GENERACIN DE CORRIENTE ELCTRICA
T eres un funcionario de alto nivel del gobierno en el sector de
energa. El gobierno te ha encomendado determinar en qu regiones o
lugares del Per se podra usar energa elica o solar para generar
electricidad en las diferentes regiones del Per.
Busca informacin en Internet sobre centrales generadoras de
electricidad que usan energa renovable en el Per. Elabora una
presentacin en PowerPoint fundamentando tu propuesta. Enva tu
actividad a travs de Generacin.
Referencias:http://fc.uni.edu.pe/mhorn/Energia%20solar%20en%20Peru%20perueconomico.pdfhttp://www.cedecap.org.pe/uploads/biblioteca/80bib_arch.pdfhttp://elcomercio.pe/planeta/454578/noticia-energia-solar-captada-desde-ventanahttp://www.adinelsa.com.pe/energia_eolica/mapa_eolico.pdfhttp://elcomercio.pe/impresa/notas/energia-eolica-peru/20091202/376251
ANTECEDENTES
El inters en el uso tcnico de las energas renovables,
especialmente de la energa solar, comenz en el Per, como en muchos
otros pases, en los aos setenta del siglo pasado, como consecuencia
de la llamada crisis de petrleo. Se trabaj en diferentes
instituciones del pas (mayormente en universidades) en capacitacin
y desarrollo tecnolgico, especialmente en bombeo de agua con
molinos de viento, calentadores solares de agua y secadores solares
de productos agrcolas. Estas experiencias fueron puntualmente
exitosas, p.ej. la tecnologa de los calentadores solares de agua,
hoy bien asentada en Arequipa, fue originalmente desarrollada por
el ex -ITINTEC, y, los secadores solares artesanales de maz usados
hoy en el Valle Sagrada del Urubamba fueron desarrollados y
diseminados por un proyecto de la Universidad Nacional de Ingeniera
con la cooperacin alemana.
El presente artculo trata de dar un visin general de la situacin
actual del uso de la energa solar en el Per, entrando en ms detalle
en el uso de la energa solar fotovoltaica, que tiene particular
importancia para el desarrollo de zonas rurales apartadas: Segn
datos del Ministerio de Energa y Minas del Per, en los ltimos aos
se ha incrementado a 75 % el porcentaje de la poblacin peruana que
cuenta con servicio elctrico. A pesar del gran esfuerzo de aumentar
la electrificacin en el Per, bsicamente a travs de la extensin de
redes elctricas, esto significa que todava hay 7 millones de
peruanos sin electricidad. Casi toda esta gente vive en reas
rurales y en la medida que aumenta la electrificacin, cada vez es
ms costoso aumentar un punto porcentual ms a la electrificacin,
debido a la baja densidad poblacional y las dificultades geogrficas
de gran parte del territorio peruano. Para estos millones de
peruanos la nica posibilidad econmicamente viable a corto y mediano
plazo es la generacin local de electricidad, basada sobre todo en
recursos renovables: hidrulica, elica, solar y biomasa. A pesar de
que esta situacin es ampliamente reconocida, relativamente poco se
ha hecho hasta la fecha en este campo. Esto se explica por varias
razones, principalmente porque es ms costoso electrificar regiones
remotas y aisladas que regiones que estn cerca a la red elctrica
interconectada existente.
LA ENERGA SOLAR
La energa solar es el recurso energtico con mayor disponibilidad
en casi todo el territorio Peruano. En la gran mayora de
localidades del Per, la disponibilidad de la energa solar es
bastante grande y bastante uniforme durante todo el ao, comparado
con otros pases, lo que hace atractivo su uso. En trminos
generales, se dispone, en promedio anual, de 4-5 kWh/m2da en la
costa y selva y de 5-6 kWh/m2da, aumentando de norte a sur. Esto
implica que la energa solar incidente
en pocos metros cuadrados es, en principio, suficiente para
satisfacer las necesidades energticas de una familia. El problema
es transformar esta energa solar en energa til y con un costo
aceptable.
La energa solar se puede transformar con facilidad en calor: de
hecho, cualquier cuerpo, preferentemente de color negro, absorbe la
energa solar y la transforma en calor, que puede ser usado para
calentar ambientes, calentar agua (termas solares), secar diversos
productos, cocinar, etc.
Por otro lado, con los paneles fotovoltaicos, o simplemente
llamados paneles solares, se puede transformar la energa solar
directamente en electricidad. La fabricacin de los paneles
fotovoltaicos requiere alta tecnologa y pocas fbricas en el mundo
(en pases desarrollados) lo hacen, pero su uso es sumamente simple
y apropiado para la electrificacin rural, teniendo como principal
dificultad su (todava) alto costo.
Presentaremos a continuacin algunos ejemplos de aplicaciones de
la energa solar en el Per.
Secado solarEl aprovechamiento tradicional de la energa solar ms
difundido es el secado solar de productos agrcolas, exponiendo el
producto directamente a la radiacin solar. Para superar los
inconvenientes de este mtodo (bermas, disminucin de la calidad,
etc.) el CER-UNI realiz, con apoyo de la cooperacin tcnica alemana
entre 1983 y 1990 el proyecto Desarrollo y difusin de secadores
solares para productos agrcolas y alimenticios, cuyos resultados
estn incluidos en el libro Teora y prctica del secado solar.
Posteriormente, hasta el da de hoy, siguen realizndose trabajos en
este tema (p.ej. secadores de organo, CERT, Tacna) y varios de los
modelos de secadores solares estudiados, de construccin simple con
materiales disponibles en el campo, han encontrado una difusin en
el campo.
Termas solaresLa fabricacin local de calentadores solares de
agua es la tecnologa ms antigua y de mayor desarrollo y diseminacin
en el Per. Se estima que hoy hay 25000 a 30000 termas solares,
mayormente en Arequipa. Existen ahora alrededor de 20 fabricantes
que recientemente se ha constituido en una Asociacin de Empresas
Peruanas de Energa Solar, AEPES y que producen mensualmente
alrededor de 600 metros cuadrados de colectores solares para termas
solares.
Energa solar fotovoltaica
En el Per, comparada con otros pases, existen todava pocos
sistemas fotovoltaicos, SFV: Hasta 2005, en el Per hay alrededor de
10 000 SFV instalados, con una potencia total de 1,5 MWp. (1) 65 %
de esta potencia corresponde a SFV para telecomunicaciones, 29 %
para iluminacin interna a casas, incluyendo postas de salud, salas
comunales, etc., y el resto para otros usos (refrigeracin, bombeo
de agua, etc. Los principales proyectos de electrificacin rural,
estn descritos a
1 1,5 MWp significa que todos los paneles solares instalados en
el Per pueden producir electricidad de una potencia de 1,5MW si
estn expuestos a pleno sol. Para comparacin: la plante elctrica de
Ventanilla tiene una potencia de 490 MW.
Continuacin. Hay que anotar que la mayora de los SFV usados para
electrificacin rural son del tipo Sistema Fotovoltaico
Domiciliario, SFD (en ingls: solar home system, SHS), con potencias
tpicas de 50 60 Wp, operando junto con una batera de plomo acido,
un regulador de carga, y 2 4 lmparas fluorescentes de 9 11 W,
teniendo un costo del orden de US$ 600 (incluyendo impuestos e
instalacin). Un SFD satisface las necesidades usuales de
electricidad de una familia en el campo.
Primeros proyectos FV en el PerEl primer proyecto de
electrificacin rural FV en el Per fue un proyecto de la cooperacin
tcnica alemana que instal en 1986 - 96 en el Departamento PunoCerca
de 500 SFD, en un marco pre-comercial (subsidiados). Durante la
evaluacin del proyecto que el CER-UNI ha realizado 10 aos despus
del inicio del proyecto, se observ que todos los usuraos eran muy
contentos con esta tecnologa y que los SFD visitados han seguido en
operacin.
Posteriormente, el Ministerio de Energa y Minas (MEM) ha
instalado entre 1995 y 1998 un total de 1500 SFD en diferentes
regiones del Per, mayormente en comunidades de la selva y muy
dispersa. Inicialmente el MEM plante que el proyecto debe
incentivar a empresarios privados para invertir en proyectos
fotovoltaicos bajo un esquema de mercado. Finalmente se opt de dar
al proyecto un objetivo social, pidiendo al beneficiario solamente
una contribucin para los costos de mantenimiento del SFD a su
disposicin. Estos SFD estn ahora propiedad de la empresa estatal
ADINELSA, quin la administra con un modelo tarifaria y, para
facilitar la administracin, ha creado en cada comunidad una
asociacin de usuarios.
El proyecto CER UNI en MaquileEl Centro de Energas Renovables de
la Universidad Nacional de Ingeniera (CER- UNI) est ejecutando
desde 1996 un proyecto piloto de electrificacin fotovoltaica en la
comunidad insular de Maquile en el Lago Titicaca. En este proyecto
se haba considerado que los usuraos deben pagar mayormente el costo
de los SFV , salvo los costos de estudios previos y de seguimiento,
pero con facilidades y que los usuarios sean despus propietarios de
ls SFD. En el marco de este proyecto se ha instalado 427 SFD, todos
funcionando hasta la fecha. Consideramos que el proyecto, que es
bien evaluado, puede ser considerado como sostenible.
