Línea Electricidad Solar PUC/CSET Rodrigo Escobar, Cristián Cortés, Alan Pino, Paulo Ayala, Marcelo Salgado

Transcripción

1 Línea Electricidad Solar PUC/CSET Rodrigo Escobar, Cristián Cortés, Alan Pino, Paulo Ayala, Marcelo Salgado

2 Contenidos Evaluación de recurso solar mediciones Características de la radiación solar en Chile Perspectivas futuras de la investigación

3 Chile en el mundo Radiación solar en total anual más alta del mundo debido a las condiciones geográficas y atmosféricas: altura, nubosidad, aerosoles.

4 Concentración: Directa Normal (DNI) PV y SST: Global en plano del colector

5 Estaciones de Medición: Aspectos generales y experiencia en terreno

6 GHI mayor que DNI por ángulo de zenit (diciembre). Paso de nubes Sombras (árboles cercanos): erróneo pero aceptable por ángulo de elevación. San Pedro de Atacama (techo del museo). Diciembre 2010.

7 Estaciones de Medición - I Seguimiento en 2 ejes (tracker) + instrumentos de mayor precisión + medición de DNI mantenciones más frecuentes requieren conexión a red eléctrica Radiación Global Radiación Difusa Radiación Directa Normal Adquisición de datos, bateríay módem celular Mediciones precisas en laboratorio y estándar mundial.

8 Piranómetros ventilados: horizontal y plano inclinado para planta PV. Diego de Almagro, Atacama. Andes Mainstream

9 Piranómetros Curicó, Maule. Universidad de Talca Piranómetro para global Piranómetros para difusa Piranómetros montados en tracker Piranómetro: Rango espectral nm. Ángulo de visión: Piranómetros 180 de global horizontal y difusa con esfera de sombreamiento 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.

10 Esfera de sombreamiento. Doble domo de cuarzo evita pérdidas térmicas IR + conv.

11 Curicó, Maule. Universidad de Talca 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. Pirheliómetro para DNI con sensor de posicionamiento.

12 Día claro: DNI + circumsolar Pirheliómetro (NIP)

13 Día nublado: menor DNI + circumsolar.

14 Estaciones de Medición - II RSBR (Rotating Shadowband Radiometer) + 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

15 Banda abajo: GHI

16 Banda arriba: DHI DNI se calcula.

17 Diferentes sensores secundarios y PV los hacen adaptables a cualquier tipo de clima.

18 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. La degradación en la precisión del sensor sucio implica que el RSBR siempre es mejor que un NIP sin limpieza diaria. El RSBR es unequipo de terreno: sobrevive y opera bien con mantención mínima. Su incertidumbre es más alta pero el costo es mucho más bajo.

19 Carrera Pinto, IIIa región. Solar Reserve

20 Tamarugal, Tarapacá. Solar Reserve

21 Alta corrosión: humedad y salinidad. Alto Patache, Tarapacá. Centro UC Desierto de Atacama

22 La Tirana, Tarapacá. DICTUC / Latin America Power

23 Laboratorio PUC/DICTUC/CSET Campus San Joaquín Estaciones de medición Instrumentación meteorológica Sensores redundantes Sistemas Térmicos Planta Fotovoltaica

24 Laboratorio PUC/DICTUC/CSET 4 estaciones redundantes Planta 3 tecnologías PV 10 kw + 3 tecnologías SST Docencia pre y postgrado Investigación Consultoría Entrenamiento Financiado por Fondef, DICTUC y CSET

25 Algunas características de la radiación en Chile

26 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.

27 Serie anual de irradiación diaria en Santiago kwh/m 2 GHI DNI DifHI Día del año Estacionalidad verano invierno (variabilidad astronómica) Variabilidad atmosférica (nubosidad y aerosoles)

28 Horadel día Distribución anual de irradiancia medida Coya Sur Santiago Curicó W/m 2

29 Radiación incidente - Iquique Radiación [kwm -2 ] GHI (kwh/m2) DNI (kwh/m2) Altura (m) Altura [m] 0 0 Coordenadas (Longitud) Radiación incidente - Antofagasta Radiación [kwm -2 ] GHI (kwh/m2) DNI (kwh/m2) Altura [m] SolarGis 0 Altura (m) 0 Clara diferencia entre zonas costeras e interiores. Niveles de DNI 50% mayores que en España. Coordenadas (Longitud)

30 SolarGis Radiación incidente - Copiapó Radiación [kwm -2 ] GHI (kwh/m2) DNI (kwh/m2) Altura (m) Altura [m] Coordenadas (Longitud) Radiación incidente - Santiago Radiación [kwm -2 ] GHI (kwh/m2) DNI (kwh/m2) Altura [m] 0 Altura (m) 0 Coordenadas (Longitud) Región de Atacama influenciada por clima costero. Niveles de DNI aptos para CSP hasta Santiago.

31 Radiación [kwm -2 ] Radiación incidente en costa chilena GHI (kwh/m2) DNI (kwh/m2) Altura (m) Altura [m] Radiación [kwm -2 ] Localidad Radiación incidente en ciudades fuera de la costa. GHI DNI Altura [m] Altura [m] Localidad Pequeña variación con la latitud. Mayor influencia de la altura y longitud.

32 Perspectivas y futuras líneas de investigación en PUC/CSET

33 Concentración PV Fraunhofer ISE Uso 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.

34 Radiación Circumsolar Aerosoles distorsionan la forma del sol y modifican la DNI: distribución de irradiancia alrededor 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. PSA, Es

35 Caracterización de Ensuciamiento

36 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.

37 Canal visible Canal infrarrojo Clasificación CCIeff Irradiancia global Cielo Cielo % ºC % W/m 2 claro cubierto 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.

38 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.

39 Rockrigo Escoba Alain Pinot Paul Ayala Cristiano Cortés Edward Bórquez Alvaro Molino Marcelo Salado