamaños inferiores a un píxel.
Figura 13.Ley de Lambert: la intensidad de la luz sobre una superficie es proporcional al coseno del
ángulo de incidencia de los rayos luminosos. . se consideran los coeficientes de dispersión y absorción de los componentes de atmósfera clara. Por el contrario. en comparación con los modelos estadísticos...
A. Otro inconveniente de estos modelos es que el valor de la cuenta digital del satélite necesita ser convertido en la correspondiente densidad de flujo de la radiación solar saliente..
Existen distintos procedimientos para calcular la nubosidad a partir de imágenes de satélite.
Los modelos físicos están basados exclusivamente en consideraciones físicas que permiten que los intercambios de energía radiante que tienen lugar dentro del sistema Tierra-atmósfera sean representados explícitamente. La principal ventaja de los modelos físicos.
DATOS PIRANOMÉTRICOS Gh_Coruña Gh_Madrid Gh_Murcia . el albedo de las nubes y los coeficientes de absorción de las mismas. y el albedo superficial.
3. • Supone un comportamiento lambertianoξ de las superficies..5 Modelos de tratamiento. La mayoría de las superficies continentales actúan aproximadamente como un reflector lambertiano. los modelos físicos precisan datos meteorológicos complementarios para determinar la interacción de la radiación solar con la atmósfera. ya que los conocimientos y requisitos para su aplicación son más sencillos y son los de aplicación más extendida. Dado que se trata de un tema muy extenso... En el caso de agua
B. a partir de las cuales se determinará la radiación global diaria en cada uno de los píxeles. se obtendrán por tanto tres imágenes de radiación global horaria.
B. El albedo terrestre es la radiación visible que refleja la superficie de la tierra en un instante dado.
En este apartado se aborda la determinación de la radiación global horaria en cada uno de los píxeles de la imagen.
. Los modelos físicos son aquellos que se apoyan en el conocimiento de parámetros físicos atmosféricos y a partir de ellos. aunque el valor proporcionado es cercano al albedo superficial.1 Modelos basados en Kt. a partir de los datos de la imagen. la radiación que ve el satélite en un día sin nubes y es calculado a partir de las cuentas numéricas de la imagen en el canal visible.
ρ t − ρ g2 ρn − ρ g2
Donde: ρ es el albedo aparente. Con este fin. Los modelos estadísticos los constituyen una gran familia de modelos en los cuales no se precisa de parámetros atmosféricos.
Para la relación entre la radiación global horaria y el coeficiente de nubosidad se elije como variable independiente el índice de claridad atmosférico o Kt :
K t = G h G0 h
Donde: Gh es la radiación global horaria.o superficies cubiertas por nubes. ρg2 es el albedo de referencia y ρn es el albedo medio de las nubes. A partir de las tres imágenes de satélite que se dispone cada día. Asumiendo que el valor del índice de nubosidad es el principal modulador de la radiación solar que llega a la superficie de la tierra. existen dos grandes grupos de modelos de cálculo: los modelos físicos y los modelos estadísticos. Esto es en realidad. j )
Siendo i y j cada uno de los píxeles de la imagen de satélite. a partir de una imagen concreta. esto no es así. se determinan los valores de: • Albedo de la tierra (de cielo claro o referencia). se determina esta variable en cada píxel como función de la nubosidad:
rad i . • Albedo de las nubes. El cálculo del índice de nubosidad se realiza interpolando los valores de una imagen concreta entre los valores correspondientes al albedo de referencia (valores de píxel descubierto de nubes) y los correspondientes al albedo de las nubes. j = f (nubi . G0h es la radiación extraterrestre para esa misma hora. Dependiendo de la metodología concreta seleccionada. • Albedo instantáneo (aparente o del sistema Tierra-Atmósfera en ese momento). determinan la fracción de la radiación solar que se recibe en la superficie de la tierra. Cálculo de la radiación global horaria. Este tema se centra en los modelos estadísticos. pero por el contrario es necesario disponer de medidas piranométricas para el ajuste de local de los mismos.
7438 ⋅ CT + 0. Gch es la radiación global de cielo claro para esa misma horaξ. Latitudes del norte (superiores a 42°). En la siguiente expresión.7473 ⋅ NT )
Donde SM. KC 2
Modelo de cielo claro en Lecturas complementarias. K C = 2.8 .7136 ⋅ CM + 0.8073 ⋅ n + (0.1 ≤ nt
• • • Latitudes del sur de la Península (inferiores a 38°). se expresa el índice de claridad en función de la declinación.
. para la relación entre la radiación global horaria y el coeficiente de nubosidad se elije como variable independiente el índice de claridad atmosférico para cielo claro o Kc :
K c = Gh Gch
donde: Gh es la radiación global horaria.1 .2 .