Proyecto GEF MEMDesde varios aos existe el proyecto GEF MEM
Electrificacin rural en base a energa fotovoltaica en el Per, cuya
meta es la instalacin de 7500 sistemas fotovoltaicos, mayormente
domicilarios, en diferentes regiones del Per, en especial en la
selva.
La primera etapa haba previsto la instalacin de 1000 SFD, lo que
se frustr debido al incumplimiento de la empresa que haba ganado la
licitacin. En 2006 se realiz una nueva licitacin por un total de
4500 SFV. Ya se ha firmado el contrato con la empresa que gan la
licitacin y se espera que estos SFV sean instalados en el primer
semestre 2007.
La modalidad de administracin previsto es de tipo tarifario
(cesin en uso). Los resultados del proyecto se conocern ms
adelante.
PERSPECTIVAS
Todas las personas e instituciones vinculadas con el uso de la
energa solar para la electrificacin de regiones rurales consideran
que esta energa tendr un uso masivo a mediano plazo en el Per. Sin
embargo, es difcil predecir en qu magnitud y con qu velocidad
ocurrir esto. Una barrera, a parte del costo, es la falta de
conocimiento de la potencialidad real del uso de la energa solar:
son relativamente pocas personas en el Per que conocen realmente
estas posibilidades y, por el otro lado, sus limitaciones y
dificultades. Por lo tanto urgen programas de capacitacin, sea a
nivel tcnico (uso de equipos) o profesional (diseo de equipos). La
UNI ofrece desde 1980 un programa de Segunda Especializacin
Profesional en Energa Solar. Actualmente se ofrece este programa en
forma semipresencial, usando las facilidades de Internet.
Dando por descontado que las condiciones generales seguirn
favorables, se puede prever una continuidad del actual crecimiento
en este campo. Se observa un inters creciente en el uso de energas
renovables para la electrificacin rural aislada, pero falta que el
Gobierno del Per establezca una poltica clara de fomento del uso de
energas renovables.
En el Per, como en muchos otros pases en desarrollo, el aspecto
ecolgico es sin duda importante para considerar el uso de las
energas renovables. Sin embargo, a corto plazo es ms importante el
aspecto de desarrollo de regiones rurales apartadas de las redes
energticas. Para su desarrollo estas regiones necesitan energa,
siendo la mejor opcin a corto plazo, y muchas veces la nica, la
generacin local de esta energa en base a la energa solar y la
biomasa, y en menor escala, la energa hidrulica y elica.
Considero que es una obligacin de la sociedad peruana en su
conjunto, es decir del Estado, promocionar el uso de estas energas
en zonas remotas. En caso de instituciones sociales pblicas, como
colegios o postas de salud, el gobierno debe equiparlos con energa
solar, asumiendo todo el costo de instalacin y de mantenimiento y
operacin, como debe hacerlo con los otros costos de estas
instituciones. En el caso de viviendas e instituciones privadas, el
gobierno debe encontrar mecanismos de incentivos y subsidios
directos a los usuarios finales, que permitan a los pobladores de
regiones apartadas adquirir con crditos los equipos necesarios, con
cuotas acordes con sus posibilidades.111
SERVICIO NACIONAL DE METEOROLOGA E HIDROLOGA
DIRECCIN GENERAL DE INVESTIGACIN Y ASUNTOS AMBIENTALES
REPBLICA DEL PER
MINISTERIO DE ENERGA Y MINAS
DIRECCIN EJECUTIVA DE PROYECTOS
PROYECTO PER/98/G31: ELECTRIFICACIN RURAL A BASE DE ENERGA
FOTOVOLTAICA EN EL PER
ATLAS DE
ENERGA SOLAR DEL PER
DR. AURELIO LORET DE MOLA BOHMEMinistro de Defensa
MAG.FAP WILAR GAMARRA MOLINAJefe del SENAMHI
COR.FAP RAFAEL CAMPOS CRUZADODirector Tcnico del SENAMHI
ING. JAIME QUIJANDRA SALMNMinistro de Energa y Minas
JOS ESLAVA ARNAODirector Ejecutivo de Proyectos del Ministerio
de Energa y Minas
FERNANDO MARCA CHAMOCHUMBIDirector de Promocin y Transferencia
de la DEP/MEM
LIMA - PERENERO 2003
El Proyecto PER/98/G31 Electrificacin Rural a Base de Energa
Fotovoltaica en el Per tiene como objetivo promover la aplicacin
sostenible de energa fotovoltaica en zonas rurales del pas, como
una alternativa limpia, libre de la emisin de gases de efecto
invernadero. Su ejecucin est a cargo de la Direccin Ejecutiva de
Proyectos del Ministerio de Energa y Minas (DEP- MEM) y es co
financiado por el Fondo Mundial para el Medio Ambiente (GEF), a
travs del Programa de las Naciones Unidas para el Desarrollo
(PNUD).
El Atlas de Energa Solar, servir para disear adecuadamente
sistemas fotovoltaicos de acuerdo a la ubicacin geogrfica de la
localidad donde deban ser instalados. A este esfuerzo se aaden las
actividades para garantizar la calidad de los sistemas
fotovoltaicos, mediante la elaboracin de especificaciones tcnicas
rigurosas y la capacitacin de laboratorios que certifiquen el
cumplimiento de las mismas. Las actividades mencionadas se
complementan con la capacitacin de usuarios, administradores y
tcnicos locales as como en el desarrollo de modelos de gestin, que
aseguren la operacin, mantenimiento y reparacin de las
instalaciones.
El Atlas de Energa Solar desarrollado con singular xito por el
SENAMHI mediante contrato suscrito con el Proyecto y financia- do
con fondos GEF, permitir disear sistemas fotovoltaicos para
viviendas, locales comunales, postas mdicas, o escuelas rural- les.
Los inversionistas nacionales y extranjeros podrn igualmente usar
la informacin para determinar la rentabilidad de sus proyectos de
electrificacin en general, calentamiento de agua, deshidratacin de
alimentos, agricultura, ganadera, diseo bioclimtico de
edificaciones u otros usos que empleen la irradiacin solar como una
de sus fuentes de energa.
SERVICIO NACIONAL DE METEOROLOGA E HIDROLOGA
DIRECCIN GENERAL DE INVESTIGACIN Y ASUNTOS AMBIENTALES
REPBLICA DEL PER
MINISTERIO DE ENERGA Y MINAS
DIRECCIN EJECUTIVA DE PROYECTOS
PROYECTO PER/98/G31: ELECTRIFICACIN RURAL A BASE DE ENERGA
FOTOVOLTAICA EN EL PER
ATLAS DE ENERGA SOLAR DEL PER
RESPONSABLES
COORDINADORA DEL PROYECTO SENAMHI - MEM:
MSc. IRENE TREBEJO VARILLASDirectora General de Investigacin y
Asuntos Ambientales
ASESOR CIENTFICO:
PhD Candidato GUILLERMO A. BAIGORRIA PAZCentro Internacional de
la Papa
EQUIPO PROFESIONAL RESPONSABLE:
ING. ESEQUIEL B. VILLEGAS PAREDES ING. JOS F. CARLOS CANALES
EQUIPO PROFESIONAL DE APOYO:
COM. FAP. JOS DE LA FUENTE JARAMILLO ING. EVER CASTILLO
OSORIOJORGE DE LA CRUZ PEBE ING. ORLANDO CCORA TUYABACH. JANETH
PIZARRO RAMOS BACH. ZARELA MONTOYA CABRERABACH. MAGDALENA NORABUENA
ESPINOZA JONATHAN CARDENAS SOTERO
EQUIPO TCNICO DE APOYO:
BETSY QUITO HOYOS
DISEO Y DIAGRAMACIN
JUAN G. ULLOA NINAHUAMN
LIMA - PERENERO 2003
AGRADECIMIENTOS
El Servicio Nacional de Meteorologa e Hidrologa (SENAMHI)
manifiesta un agradecimiento muy especial:
A la Direccin Ejecutiva de Proyectos del Ministerio de Energa y
Minas (DEP/MEM), por el financiamiento del Estudio, como parte del
Proyecto PER/98/G31. Al Ingeniero Emilio Mayorga Navarro,
Coordinador del Proyecto PER/98/G31, por su valioso apoyo logstico
en las diferentes etapas del estudio. Al Centro Internacional de la
Papa (CIP) y a la Universidad de Wageningen - Holanda (WU) por
facilitar las herra- mientas desarrolladas en esta rea de
investigacin. Al Dr. Humberto Rodrguez Murcia por compartir sus
valiosas experiencias en el campo de la irradiacin solar con el
equipo de trabajo.
A todos los colegas que directa e indirectamente participaron y
contribuyeron en la elaboracin del presente Estudio.
