Technical tutorial · GUEMISA
Magnitudes de la radiación solar
| Magnitude | Definition | Cómo se mide |
|---|---|---|
| Radiación directa | Proviene directamente del disco solar | Con sistemas de seguimiento del movimiento del Sol |
| Radiación difusa | Proviene de las reflexiones en la atmósfera | Con sistemas de sombreamiento del disco solar |
| Radiación reflejada | Radiación reflejada por el entorno de la superficie receptora que incide en una superficie inclinada; su valor medio es el 20% de la radiación global sobre superficie horizontal | No suele medirse |
| Radiación global | Suma de las radiaciones directa, difusa y reflejada, recibida por unidad de superficie | Suele medirse sobre superficie horizontal; a veces en la disposición de los paneles |
El 95% de la radiación solar extraterrestre se encuentra entre 0,2 y 3 μm. La radiación terrestre es de onda larga: a 300 K, el 99,99 por ciento de su energía tiene una longitud de onda superior a 3 μm.
Unidades y espectro
| Magnitude | Unidad recomendada |
|---|---|
| Irradiancia (potencia) | vatios por metro cuadrado (W m<sup>-2</sup>) |
| Exposición radiante (energía) | julios por metro cuadrado (J m<sup>-2</sup>) |
| Irradiancia espectral | W m<sup>-2</sup> nm<sup>-1</sup> |
| Exposición radiante espectral | J m<sup>-2</sup> nm<sup>-1</sup> |
| Banda | Interval |
|---|---|
| Luz visible (99% de la radiación visible) | 400 nm a 730 nm |
| GRAPE | 315 a 400 nm |
| UV-B | 280 a 315 nm |
| UV-C | 100 a 280 nm |
| Radiación solar extraterrestre de onda corta (97%) | 0,29 μm a 3,00 μm |
Exactitud, precisión y periodo de integración
La exactitud expresa la incertidumbre en la concordancia entre el valor medido y el valor verdadero. La precisión del instrumento está determinada por:
- La resolución: la variación más pequeña de radiación que puede detectar.
- Las variaciones de sensibilidad debidas a alteraciones de las variables ambientales.
- La no linealidad de la respuesta.
- La desviación de la respuesta espectral respecto a la postulada.
- La desviación de la respuesta direccional (cosenoidal y azimutal).
Se recomienda registrar con una frecuencia un orden de magnitud superior a la requerida: datos horarios si se requieren diarios, y datos minutales si se requieren horarios.
Pirheliómetros y radiación directa
El pirheliómetro mide la radiación solar directa con su superficie receptora dispuesta normalmente a los rayos incidentes. Incluye un obturador para medir solo la radiación del Sol y de una región anular del cielo muy próxima. En los instrumentos modernos abarca un semiángulo de 2,5º aproximadamente; en los antiguos era de unos 8º.
| Guy | Characteristics |
|---|---|
| Patrón primario (absoluto) | Define la escala de irradiancia total sin recurrir a fuentes de referencia; receptores de cavidad y medidores diferenciales de flujo calorífico calibrados eléctricamente |
| Patrón secundario | Compensación Ångström y disco de plata; se calibran por comparación con un patrón primario |
| Primera y segunda clase | Detectores de termopila; registro continuo; precisión anual superior al uno por ciento (primera clase) y al dos por ciento (segunda); tiempo de respuesta máximo de diez segundos (primera) y treinta segundos (segunda) |
La medida de la radiación directa exige orientación perpendicular a los rayos solares, que se consigue con seguidores solares. Para elegir un seguidor se considera la precisión del seguimiento, la precisión del reloj, el peso que puede soportar y los dispositivos que pueden acoplarse.
Piranómetros: radiación global y difusa
El piranómetro mide la radiación solar procedente de un ángulo de 2π estereorradianes sobre una superficie plana, en un intervalo espectral de 0,3 a 3,0 μm. Se dispone en posición invertida para medir la radiación global reflejada. Para la radiación difusa se cubre la componente directa con un sistema de pantalla o banda de sombra.
| Feature | Patrón secundario | Primera clase | Segunda clase |
|---|---|---|---|
| Resolución (variación mínima detectable en W m<sup>-2</sup>) | ± 1 | ± 5 | ± 10 |
| Estabilidad (% de la escala completa, variación/año) | ± 1 | ± 2 | ± 5 |
| Respuesta cosenoidal (% de desviación para altura solar de 10º) | <± 3 | <± 7 | <± 15 |
| Respuesta azimutal (% de desviación para altura solar de 10º) | <± 3 | <± 5 | <± 10 |
| Respuesta de temperatura (% de error máximo) | ± 1 | ± 2 | ± 5 |
| No linealidad (% de la escala completa) | ± 0,5 | ± 2 | ± 5 |
| Sensibilidad espectral (% de desviación, 0,3 a 3 μm) | ± 2 | ± 5 | ± 10 |
| Tiempo de respuesta (respuesta del 99%) | <25 s | <1 min | <4 min |
Horas de sol, espectro y adquisición de datos
Las horas de sol se registran con el heliógrafo de Campbell Stokes: una bola maciza de cristal de aproximadamente 96 mm de diámetro y un casquete metálico concéntrico en el que se introduce cada día una tira de cartulina con división horaria; el Sol quema huellas según la intensidad de sus rayos.
La distribución espectral se mide con espectrorradiómetros. Las señales de los sensores se almacenan en un datalogger conectado a un PC, por cable serie, red telefónica (MODEM) o internet si el equipo permite una dirección IP.
Frequently Asked Questions
¿Qué es la radiación solar global?
La radiación solar recibida por unidad de superficie: suma de las componentes directa, difusa y reflejada.
¿Con qué instrumento se mide la radiación directa?
Con un pirheliómetro montado sobre un seguidor solar.
¿Qué mide un piranómetro?
La radiación solar procedente de un ángulo de 2π estereorradianes en una superficie plana, en el intervalo de 0,3 a 3,0 μm.
¿Qué unidad se recomienda para la irradiancia?
Vatios por metro cuadrado (W m-2); para la exposición radiante, julios por metro cuadrado (J m-2).
¿Cómo se mide la radiación difusa?
Con dispositivos de sombreado: bandas de sombra o seguidores solares con sombreamiento puntual del Sol.
¿Qué frecuencia de registro se recomienda?
Un orden de magnitud superior a la requerida: datos horarios para requisitos diarios y minutales para requisitos horarios.
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