M ODELOS PARA R ADIACIÓN S OLAR

La información de la radiación solar local es esencial para muchas aplicaciones, incluido el diseño arquitectónico, los sistemas de energía solar y, en particular, para el diseño de estaciones solare fotovoltaicas. Desafortunadamente, para muchos países en desarrollo, las mediciones de radiación solar no están fácilmente disponibles debido al costo, mantenimiento y requisitos de calibración de los equipos de medición. Por lo tanto, es importante elaborar métodos para estimar la radiación solar en base a datos meteorológicos fácilmente disponibles. Se han desarrollado varios modelos empíricos para calcular la radiación solar global utilizando diversos parámetros climáticos. Estos parámetros incluyen radiación extraterrestre, horas de luz solar, temperatura media, temperatura máxima, temperatura del suelo, humedad relativa, cantidad de días de lluvia, altitud, latitud, precipitación total, nubosidad y evaporación. El parámetro más utilizado para estimar la radiación solar global es la duración de la luz solar. La duración del sol se puede medir de manera fácil y confiable y los datos están ampliamente disponibles. El diseño de un sistema de conversión de energía solar necesita un conocimiento exacto con respecto a la disponibilidad de radiación solar global. Las horas de sol se miden en muchos lugares del mundo, mientras que la radiación global se mide solo en lugares seleccionados. Para superar este defecto, los científicos han desarrollado muchas ecuaciones empíricas.

El modelado es el proceso de formulación de un modelo abstracto en términos de lenguaje matemático o físico para describir el comportamiento complejo de un sistema real. Los modelos matemáticos son modelos cuantitativos y, a menudo, se expresan en términos de ecuaciones lineales, no lineales, diferenciales ordinarias o ecuaciones diferenciales parciales, los modelos matemáticos también pueden ser modelos estadísticos, modelos de lógica difusa y relaciones empíricas. De hecho, cualquier descripción de modelo que use lenguaje matemático se puede llamar modelo matemático.

El modelado matemático es ampliamente utilizado en las ciencias naturales, informática, ingeniería, meteorología, economía y finanzas.

Para el presente trabajo se utilizarán distintos modelos empíricos (aquellos que utilizan las observaciones directas o los resultados de experimentos del fenómeno estudiado) para estimar la radiación solar global diaria en Lambayeque – Perú a partir de una serie de variables meteorológicas. La mayoría de las ecuaciones basadas en la luz solar construidas para estimar el promedio mensual diario de la radiación solar global son de la ecuación de tipo Angstrom modificada. La determinación de la capacidad de energía solar de una región requiere que se realicen mediciones extensas de radiación de alta calidad en un gran número de estaciones que cubren las principales zonas climáticas de la región. En este sentido, recientemente, se han dado varias fórmulas empíricas que utilizan diversos parámetros para estimar la radiación solar en todo el mundo. Las estimaciones de la

radiación solar global diaria promedio mensual para un gran número de ubicaciones se presentan en varios trabajos.

Dado que el componente del haz (irradiación directa) es importante en el diseño de sistemas que emplean energía solar, como los motores de calor de alta temperatura y las células solares de alta intensidad, a menudo se pone énfasis en modelar el componente del haz. Existen dos categorías de modelos de radiación solar, disponibles en la literatura, que predicen el componente del haz o el componente del cielo en base a otras cantidades más fáciles de medir:

-Modelos paramétricos -Modelos de descomposición

Los modelos paramétricos requieren información detallada de las condiciones atmosféricas. Los parámetros meteorológicos utilizados frecuentemente como predictores incluyen el tipo, la cantidad y la distribución de las nubes u otras observaciones, como la luz solar fraccionada, la turbidez atmosférica y el contenido de agua precipitable. Un método más simple fue adoptado por el algoritmo ASHRAE y muy utilizado por las comunidades de ingeniería y arquitectura. Es posible el desarrollo de modelos de correlación que predicen la radiación del haz o del cielo utilizando otras mediciones de radiación solar.

Los modelos de descomposición usualmente usan información solo sobre la radiación global para predecir los componentes del haz y el cielo. Estas relaciones generalmente se expresan en términos de las irradiaciones que son las integrales de tiempo (generalmente durante 1 h) del flujo radiante o irradiancia. Los modelos de descomposición desarrollados para estimar la irradiancia directa y difusa de los datos de irradiancia global se encontraron en la literatura. El objetivo de este estudio es evaluar modelos estadísticamente existentes para estimar el incidente de radiación solar en una superficie horizontal y recomendar uno que se ajuste mejor a los datos medidos de las ubicaciones de Lambayeque.

La lista final representa los 5 modelos Rs seleccionados y utilizados en este estudio. Estos 5 modelos se seleccionaron en función de aplicación para la zona estudiada, teniendo relaciones simples, métodos básicos y teniendo en cuenta las variables meteorológicas comúnmente medidas. Los modelos seleccionados pueden dividirse generalmente en tres categorías distintas: (i) aquellas que estiman Rs como una Función de la temperatura del aire solamente, a saber; modelos basados en la temperatura (mostrados por T aquí), (ii) aquellos que requieren el número de registros de horas de sol solo para la estimación de Rs, a saber; modelos basados en la luz solar (mostrados por N), y eventualmente (iii) aquellos que estiman Rs basados en dos o más parámetros meteorológicos, a saber; Modelos complejos (mostrados por C). La energía solar ocupa uno de los lugares más importantes entre las diversas fuentes de energía alternativas. Un conocimiento preciso de la

disponibilidad de radiación solar en una ubicación geográfica particular es de vital importancia para el desarrollo de los sistemas de energía solar y para la estimación de su eficiencia y rendimiento. La familiaridad con los datos de radiación solar es un requisito previo para el modelado y diseño de todos los esquemas de energía fotovoltaica y térmica solar. Los valores medios mensuales medidos de la irradiación diaria, suelen ser la mejor fuente de información y proporcionan el punto de partida para muchos cálculos. La utilidad de los promedios mensuales a largo plazo de la radiación diaria puede entenderse por el hecho de que en un lugar en particular estos promedios son relativamente constantes, de modo que los valores pasados se pueden usar para estimar valores futuros. Cuando los datos de radiación solar no están disponibles, entonces hay una posibilidad de obtener estimaciones razonables de radiación de los parámetros meteorológicos comúnmente disponibles, como las horas de sol, la humedad relativa, las temperaturas máximas y mínimas y la cobertura de nubes de esa ubicación geográfica.

A continuación se presenta una lista de los modelos empíricos seleccionados para ser utilizados en el presente trabajo.  Modelo Bristow-Campbell  Modelo de Hargreaves-Samani  Modelo de Annandale  Modelo de Ertekin-Yaldiz  Modelo de Chen