El Modelo de Interpolacin Climtica basado en procesos utilizado
en el presente Atlas de Energa Solar del Per fue desarrollado en el
Departamento de Sistemas de Produccin y Ma- nejo de Recursos
Naturales del Centro Internacional de la Papa (CIP).
PRESENTACIN
El Per es un pas de topografa muy variada, de gran diversidad
climtica y condiciones excepcionales que le confieren un elevado
potencial de energas renovables. Sin embargo, para hacer posible el
diseo de polticas y medidas para incentivar el mayor uso de estas
energas limpias que promuevan el desarrollo especialmente en zonas
rurales, es necesario e indispensable cuantificar esta
disponibilidad as como conocer su distribu- cien temporal en el
territorio.
En ese sentido, la necesidad de contar con un documento tcnico
que cumpla con esta exigencia a fin de impulsar el uso masivo de la
energa solar como fuente energtica es lo que ha motivado al
Servicio Nacional de Meteorologa e Hidrologa (SENAMHI) y la
Direccin ejecutiva de Proyectos del Ministerio de Energa y Minas
(DEP-MEM) a suscribir un Convenio dentro del marco del proyecto
PER/98/G31, a fin de que el SENAMHI elabore el Atlas de energa
solar del Per, documento que deber consolidar los datos histricos y
tambin recientes sobre la irradiacin solar en nuestro pas y a su
vez plasme la utilizacin de sofisticadas y actuales tcnicas de
evaluacin y anlisis de este recurso.
En este contexto, el Atlas de Energa Solar del Per representa el
esfuerzo conjunto de un gran grupo de personas, desde el personal
de campo que hace la observacin cotidiana de los datos por muchos
aos, hasta el profesional que utiliza la ciencia y tecnologa para
finalmente poner a disposicin de las Instituciones pblicas y
privadas, la comunidad cientfica y pblico en general este valioso
documento, el mismo que inclu- ye mapas tanto nacionales como
departamentales de la energa solar diaria recibida en superficie a
nivel mensual y anual, as como grficos de la variacin mensual de la
irradiacin solar incidente y de la helifila relativa para las
estaciones consideradas como base para el estudio.
Esta informacin permitir captar la atencin de los inversionistas
y pblico en general hacia las fuentes renovables de energa y al
desarrollo de las tecnologas necesarias para obtener calor y
electricidad para diversas aplicaciones, mediante colectores
trmicos y mdulos fotovoltaicos, respectivamente. El calor rico-
giro en los colectores se puede destinar a satisfacer numerosas
necesidades del hogar, la colectividad y la industria, como
calefaccin, refrigeracin, hornos, etc.; para fines agrcolas podemos
obtener secadores, plantas de purificacin o desalinizacin de agua,
etc. En tanto que los paneles solares se perfilan como la solucin a
la electrificacin rural, que puede usarse se manera directa o bien
ser almacenada en acumulado- res para usarse en las horas
nocturnas. La energa solar puede ser perfectamente complementada
con otras energas convencionales.
Es as que el SENAMHI, con legtimo orgullo, presenta el ATLAS DE
ENERGIA SOLAR DEL PERU, con lo que esperamos estar contribuyendo
con el desarrollo econmico y social del pas, as como tambin con el
perfeccionamiento y desarrollo de mejores y nuevas tcnicas en este
campo.
Mayor General FAPWILAR GAMARRA MOLINAJefe del SENAMHI
PROYECTO PER/98/G31: ELECTRIFICACIN RURAL A BASE DE ENERGA
FOTOVOLTAICA EN EL PER
ATLAS DE ENERGA SOLAR DEL PER
I N D I C E
Pgina
1. Introduccin
---------------------------------------------------------------------------------------------------------
112. Antecedentes
--------------------------------------------------------------------------------------------------------
113. Irradiacin solar
-----------------------------------------------------------------------------------------------------
113.1 Definiciones
-------------------------------------------------------------------------------------------------------
113.2 Instrumental de medicin de la irradiacin solar
----------------------------------------------------------------
123.2.1 Principios de las mediciones solarimtricas
------------------------------------------------------------
123.2.2 Instrumentos colorimtricos
-----------------------------------------------------------------------------123.2.3
Estandarizacin de instrumentos solarimtricos
--------------------------------------------------------153.2.4
Instrumental de temperaturas extremas
-----------------------------------------------------------------154.
Informacin meteorolgica y cartogrfica utilizada
-----------------------------------------------------------164.1
Red de medicin de la irradiacin solar
-------------------------------------------------------------------------
164.2 Red de estaciones meteorolgicas
-------------------------------------------------------------------------------
164.3 Sistema de informacin geogrfica
-------------------------------------------------------------------------------
165. Procesamiento y control de calidad de la informacin
--------------------------------------------------------165.1
Recopilacin, digitacin y control de calidad de los datos
-----------------------------------------------------165.1.1
Digitacin y control de calidad de los datos
---------------------------------------------------------- 165.1.2
Anlisis de consistencia de datos de irradiacin solar
-----------------------------------------------175.2 Modelo digital
de elevacin (DEM)
--------------------------------------------------------------------------176.
Modelos de estimacin de la irradiacin solar
---------------------------------------------------------------
176.1 Modelo Angstrom-Prescott
------------------------------------------------------------------------------------
176.2 Modelo Bristow-Campbell
-------------------------------------------------------------------------------------
176.3 Modelo de interpolacin
----------------------------------------------------------------------------------------
186.3.1 Insumos del modelo
--------------------------------------------------------------------------------------186.3.2
Fundamento terico
--------------------------------------------------------------------------------------196.3.3
Modelo digital de elevacin (DEM)
-------------------------------------------------------------------
196.3.4 Simulacin
-------------------------------------------------------------------------------------------------
197. Distribucin espacial y temporal de la energa solar incidente
diaria en el Per --------------------- 207.1 Distribucin anual
-----------------------------------------------------------------------------------------------207.2
Distribucin estacional
-----------------------------------------------------------------------------------------20REFERENCIAS
-------------------------------------------------------------------------------------------------------
21
A N E X O S
Pgina
1. Hora de salida del sol (HS), hora de puesta del sol (HP) y
duracin astronmica del da (N) para diferentes latitudes
----------------- 252. Cuadro de conversin de unidades utilizadas
en solarimetra.
--------------------------------------------------------------------------------
253. Relacin de estaciones meteorolgicas utilizadas.
---------------------------------------------------------------------------------------------
264. Promedios climticos de temperaturas extremas (mxima y mnima)
de las estaciones meteorolgicas utilizadas. -----------------------
275. Promedios climticos de heliofana de las estaciones
meteorolgicas utilizadas.
------------------------------------------------------------ 286.
Variacin mensual de la transmisividad (H/Ho) y heliofana relativa
(n/N) de las estaciones
base------------------------------------------ 297. Irradiacin
solar extraterrestre Hemisferio sur.
----------------------------------------------------------------------------------------------
31
T A B L A STabla 1: Ubicacin geogrfica, rcord histrico y tipo de
instrumento de medicin de irradiacin solar en las estaciones base
--------- 16Tabla 2: Valores de las principales variables climticas
de las estaciones base.
-------------------------------------------------------------
16Tabla 3: Valores de los coeficientes del modelo ngstrm-Prescott
por estacin, nmero de datos utilizado y error promedio --------
17Tabla 4: Valores de los coeficientes del modelo Bristow-Campbell
por estacin, nmero de datos y error promedio. ------------------
18Tabla 5: Coordenadas de las zonas de simulacin establecidas.