K Gh = 0. Latitudes del centro (entre 38° y 42°).En estos modelos es posible incluir otras variables además del coeficiente de nubosidad como son: hora del par imagen/dato. Centro o Norte de la Península Ibérica y a una hora de la Mañana o de la Tarde. La suma de todas ellas ha de ser 1.2 ≤ nt < 0.7050 ⋅ NM + 0. ajustada para la España peninsular.060 ⋅ δ − 0. latitud y la declinación. Coeficiente de nubosidad como única variable explicativa:
En este caso. CT y NT son variables binarias que hacen referencia a la localización del emplazamiento en el Sur. Modelos basados en Kc. distingue entre días despejados y cubiertos mediante la siguiente formulación:
t nt < − 0. La siguiente relación. Las expresiones que incluyen variables binarias no pueden incluir término independiente por incurrir en multicolinearidad. el coeficiente de nubosidad y una serie de variables binarias que dependen de la hora del día y de la localización geográfica.
B2. planteada como válida para toda Europa (Heliosat).
Variables binarias: n variables que toman valores 1 ó 0. NM.8 ≤ nt < 1.7153 ⋅ SM + 0. ST.05 . K C = 1 − nt t 1. K C = 1.0667 − 3.6667 nt + 1.7690 ⋅ ST + 0.6667 ( nt ) t = 0.2
− 0. CM.
Estos resultados se mostrarán en el capítulo dedicado específicamente a la radiación directa. Esta variable sintetiza la utilización de la declinación. y los resultados no han sido satisfactorios. continua y diferenciable excepto para el valor del coeficiente de cobertura nubosa –0.764n + 0. de la hora y de la localización geográfica del píxel.20) y fuera del mismo toma los valores extremos. Si bien también sería posible estimar la radiación directa a partir de la global.1.933 − 0.2.
Figura 14. En Lecturas complementarias se suministra más información de la Masa óptica relativa y como calcularla.
C. o o La mediana: n ó n
Distancia intercuartil ( n
) 75 − n ) 25 )
Así es posible enunciar varios tipos de modelos como por ejemplo:
) K c = β 0 + β 1n + β 2 n )+β m K c = β 0 + β 1n + β 2 n 3
La expresión desarrollada específicamente para la España peninsular en el primer caso es:
) K c = 0. añaden variables explicativas que den información añadida: • Información del camino óptico de la radiación en cada momento concreto: o Masa óptica relativa: m. • Información de la localización concreta del píxel y sus condiciones climáticas particulares. Esto viene determinado por la distribución de los valores de nubosidad de cada píxel.
. si bien están basados en la utilización del Kc como variable dependiente del coeficiente de cobertura nubosa.216n
Donde Kc toma valores en el intervalo de (0. se han ensayado la aplicación de estos modelos a los resultados del tratamiento de imágenes de satélite. Relación entre el índice de cielo claro y el coeficiente de cobertura nubosa
Nuevas variables explicativas:
Se trata de modelos que.La figura siguiente muestra la representación gráfica de esta relación.05.
La radiación directa puede estimarse a partir del coeficiente de cobertura nubosa de igual manera que la radiación global horaria. Cálculo de la radiación directa horaria.
simultáneamente a las observaciones de satélite. Para el desarrollo de los modelos de estimación a partir del coeficiente de nubosidad. ya que es una variable muy cara de medir (además del sensor.
D. estas medidas ya son escasas. es preciso disponer de medidas de radiación directa registradas en tierra. es preciso disponer de un sistema de seguimiento de la trayectoria solar) y se ha comenzado ha medir convenientemente hace unos escasos 5/10 años. correspondiente a esa hora. Estos modelos pueden igualmente ser aplicados al tratamiento de datos que veremos en el capítulo siguiente. La mayoría de las series de radiación directa son muy cortas.
D. Es un modelo que permite la determinación de la radiación global diaria a partir de tres observaciones horarias.1 Modelos para pocas observaciones horarias. Este modelo se basa en la hipótesis de que la relación entre la
. ya que es posible confundir un desapuntamiento del sensor con el paso de nubes. • Calidad de los datos medidos. • Basados en K b
c )+β m Kb = β 0 n + β 1n 2
c Kb = Bh Bch
Donde: Donde: Bch es la radiación directa normal de cielo claro para esa misma hora. Los modelos de cálculo de la radiación directa presentan algunos inconvenientes frente a los modelos de radiación global: • La disponibilidad de datos medidos. Se enuncian modelos de igual planteamiento que en la radiación global: • Basados en Kb:
)+β m K b = β 0 n + β 1n 2
K b = Bh I 0 h
Donde: Donde: Bh es la radiación directa normal horaria. El control de calidad sobre los datos de radiación directa es más complejo. como por la demanda de soluciones por parte de la empresa) lo constituye la estimación de la radiación directa.Actualmente se considera que la metodología de cálculo de la radiación global está desarrollada satisfactoriamente. • Longitud de las series de datos medidos. En la actualidad.
Existen diferentes modelos para la estimación del valor de la radiación diaria en cada píxel. (tanto por la evolución natural de las investigaciones. I0h es la radiación extraterrestre normal. en el caso de la radiación directa. El siguiente paso.