------------------------------------------------------------------------------
19
F I G U R A SFigura 1: Pirhelimetro de compensacin Angstrom
-------------------------------------------------------------------------------------------
13Figura 2: Pirmetro Kipp & Zonen
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------
14Figura 3: Pirmetro de Bellani
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
14Figura 4: Actingrafo o pirangrafo bimetlico de Robitzch
-----------------------------------------------------------------------------------
14Figura 5: Heligrafo Campbell-Stokes
----------------------------------------------------------------------------------------------------------
15Figura 6: Termmetros de mxima y mnima
----------------------------------------------------------------------------------------------------
15Figura 7: Relaciones entre valores observados y estimados para
los coeficientes bB y cB del modelo Bristol-Campbell yla relacin
entre ambos coeficientes
---------------------------------------------------------------------------------------------------
18Figura 8: Zonas de simulacin
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
19
Mapas geogrficos: Mapa de ubicacin de estaciones meteorolgicas
Mapa de altitudes del Per Mapa de pendientes del Per Mapa de
aspecto del Per
M A P A S
Mapas de energa solar Nivel pas Mapa de energa solar incidente
diaria: promedio anual Mapa de desviacin estndar de la energa solar
Mapa de energa solar incidente diaria: mes de enero Mapa de energa
solar incidente diaria: mes de febrero Mapa de energa solar
incidente diaria: mes de marzo Mapa de energa solar incidente
diaria: mes de abril Mapa de energa solar incidente diaria: mes de
mayo Mapa de energa solar incidente diaria: mes de junio Mapa de
energa solar incidente diaria: mes de julio Mapa de energa solar
incidente diaria: mes de agosto Mapa de energa solar incidente
diaria: mes de setiembre Mapa de energa solar incidente diaria: mes
de octubre Mapa de energa solar incidente diaria: mes de noviembre
Mapa de energa solar incidente diaria: mes de diciembre
Nivel departamental: Meses de febrero, mayo, agosto y noviembre
Mapas de energa solar incidente diaria. Departamento de Amazonas
Mapas de energa solar incidente diaria. Departamento de Ancash
Mapas de energa solar incidente diaria. Departamento de Apurmac
Mapas de energa solar incidente diaria. Departamento de Arequipa
Mapas de energa solar incidente diaria. Departamento de Ayacucho
Mapas de energa solar incidente diaria. Departamento de Cajamarca
Mapas de energa solar incidente diaria. Departamento de Cusco Mapas
de energa solar incidente diaria. Departamento de Huancavelica
Mapas de energa solar incidente diaria. Departamento de Hunuco
Mapas de energa solar incidente diaria. Departamento de Ica Mapas
de energa solar incidente diaria. Departamento de Junn Mapas de
energa solar incidente diaria. Departamento de La Libertad Mapas de
energa solar incidente diaria. Departamento de Lambayeque Mapas de
energa solar incidente diaria. Departamento de Lima Mapas de energa
solar incidente diaria. Departamento de Loreto
Mapas de energa solar incidente diaria. Departamento de Madre de
Dios Mapas de energa solar incidente diaria. Departamento de
Moquegua Mapas de energa solar incidente diaria. Departamento de
Pasco
Mapas de energa solar incidente diaria. Departamento de
Piura
Mapas de energa solar incidente diaria. Departamento de Puno
Mapas de energa solar incidente diaria. Departamento de San
Martn
. Mapas de energa solar incidente diaria. Departamento de
Tacna
Mapas de energa solar incidente diaria. Departamento de
Tumbes
Mapas de energa solar incidente diaria. Departamento de
Ucayali
ATLAS DE ENERGIA SOLAR DEL PERU
1. INTRODUCCIN
La irradiacin solar es una de las variables ms importantes, por
ser la fuente de energa utilizada en la gran mayora de los procesos
en nues- tro planeta. No obstante la importancia de esta variable,
su medicin es escasa debido a los altos costos del instrumental de
precisin requerido as como de su mantenimiento, por lo que la red
de medicin en el Per, como en muchos otros pases, es limitada. De
otro lado, la gran varia- bilidad topogrfica y climtica del
territorio peruano obligan a tener que considerar redes ms densas y
bien distribuidas a nivel nacional para una evaluacin ms precisa y
detallada de este recurso.
En este contexto se hace necesario utilizar herramientas para la
genera- cin de datos de irradiacin solar en zonas que no disponen
de stos, recurriendo a diferentes mtodos que permitan estimar esta
variable en funcin de otras variables o parmetros conocidos o de ms
fcil med- cin, como son la helifila y temperaturas, las cuales son
regularmen- te medidas en las estaciones meteorolgicas ms
comunes.
El Servicio Nacional de Meteorologa e Hidrologa del Per
(SENAMHI), consciente de la necesidad de conocer la distribucin y
la variacin de la irradiacin solar en el territorio peruano, ha
orientado sus actividades a la evaluacin de este recurso, en
convenio con la Di- reaccin Ejecutiva de Proyectos del Ministerio
de Energa y Minas. Para ello ha contado con una base de datos de
irradiacin solar proveniente de estaciones convencionales y
automticas instaladas a nivel nacio- nal, lo cual ha permitido
preparar el Atlas de Energa Solar del Per. El Atlas ent comprendido
por mapas promedio de energa solar incidente diaria a nivel mensual
y anual para el perodo 1 975-1 990, los cuales se han obtenido
utilizando las tcnicas ms refinadas de estimacin e interpolacin
fundamentados en procesos fsicos, desarrollados con el Centro
Internacional de la Papa (CIP).
El presente Atlas de Energa Solar permite conocer las zonas
potencia- les para el aprovechamiento energtico en el Per, a partir
del cual se optimizar el dimensionamiento y diseo de los equipos
que utilizan esta fuente de energa. As tambin, se posibilitan otras
aplicaciones en los diferentes sectores siendo uno de ellos el
agrcola, por la creciente utilizacin de la variable solar en los
modelos de simulacin de culti- vos, por ejemplo.
Esta informacin constituye un valioso aporte para los sectores
produc- tivos pblico y privado en el Per con la finalidad de
promover la in- versin e investigacin en el uso de la energa solar
como fuente alter- nativa renovable y no contaminante.
2. ANTECEDENTES
Con la finalidad de elaborar el Atlas de Energa Solar del Per,
la Di- reaccin Ejecutiva de Proyectos del Ministerio de Energa y
Minas (DEP/ MEM) y el Servicio Nacional de Meteorologa e Hidrologa
(SENAMHI), suscriben el 08 de marzo del 2 000 el Contrato de
presta- cin de servicios N 012-00-EM/DEP para que el SENAMHI
ejecute la Componente 1: Desarrollo de la informacin y de una base
de datos sobre energa renovable, dentro del Proyecto PER/98/G31:
Electrifica- cin rural a base de energa fotovoltaica en el Per.
3. IRRADIACIN SOLAR
3.1 Definiciones Albedo:Cociente entre el valor de la irradiacin
reflejada por una superficie y la irradiacin incidente sobre ella
(OMM, 1 992).
Balance de energa:
Ecuacin que expresa la relacin conservadora entre las distintas
for- mas de energa en un determinado emplazamiento o en un sistema
at- mosfrico en estado estacionario (OMM, 1 992).
Balance de radiacin:
Distribucin de los diferentes componentes de la radiacin
atmosfrica que son absorbidos, reflejados, transmitidos o emitidos
por la atmsfe- ra (OMM, 1 992).
Coeficiente de extincin:
Medicin de la cantidad de energa radiante incidente absorbida
por unidad de longitud o por unidad de masa de un medio absorbente
(OMM, 1 992).
Duracin astronmica del da o Fotoperodo (N):
Es el perodo de iluminacin solar comprendido desde la salida
hasta la puesta del sol. (Garca, 1 994). Tambin se le conoce como
duracin del da solar o duracin mxima del da. Ver anexo 1.
Heliofana (n):
Es el tiempo, en horas, durante el cual el sol tiene un brillo
solar efecti- vo en el que la energa solar directa alcanza o excede
un valor umbral variable entre 120 y 210 W/m2, que depende de su
localizacin geogr- fica, del equipo, del clima y del tipo de banda
utilizada para el registro (WMO, 1 992). Tambin se le suele
denominar brillo solar insola- cin.
Irradiancia:
Potencia solar incidente en una superficie por unidad de rea
(RISOL, 1 999). Sus unidades son W/m2.
Radiacin solar:
Es la energa electromagntica (del sol) emitida, transferida o
recibida (RISOL, 1 999).El trmino radiacin se aplica al cuerpo que
radia, mientras que el tr- mino irradiacin al objeto expuesto a la
radiacin. Estrictamente, la superficie terrestre es irradiada y los
mapas y tablas son de irradiacin solar, sin embargo, an hoy en da
suele usarse el trmino radiacin para referirse a la irradiacin
(Rodrguez y Gonzles, 1 992).Las cantidades de radiacin se expresan
generalmente en trminos de irradiancia o irradiacin (exposicin
radiante). En el anexo 2 se pre- senta una tabla de conversin de
unidades de irradiacin.
Irradiacin solar circunglobal:
Es la irradiacin solar directa y difusa ms la irradiacin
reflejada del entorno, interceptada por una superficie esfrica
(Robinson, 1 966). Es aquella que incide sobre un cuerpo libremente
expuesto, es decir, est conformada por la radiacin incidente
procedente del sol (directa y difusa) y por aquella radiacin solar
que es reflejada por la superficie terrestre y otros cuerpos
aledaos, sin modificar su longitud de onda (Garca, 1 984).
Irradiacin solar o irradiacin solar global (H):
Energa solar incidente en una superficie por unidad de rea. Es
el resultado de integrar la irradiacin en un perodo de tiempo
(RISOL, 1 999). Sus unidades son J/m2 o kw h/m2.Es aquella radiacin
procedente del sol que incide sobre la superficie terrestre
(directa y difusa) (Garca, 1 984).
Irradiacin solar directa:
Es la radiacin que llega a la superficie de la tierra en forma
de rayos provenientes del sol sin cambios de direccin (Snchez et
al., 1 993).
11
AS DE ENERGIA SOLAR DEL PERU
dilacin solar difusa:
ilacin que proviene de otras direcciones (distintas a las del
discor) debido a la reflexin y dispersin que producen en la
radiacin r, la atmsfera y las nubes (Hernndez et al., 1 991).iacin
solar procedente de toda la bveda celeste. Est originada la
dispersin de la radiacin en la atmsfera (RISOL, 1 999).
diacin solar reflejada:
cin de la irradiacin solar (directa y difusa) que es reflejada
por la ofici terrestre (RISOL, 1 999).
dilacin solar extraterrestre (Ho):
iacin incidente sobre una superficie horizontal en el tope de la
esfera, que viene a ser el lmite superior de la exsfera (ausencia
total de gases). La irradiacin extraterrestre vara con la latitud y
la a (Hernndez et al., 1 991).
pera turas extremas: mxima y mnima
las temperaturas del aire mxima y mnima alcanzados durante el
medidas entre 1,25 a 2 m por encima del suelo (OMM, 1 996).
nsmisividad atmosfrica ():
Bien conocida como coeficiente de transmisin de la atmsfera. a
medida de la tasa de transferencia de la energa solar que no es
rbida despus que el haz atraviesa la unidad de espesor del medio
sfrico (EUROMET, 2 002).
instrumental de medicin de la irradiacin solar
Mediciones solarimtricas en la superficie terrestre son de la
mayor ortancia e inters para aplicaciones de energa solar y otros
estudios o aquellos relacionados a la variabilidad y cambio
climtico.
1 Principios de las mediciones colorimtricas
Instrumentos, en general, convierten la energa de la radiacin
inci- e en otra forma de energa que puede ser medida ms
conveniente- te (Robinson, 1 966). Dependiendo del principio en el
cual estn dos, los instrumentos pueden ser clasificados como
termales, oelctricos, fotoelctricos, entre otros.
un Tibe et al. (2 000), Habitualmente son utilizados
instrumentos sensor es una termopila que mide la diferencia de
temperatura e dos superficies normalmente pintadas de negro y
blanco e igual- te iluminadas. Una ventaja principal de la
termopila es su despus- informe a las longitudes de onda. Por
ejemplo, el pirmetro Apple elo 8-48 presenta esa caracterstica en
un intervalo de 0,3 a 3 m.
ores basados en la expansin diferencial de un par bimetlico,
pro- da por una diferencia de temperatura entre dos superficies de
color o y blanco, son tambin utilizados en instrumentos
colorimtricos migrafo tipo Robitzch-Fuess). La expansin del sensor
moviliza pluma que registra un valor instantneo de irradiacin
solar.
alimente, para mediciones piranomtricas son utilizadas
fotoclulas ilicio mono cristalino cuyo costo es de 10 a 20 % del
costo de los aumentos que usan termopilas. Su mayor limitacin es la
no unifor- ad de respuesta espectral en una regin relativamente
limitada de iludes de onda en la cual la fotoclula es sensible (0,4
a 1,1 dm con mximo alrededor de los 0,9 m). Cerca del 99 % del
espectro solar xtiende entre 0,27 a 4,7 m, por tanto el intervalo
de sensibilidad de fotoclulas comprende el 66 % de la radiacin.
Fotoclulas y las termopilas realizan mediciones esencialmente
di- ntes. La fotoclula cuenta el nmero de fotones con energa mayor
la diferencia existente entre dos bandas de energa del material con
uales esos fotones interactan (banda de energa prohibida del
sili-
cio). La energa en exceso de los fotones es simplemente disipada
en forma de calor. Una termopila mide potencia por lo tanto, el
momento de primer orden de la distribucin espectral. Esta
diferencia da origen a caractersticas espectrales cualitativamente
diferentes que complican el anlisis de interrelacin entre ambos
tipos de sensores.
Si el espectro solar tuviese siempre la misma distribucin,
bastara la calibracin de estos sensores, debido a que no seran
afectados por su respuesta espectral. Sin embargo, la distribucin
espectral se modifica con la masa de aire y cobertura de nubes. Ese
cambio es muy impor- tante para la componente directa normal de
irradiacin y extremada- mente grande para la irradiacin difusa al
punto que la medicin puede ser afectada por errores del orden de 40
%.
3.2.2 Instrumentos Solari mtricos
Son dos los propsitos fundamentales en el uso de un instrumento:
el primero de ellos es la medicin de la cantidad de energa asociada
con la irradiacin solar sobre un plano de orientacin determinada.
Mien- tras que el segundo, provee informacin acerca de la
distribucin es- pectoral y espacial de esta energa (Robinson, 1
966).
La radiacin solar que llega a la superficie comprende el
espectro visi- ble con longitudes de onda entre 0,4 y 0,7 m, una
parte del ultravioleta entre 0,3 y 0,4 m, y tambin el infrarrojo
entre 0,7 y 5 m. Esta irradiacin solar llega al suelo en dos
formas, como irradiacin solar directa e irradiacin solar difusa, y
ambos tipos de irradiacin constitu- yen la irradiacin solar global
(WMO, 1 981).
Los componentes de la irradiacin solar que estn sujetos a
mediciones para fines meteorolgicos, y que son de uso ms general,
son los si- guiens (OMM, 1 996):
Irradiacin solar directa medida a incidencia normal, Irradiacin
solar global recibida sobre una superficie horizontal, Irradiacin
solar difusa, Irradiacin solar (directa, global y difusa) medidas
en porciones restringidas del espectro.
La clasificacin de los instrumentos est basada en diferentes
criterios. Algunos se cien a criterios de estandarizacin, otros lo
asocian a su grado de calidad.
3.2.2.1 Pirhelimetros
Son instrumentos que miden la irradiacin directa del sol en una
super- ficie perpendicular al rayo solar (WMO, 1 996). En estos
instrumen- tos, el receptor se encuentra protegido de la irradiacin
indirecta y est usualmente ubicado en el fondo de un tubo, por ello
las diferentes for- mas del receptor y del tubo derivan en
diferentes tipos de pirhelimetros.
De acuerdo a la Organizacin Meteorolgica Mundial (OMM), los
pirhelimetros pueden clasificarse en patrones primarios, patrones
secundarios y pirhelimetros de campo.
Un pirhelimetro patrn primario o pirhelimetro absoluto puede
defi- nir la escala de irradiancia total sin recurrir a fuentes o
radiadores de referencia. Estos instrumentos son de una gran
precisin y suelen ser bastante complicados y demasiado costosos
para su uso frecuente, por lo que slo pueden ser mantenidos y
operados por laboratorios especia- lizados. Todos los pirhelimetros
absolutos de diseo moderno usan receptores de cavidad y como
sensores, medidores diferenciales de flujo calorfico calibrados
elctricamente. Esta combinacin provee la ms alta precisin para los
niveles de radiacin encontrados en las me- diciones de irradiacin
solar ( hasta 1 kW /m2) (WMO, 1 996).
Un pirhelimetro patrn secundario es un pirhelimetro absoluto que
no cumple todas las especificaciones o que no est plenamente
caracte- rizado y puede usarse como Patrn secundario si es
calibrado por com- paracin con el Grupo de Normalizacin Mundial
(World Standard
ATLAS DE ENERGIA SOLAR DEL PERU
Group). Pueden a su vez calibrar a otros en unidades absolutas,
por ello son de gran fiabilidad por su precisin y recomendables por
su portabilidad para los diferentes propsitos. Uno de los ms
conocidos es el Pirhelimetro de compensacin ngstrm (Figura 1),
usado para calibrar tanto pirhelimetros como piranmetros, y que
consiste de dos lminas de manganina platinada, oscurecidas con una
capa de negro de humo o con pintura negra mate ptica. Detrs de cada
lmina se acopla un termopar de cobre-constatan para que la
diferencia de temperatura entre las lminas pueda indicarse en un
galvanmetro sen- sible o un micro voltmetro elctrico (WMO, 1
996).
Figura 1. Pirhelimetro de compensacin ngstrm
Los pirhelimetros de campo son usados para registro continuo de
la irradiacin solar y con frecuencia se montan sobre un sistema de
segui- miento automtico. Pueden ser tambin empleados para la
calibracin de los instrumentos de una red (OMM, 1 990).
Generalmente hacen uso de una termopila como detector y tienen un
ngulo ptico que vara desde 2,5 a 5,5 de semingulo de abertura y
entre 1 a 2 de ngulo de inclinacin; stas caractersticas de su diseo
le permiten seguir el des- aplazamiento del sol.
El tipo de uso del pirhelimetro puede dictar la seleccin de un
tipo particular de instrumento. Algunos modelos, como el Actinmetro
Linke Fuessner, son usados principalmente para mediciones
puntuales, mien- tras que otros como los de tipo Apple, Kipp &
Zonen o EKO son dise- ados especficamente para monitoreo de largo
plazo de la irradiancia directa (WMO, 1 996).
En el pirhelimetro Eppley el receptor est hecho de un metal cuya
superficie est parcialmente ennegrecida y parcialmente blanca, aun-
que en algunos casos puede ser completamente negra. Las partes
blan- cas y negras estn aisladas una de la otra, y las termocuplas
dispuestas bajo la superficie receptora tal que las uniones en
contacto termal con la parte negra del receptor son las uniones
calientes, mientras aquellas en contacto termal con la parte blanca
de la superficie receptora son las uniones fras. Como las dos
partes (negra y blanca) de la superficie receptora tienen
diferentes asertividades, se establecer una diferen- cia de
temperatura entre ellas cuando estn expuestas a la irradiacin
(Robinson, 1 966).