Modelo de corrección con la extraterrestre. estas medidas son mucho menos numerosas. que dependen del número de observaciones (imágenes) de que dispongamos a lo largo del día. la mayoría de los organismos de investigación que trabajan en esta línea. Si en el caso de la radiación global. se han decantado por los modelos de estimación de la radiación directa a partir del coeficiente de cobertura nubosa. Cálculo de la radiación diaria. ya que los modelos existentes están contrastados y reportan resultados satisfactorios.
dividida por la suma de las radiaciones horarias para cielo claro.j representan la radiación global horaria y la extraterrestre para cada una de las horas consideradas (j). y que la radiación solar en las primeras y últimas horas del día son las que menos contribuyen al valor diario de la radiación. En realidad se trata de una modificación del modelo expuesto anteriormente. En este modelo se define un coeficiente de claridad para cielo claro (KE1) como la relación entre la radiación global diaria para cielo claro.radiación diaria y la suma de los valores horarios es la misma en el caso de los datos terrestres que en el caso de los valores extraterrestres:
∑ G h.
Cuando se dispone de numerosas observaciones a lo largo del día de manera que cubran todos los intervalos horarios entre la puesta y la salida del Sol. puede concluirse en que es más apropiado la estimación de la radiación horaria en las horas centrales del día e interpolar las horas correspondientes a la salida y la puesta del Sol cada día. El coeficiente de claridad para cielo claro descrito se iguala al coeficiente entre la radiación global diaria y la suma de los tres valores horarios. así como la variabilidad estadística es mucho mayor. en el caso de un día de verano (el más desfavorable). En la siguiente figura se muestran los resultados de la generación de los valores horarios de principio y fin del día. se observa que de disponer de seis valores horarios centrados en el medio día. estando descrita la metodología únicamente para superficies con comportamiento lambertiano. j
∑ G h. En concreto en el caso de la figura.
∑ G h1. Teniendo todo ello en cuenta así como que se sabe certeramente la hora de salida y puesta del Sol cada día en cada emplazamiento. j
Donde Gd y Gd0 son la radiación global diaria y la radiación global diaria extraterrestre respectivamente. En un día medio del año.2 Modelo para numerosas observaciones. pero considerando en lugar de los valores de la radiación extraterrestre. e incluso no está indicado. se han introducido cinco únicos
. únicamente haría falta la interpolación de un valor antes y después de los datos disponibles. la interpolación únicamente necesita generar dos horas antes y después de los datos estimados. puede procederse directamente a la suma de los valores horarios estimados para estimar la radiación diaria correspondiente. los valores correspondientes para cielo claro. Este caso no es muy frecuente. j
∑ G h 0. En la primera figura. j
∑ G h1. Modelo de corrección con la radiación de cielo claro. encontramos que para valores extremos de los ángulos implicados (ángulo de los rayos solares con respecto a la superficie terrestre y ángulo de visión del satélite con respecto a la superficie terrestre) la metodología no está indicada por: • Producirse efectos de reflexiones muy altas que pueden llegar a ser especulares.j y Gh0. En la aplicación de la metodología de tratamiento de imágenes de satélite para el cálculo de la radiación solar.
Donde Gd1 es la radiación global diaria para cielo claro y Gh1. Y Gh. para cada hora (j). • Haber aumentado considerablemente la masa atmosférica que tienen que atravesar los rayos solares lo cual implica que las consideraciones físicas incluidas en los modelos han cambiado.j es la radiación global horaria para cielo claro.
500 Gd lin=2625 450 Gd pol=2828 400 350 300 250 200 150 100 50 0 Int-lineal Int-poli Datos entrada
Figura 15.valores (puntos azules) y se observa que la generación de los valores que faltan mediante interpolación polinómica estima correctamente el valor esperado.
. Resultados de la interpolación de valores horarios lineal y polinómica.
fx-9860GII_Soft_S.pdfArchivos%2F01+Red+de+Distribucion+de+Energia+Electrica.pdfmanual10.5kv.pdfmanual10.5kv.pdfTecnologia E 1Plegadora ManualManual de Canerias1386_descarga.pdf13hp Manual del Tablero Repascen.pdfSimulacion de Bascom Auto y SemaforoMicro Control AdoresDiodoredes_ELYPeredaConstrucción de un electroimánENSAYO Nº2UNIDAD4TEMA1Hojas de datos.docxDoc1 Con Inversion de GiroT12 CILINDROS OK.pdfManualAscensores11_12_2008.pdfdias positivas inscripsion ex o proy de grado.pptxexpo.pptxPRACTICA Nº1
Metodos de Medicion de La Radiacion Solar por Mark LM4 visitaInsertarDescargaLeer en Scribd móvil: iPhone, iPad y Android.Copyright: Attribution Non-Commercial (BY-NC)Precio de lista: $0.00Download as PDF, TXT or read online from ScribdFlag for inappropriate contentMore informationMostrar menos

References: resolución 
 resolución 
 resolución 
 resolución 
 resolución 
 resolución 
 resolución