Otros de los pirhelimetros de uso bastante extendido es el Kipp
& Zonen. Este instrumento cuenta con una termopila de 40
uniones de manganina-constantn en dos grupos circulares de 20 m
cada una. Uno de esos grupos se encuentra protegido del sol en la
intencin de compensar las fluctuaciones trmicas en el interior del
instrumento. Debido a que no es compensado en las variaciones de la
temperatura ambiente, posee un termmetro incorporado que permite a
partir de su lectura aplicar un factor de correccin en la constante
de calibracin del pirhelimetro, el cual es funcin de dicha
temperatura (Tiba et al., 2 000).
3.2.2.2 Pirmetros
Son instrumentos que miden la irradiacin solar global (directa y
difu- sa) en un plano horizontal. El elemento receptor debe estar
horizontal y libremente expuesto al hemisferio celeste, pero debe
estar protegido de la irradiacin que regresa del suelo y los
alrededores (Robinson, 1 966).
Al encontrarse expuesto a todo tipo de condiciones ambientales,
el pirmetro debe ser robusto en su estructura y resistir la
corrosin del aire hmedo, adems, su elemento receptor debe
encontrarse debida- mente aislado (hermticamente cerrado) por un
domo de vidrio y ser de fcil desmonte para su desecacin, por ello
se recomienda la revisin diaria del instrumento (WMO, 1 996).
Los pirmetros normalmente usan sensores termoelctricos, fotoelc-
tricos, piro elctricos o elementos bimetlicos; sus propiedades en
rela- cin a su grado de precisin y confiabilidad son: sensibilidad,
estable- dad, tiempo de respuesta, respuesta conoidal, respuesta
azimutal, linealidad, respuesta de temperatura y respuesta
espectral (WMO, 1 996).
3.2.2.2.1 Pirmetro fotovoltaico*
Estos solarmetros poseen como elemento sensor una clula
fotovoltaica, generalmente de silicio mono cristalino. Las
fotoclulas tienen la pro- piedad de producir corriente elctrica
cuando son iluminadas, siendo esta corriente, en condiciones de
corto circuito, proporcional a la inten- sidad de radiacin
incidente.
Estos piranmetros han recibido diversas crticas, particularmente
en cuanto a su comportamiento espectral, debido a su selectividad.
Este fenmeno es inherente al sensor y es, en consecuencia,
incorregible. La reflectividad de las clulas fotovoltaicas es
dependiente de la res- puesta con la temperatura y poseen
soluciones plenamente satisfacto- rias. De cualquier forma, su bajo
costo y facilidad de uso los hace par- ticularmente tiles como
instrumentos secundarios. Entre tanto, su uti- lizacin es
recomendada para integraciones diarias de irradiacin solar total
sobre un plano horizontal o para observar pequeas fluctuaciones de
irradiacin debido a su gran sensibilidad y respuesta casi instant-
nea, cerca de 10 segundos.
Para valores diarios, el error en las mediciones de un
piranmetro fotovoltaico est en el orden de 3 %. Ciertos
procedimientos, entre tanto, pueden mejorar algo ms los resultados
a fin de lograr diferen- cias menores de 1 % en las mediciones de
irradiacin diaria, cuando son comparados con piranmetros de
precisin.
3.2.2.2.2 Piranmetro termoelctrico*
El elemento sensible de estos solarmetros es en esencia una pila
termoelctrica constituida por pares termoelctricos (termopares) en
se- rie. Tales termopares generan una tensin elctrica proporcional
a la diferencia de temperatura entre sus uniones, las cuales se
encuentran en contacto trmico con placas metlicas que se calientan
de forma distin- ta cuando estn iluminadas. Por lo tanto, una
diferencia de potencial medida en la salida del instrumento puede
ser relacionada con el nivel de irradiacin.
Dentro de los piranmetros termoelctricos existen esencialmente
dos tipos en uso, siendo ellos:
Piranmetros con un detector pintado de blanco y negro, esto es,
el receptor presenta alternativamente superficies blancas y negras
dis- puestas en coronas circulares concntricas o con otros
formatos, tales como estrellas o cuadrculas. En estos intrumentos,
las unio- nes calientes de termopilas estn en contacto con
superficies ne- gras, altamente absorbentes, y las fras en contacto
con superficies blancas, de gran reflectividad.
* Extrado de Tiba et. al., 2000
13
AS DE ENERGIA SOLAR DEL PERU
Piranmetros con superficie receptora totalmente ennegrecida en
contacto trmico con las uniones calientes y las fras, asociadas a
un bloque de metal de gran conductividad trmica, colocadas en el
interior de un instrumento, resguardadas de la irradiacin solar y
teniendo aproximadamente la temperatura del aire.piranmetros ms
difundidos dentro del tipo Blanco y Negro son: ley 8-48 (Estados
Unidos); Cimel CE-180 (Francia); Star o SHENK M-80M (Rusia). De
stos, el Eppley 8-48 y el CE-180 poseen pensacin por
temperatura.
tro de los piranmetros con superficie receptora totalmente
negra, s usados son el Eppley PSP (Estados Unidos) y el Kipp &
Zonen**-5 y CM-10 (Holanda). Ver Figura 2. Slo el Eppley PSP es
com- ado por temperatura, siendo un instrumento de precisin y
consi- do de primera clase. Todos los dems piranmetros considerados
son de segunda clase.
piranmetros tienen buena precisin, en un rango de 2 a 5 %, de-
iendo del tipo. Tales instrumentos pueden ser usados para medir
iacin a escala diaria, horaria o menor, lo que va a depender ms
programacin del instrumento de adquisicin de datos asociado.
piranmetros en general, poseen buena respuesta espectral, alidad
y uniformidad de respuesta y tiempo de respuesta, mejor que
ctingrafo. Hay una cierta dependencia del factor coseno para gran-
ngulos de incidencia, pero este problema es comn a los otros os
(actingrafo y piranmetro fotovoltaico).
ayor dificultad en el uso del piranmetro termoelctrico es su
ele- costo, adems de requerir un equipo de adquisicin de datos
espe- o.
Figura 2. Piranmetro Kipp & Zonen
2.2.3 Piranmetro de Bellani
rimer instrumento diseado para la determinacin de irradiacin
unglobal fue inventado por Bellani en 1 836 y fue modificado por ry
en 1 926. Este instrumento opera con el principio de destilacin n
lquido como resultado de la absorcin de la irradiacin incidente
inson, 1 966).
importante mejora del piranmetro Bellani fue introducida por el
sikalish-Meteorologisches Observatorium, Davos-Plaez, Suiza binson,
1 966). Este piranmetro (modelo suizo) est constituido dos esferas
concntricas unidas a una bureta vertical graduada has- cm. La
esfera externa es de vidrio y la interna de cobre pintado der
plomo. La bureta est unida con la esfera de cobre mediante un
capilar de forma tal que constituyen un reservorio interno para el
ento sensible, que en este caso es alcohol etlico puro. Al incidir
la iacin solar (directa, difusa y reflejada), la esfera de cobre
aumen- temperatura, parte del alcohol se evapora y vuelve a
condensarse largo de la bureta que se encuentra a menor
temperatura. La canti- de alcohol acumulada en un tiempo
determinado es directamente cionada con la irradiacin total
interceptada en onda corta por la ra de cobre.
ctualmente estn disponibles los modelos CM-11 y CM-21
Este instrumento no es un piranmetro en el estricto sentido de
la defi- nicin establecida porque la superficie receptora es
esfrica y no plana. Ver Figura 3.
Figura 3. Piranmetro de Bellani
3.2.2.2.4 Medicin de la Irradiacin solar difusa
Se realiza utilizando el piranmetro sobre un plano horizontal y
prove- yendo al instrumento de una serie recursos mviles o fijos
para evitar que la irradiacin directa alcance al receptor. El tipo
movible consiste de un pequeo disco impulsado por un montaje
ecuatorial que va ha- ciendo una sombra bien definida sobre el
receptor. El tipo fijo consiste de un anillo o armadura que sombrea
al receptor, ste le confiere estabi- lidad y no requiere supervisin
pero deben introducirse correcciones por la prdida de irradiacin
difusa debido a los bordes del anillo, cl- culos que no son simples
para das claros y son mucho ms complica- dos para das nublados
(Robinson, 1 966).
3.2.2.3 Actingrafo
Conocido tambin como pirangrafo bimetlico de Robitzch; fue dise-
ado originalmente por Robitzch en 1 915 y es similar a un termgrafo
(Robinson, 1 966). Ver Figura 4. El elemento sensible est
constitui- do por un receptor con tres lminas bimetlicas situadas
en un mismo plano horizontal y de las mismas dimensiones (WMO, 1
981). La l- mina central (ennegrecida) se expande mucho ms que las
lminas late- rales (blancas) al ser calentadas por la irradiacin
incidente, siendo pro- porcional a la energa recibida (Tiba et al.,
2 000). Las lminas exterio- res estn fijas en un mismo soporte y la
lmina central est libre y los movimientos que ella puede efectuar
los trasmite por medio de una varilla metlica conectada a un
sistema de palancas, capaz de amplifi- car y graficar en una carta
cualquier alteracin en longitud del elemento sensible; la banda a
su vez, est adosada a un cilindro que gira mediante un mecanismo de
relojera. Las bandas pueden ser diarias, semanales y mensuales. El
rea de la curva de irradiacin debe ser cuantificada para evaluar la
irradiacin total registrada. Este instrumento no es recomen- dado
en lecturas instantneas ya que tiene un coeficiente de retardo de
10 a 15 minutos para alcanzar una respuesta del orden de 98 % en
pti- mas condiciones de calibracin y operacin. Las caractersticas
del instrumento, incluyendo la cuantificacin del rea de la curva,
llevan a errores de 15 a 20 %. As mismo, con una calibracin
mensual, esos errores no son inferiores a los 5 a 10 %, siendo
considerado un instru- mento de tercera clase (Tiba et al., 2 000;
WMO, 1 981). El elemento sensible est protegido de la inclemencia
del tiempo por una cpula de vidrio.
Figura 4.Actingrafo o piranmetro bimetlico de Robitzch
ATLAS DE ENERGIA SOLAR DEL PERU
3.2.2.4 Heligrafo
Este instrumento fue inventado en Inglaterra por Campbell en 1
853 y fue modificado por Stokes en 1 879. Es un instrumento que
mide la cantidad de horas de sol (total en horas y dcimos) durante
el da en un lugar determinado. Ver Figura 5.
Figura 5.Heligrafo Campbell-Stokes
Es esencialmente una esfera de vidrio slido pulido con un eje
montado paralelo al de la tierra; es necesario orientar el plano
vertical que pasa por el eje, e inclinar un ngulo igual a la
latitud del lugar. La esfera acta como un lente y la imagen
focalizada se mueve a lo largo de una banda de papel especialmente
preparada que tiene una escala de tiempo (Robinson, 1 966). La
quemadura de la banda ocurre cuando la irradia- cin solar directa
supera un lmite variable de 120 a 210 W/m2 (WMO, 1 992), que
depende de la ubicacin (turbidez atmosfrica, altitud, hu- medad
atmosfrica), el clima, el tipo de banda de registro utilizada y los
mtodos de anlisis (WMO, 1 981).
Mediante el uso de correlaciones simples, con coeficientes
apropiados, las series histricas de insolacin pueden ser utilizadas
para estimar irradiacin solar diaria, media mensual o anual, con
errores mnimos del orden de 10 % (Tiba et al., 2 000).
3.2.3 Estandarizacin de instrumentos solarimtricos
3.2.3.1 Interoperacin de Pirhelimetros
De acuerdo a la Organizacin Meteorolgica Mundial (WMO, 1 996),
todos los pirhelimetros no absolutos deben ser calibrados por
compa- racin con un pirhelimetro absoluto, usando como fuente el
sol. Para esto existe un factor determinado por comparacin con el
Grupo de Normalizacin Mundial (World Standard Group). Luego de
realizadas las comparaciones, un pirhelimetro puede ser usado como
un patrn primario para calibrar, de nuevo por comparacin,
pirhelimetros pa- trones secundarios y de campo. A su vez, los
pirhelimetros patrones secundarios pueden calibrar a los
pirhelimetros de campo. Para la calibracin de pirhelimetros
patrones primarios y secundarios se sue- le considerar un perodo de
5 aos, pero para los de campo de 1 a 2 aos, variando en funcin a la
frecuencia de uso del instrumento.
3.2.3.2 Calibracin de Piranmetros
Consiste en la determinacin de su factor de calibracin y la
dependen- cia de ste a las condiciones ambientales, tales como:
temperatura, ni- vel de irradiancia, distribucin espectral de
irradiancia, variacin tem- poral, distribucin angular de
irradiancia, inclinacin del instrumento (WMO, 1 996).
La Organizacin Meteorolgica Mundial refiere que existen varias
metodologas para calibrar un piranmetro usando como fuente el sol o
los recursos del laboratorio. Estos mtodos son:
1) Por comparacin con un pirhelimetro patrn para la irradiacin
solar directa y un piranmetro sombreado para la irradiacin difu-
sa.
2) Por comparacin con un pirhelimetro patrn, utilizando el sol
como fuente, con un disco de sombreado removible para el
piranmetro.3) Por comparacin con un piranmetro patrn, utilizando el
sol como fuente, o bajo otras condiciones naturales de exposicin
(por ejem- plo, un cielo nublado uniforme).4) En el laboratorio,
sobre un banco ptico con una fuente artificial bien con incidencia
normal o con cierto azimut y altura especificados, por comparacin
con un pirmetro similar previamente calibrado al aire libre.5) En
el laboratorio, con la ayuda de una cmara de integracin que simule
la irradiacin difusa, por comparacin con un tipo similar de
piranmetro previamente calibrado al aire libre.Es necesario
especificar bajo qu condiciones ambientales se ha efectuado la
prueba de calibracin y qu mtodo se ha utilizado.
3.2.4 Instrumental de temperaturas extremas
El instrumental especfico para la medicin de la temperatura es
el ter- mmetro. Existen varios tipos de termmetros que se
diferencian en el elemento sensible y por ende en el grado de
precisin, as como adapta- ciones para fines especficos. Dentro de
los diferentes tipos de term- metros encontramos los termmetros de
mximas y mnimas que estn destinados a registrar las temperaturas
mxima y mnima en el da. Ver Figura 6.
3.2.4.1 Termmetro de mxima:
Est construido en forma similar a la de los termmetros
corrientes de mercurio y cristal, salvo que existe un
estrangulamiento o estrecha- miento en la luz del tubo,
inmediatamente por encima de la ampolla. Al dilatarse, el mercurio
se ve forzado a atravesar ese estrechamiento, pero al contraerse
por enfriamiento la delgada columna de mercurio que queda por
encima del estrechamiento se separa del mercurio de la ampolla, con
lo que queda registrada la temperatura mxima (Fuess, 1 992).
3.2.4.2 Termmetro de mnima:
Est constituido por un tubo lleno de alcohol en el que est
sumergido un ndice. Al contraerse el alcohol, el ndice es
arrastrado por adheren- cia en direccin a la ampolla y queda fijo
sealando la temperatura mnima alcanzada (Fuess, 1 992).
Figura 6. Termmetro de mxima (superior), termmetro de mnima
(inferior)
15
AS DE ENERGIA SOLAR DEL PERU
FORMACIN METEOROLGICA Y RTOGRFICA UTILIZADA
Red de medicin de la irradiacin solar
ed de medicin de irradiacin solar del SENAMHI est compuesta
staciones con piranmetros, instrumentos de precisin que regis-
directamente la irradiacin solar; actingrafos, que son instrumen-
egistradores no tan precisos pero que brindan un valor aproximado
radiacin solar; y con heligrafos, instrumentos con los que se es-
de forma indirecta la irradiacin solar a travs de las horas de cin
del brillo solar. Se cuenta tambin con estaciones meteorol- s
automticas, las cuales son parte del programa sostenido de me- ones
de irradiacin solar y cuyos datos han sido utilizados para la dacin
de los datos histricos existentes, as como para el levanta- nto de
datos en lugares crticos sin informacin histrica.
l presente estudio, para los procesos de calibracin de los
mtodos tiliz una red de 10 estaciones con registros piranomtricos y
se zaron 5 estaciones con registros actinogrficos distribuida en
todo rritorio peruano abarcando las tres regiones (costa, sierra y
selva).
datos de piranmetros y parte de los de actingrafos se
encontraron strados en planillas y fueron digitados directamente,
mientras que gran parte de la informacin se encontraba en bandas
actinogrficas. s registros grficos de actingrafos son
particularmente exigentes tediosa lectura manual, por lo que se
elabor un software especfi- ara su procesamiento y lectura
semi-automtica.
bicacin, rcord de datos y tipo de instrumento de medicin de las
ciones meteorolgicas que conforman la red de estaciones de irra- in
solar se presenta en la tabla 1, mientras que un resumen de las
cipales variables climatolgicas de las mismas se presenta en la a
2.
a 1. Ubicacin geogrfica, rcord histrico y tipo de instrumento de
medicin de irradiacin solar en las estaciones base.
a 2. Valores de las principales variables climticas de las
estaciones base
La red de estaciones con heligrafos son de mayor nmero y cuentan
con un buen perodo de registro de datos que son utilizados para
exten- der informacin de irradiacin solar.
Adems, la red de estaciones climatlogicas es bastante ms densa
que las anteriores, y en la gran mayora cuenta con los datos de
temperatu- ras extremas y precipitacin.
4.2 Red de estaciones meteorolgicas
Para el presente estudio, se utilizaron un total de 197
estaciones meteo- rolgicas incluidas las 15 estaciones base
sealadas en el punto ante- rior. El perodo seleccionado para la
cuantificacin y tabulacin de los datos meteorolgicos de las
estaciones utilizadas y elaboracin de los mapas, fue de 1 975 a 1
990. La densidad y distribucin espacial de estas estaciones se
encuentra en el mapa 1. La ubicacin y rcord histrico de estas
estaciones se presenta en el anexo 3. Las tablas y grficos de los
resmenes mensuales de las principales variables me- teorolgicas
utilizadas para el presente trabajo se encuentran en los anexos 4,
5 y 6.
4.3 Sistema de informacin geogrfica
Para la elaboracin de los mapas de energa solar se utilizaron
los siste- mas de informacin geogrfica (SIG). La base cartogrfica
utilizada fueron 500 cartas nacionales provenientes del Instituto
Geogrfico Na- cional (IGN) a una escala de 1:100 000. La
delimitacin departamental fue obtenida del mapa Per digital.
La base de datos cartogrfica fue elaborada con curvas de nivel
cada 200 metros, red hdrica hasta el sexto orden, fuentes de agua y
lmites nacionales e internacionales para todo el territorio
peruano, el mismo que sirvi para la elaboracin del modelo digital
de elevacin (DEM) que se incorpor en el modelo de interpolacin para
la obtencin de los mapas finales de energa solar para todo el
territorio.
5. PROCESAMIENTO Y CONTROL DE CALIDAD DE LA INFORMACIN
5.1 Recopilacin, digitacin y control de calidad de los datos
Se identificaron las fuentes de datos y su disponibilidad,
seguido de la digitacin de toda la informacin meteorolgica
requerida, previa eva- luacin para el caso de las planillas de
datos de irradiacin solar.
El proceso de control de calidad estuvo dirigido a mantener el
ms alto nivel en la calidad de los datos de cada estacin, y en
particular de los de irradiacin solar, a los que se les aplic un
procedimiento de anlisis de consistencia detallado.
5.1.1 Digitacin y control de calidad de los datos
a. Digitacin y control de calidad de registros de irradiacin
solar: Basados en el Inventario nacional con informacin de energas
reno- vables del ao 2 000 (SENAMHI, 2 000), se seleccion las
estaciones de la red nacional con datos de irradiacin solar y se
obtuvo toda la informacin disponible del Archivo tcnico. Luego de
revisar cuida- dosamente las planillas de energa solar, se
remitieron para su digitacin guardndose en formato de hoja de
clculo para facilitar su manipula- cin posterior. El control de
calidad se inicia con la verificacin de la informacin desde
planillas y culmina con el contraste de la informa- cin de
irradiacin solar global y las variables meteorolgicas, justifi-
cando fsicamente cada uno de los registros (consistencia
interna).
b. Digitacin y control de calidad de informacin meteorolgica: La
informacin registrada en las planillas climatolgicas fue digitada y
se encuentra en una base de datos. Asimismo, la Oficina General de
Estadstica e Informtica realiz un proceso de control de calidad que
analiz los valores inconsistentes para su correccin o eliminacin;
en este caso, se utiliz directamente los archivos con la informacin
pro- cesada.
ATLAS DE ENERGIA SOLAR DEL PERU
5.1.2 Anlisis de consistencia de datos de irradiacin solar.
a. Control horario de la informacin de irradiacin solar: El
anli- sis fue grfico y se utiliz como referencia la irradiacin
solar horaria en el tope de la atmsfera (desde las 6 horas hasta
las 19 horas), la cual se estim para cada una de las estaciones. En
este proceso se requiri de las planillas climatolgicas,
contrastando el dato de irradiacin con las condiciones de tiempo:
datos de nubosidad, horas de sol, tempera- turas en horas
sinpticas, temperaturas extremas, evaporacin y preci- pitacin. Las
conclusiones del anlisis permitieron detectar los datos
inconsistentes que se eliminaron de las series.
b. Control de la variabilidad estacional: Se calcularon los
totales diarios de irradiacin solar y se analiz en la serie de
tiempo: estacionalidad, saltos, tendencias, variabilidad. El
anlisis de la serie de datos de irradiacin solar se hizo
independientemente al de las series de las dems variables
meteorolgicas.
c. Anlisis de dispersin de datos: Con los totales diarios de
irradia- cin calculados anteriormente y teniendo en cuenta que
existe una gran relacin entre la energa que llega a la superficie y
la cobertura nubosa, se procedi al anlisis de los datos mediante
grficos de dispersin res- pecto a dos variables muy relacionadas
con la claridad del cielo: heliofana y rango trmico, cuya relacin
es inversamente proporcional a la cobertura nubosa y directamente
proporcional a la cantidad de ener- ga que llega a la superficie.
Basados en ello, se detect datos que podan considerarse dudosos
verificando su valor en planillas o con las dems condiciones de
tiempo para luego determinar su validez.
Al concluir con todo el proceso se encontraron errores de
diversas fuentes los que se procedieron a corregir o eliminar.
Respecto a los errores admisibles en los datos de irradiacin
global medidos se puede considerar que con fines de evaluacin de la
energa solar se aceptan errores entre 10 y 15%, en tanto que la
exactitud reque- rida en la estimacin de los datos de irradiacin
est en el orden del 20% (Wardle, 1 998).
5.2 Modelo digital de elevacin (DEM)
Despus de la digitalizacin de 500 cartas nacionales con las
curvas de nivel cada 200 metros, se procedi al empalme de las
mismas, todo en formato vectorial. Luego de realizar el anlisis de
consistencia espa- cial de los valores vectoriales, se procedi a
producir el modelo digital de elevacin (DEM) en formato raster con
tamao de pxel de 500 x 500 metros. Posteriormente se produjeron los
mapas de pendientes y de aspecto (ngulo azimutal) derivados del DEM
a la misma resolucin para su uso en el modelo.
6. MODELOS DE ESTIMACIN DE LA IRRADIACIN SOLAR
6.1 Modelo ngstrm-Prescott
El modelo de ngstrm-Prescott es el modelo ms frecuentemente
usado para estimar la irradiacin solar relativa (H/Ho) basado en
las horas de sol relativas (n/N). Esta ecuacin fue sugerida por
Prescott (1 940) como una modificacin del modelo de ngstrm
propuesto en 1 924. Esta ecuacin est dada por:
Para el presente trabajo se utiliz la informacin a nivel diario
de las estaciones de base con instrumentacin piranomtrica y
actinomtrica. Se hicieron los clculos respectivos de Ho y N y se
procedi a estimar los valores de los coeficientes empricos para
cada una de las estacio- nes, los cuales se presentan en la tabla
3.
Estos valores muestran una alta variacin en cuanto a su
distribucin espacial, incluso dentro de las regiones determinadas
por Garca (1 994). Las relaciones entre la heliofana relativa (n/N)
y los coeficientes emp- ricos de los valores obtenidos en el
presente estudio, no son tan claros como los encontrados por Frre
et al. (1975). Esto imposibilita el uso de slo un par de
coeficientes empricos para todo el pas como lo su- giere Frere et
al. (1975), especialmente en aquellas reas como el Per que poseen
una gran diversidad de ambientes ecolgicos. Kadono (1 972), trabaj
con 9 estaciones base con datos de irradiacin solar y heliofana a
nivel de valores medios mensuales, con un periodo de en- tre 1 y 4
aos de datos, obteniendo valores de coeficientes para distin- tas
regiones. El estudio utiliz la clasificacin climtica de W. Kppen
aplicada para el Per por el Instituto Geogrfico Militar (1 970)
para determinar las zonas de extrapolacin de los coeficientes
encontrados. Cabe mencionar que los coeficientes encontrados en el
estudio de Kadono (1 972) para las localidades de Puno y Pampa de
Majes no son adecuados debido a que los valores presentados no
concuerdan con la explicacin fisica del modelo utilizado, sobre
todo en el coeficiente a con valores cercanos o menores a cero.
Martnez-Lozano et al. (1 984) hace una recopilacin de muchos
trabajos publicados al respecto, men- cionando adems algunas
relaciones propuestas entre estos coeficien- tes y la latitud,
altitud, albedo, altitud media del sol, contaminacin natural y/o
artificial as como del contenido de vapor de agua de la atmsfera.
Luego de intentar adecuar algunas de estas ecuaciones a los valores
obtenidos en Per, encontramos que ninguno de ellos se aplica- ba
para nuestras condiciones (Baigorria et. al., 2 003a). Sin embargo,
existe una tendencia que muestra el efecto de los controladores
climticos como son la Zona de Convergencia Intertropical (ZCIT) y
los anticiclones del Pacfico sur y del Atlntico sur, as como la
presencia de montaas y corrientes marinas sobre la distribucin
espacial de la irradiacin solar. Los efectos son bsicamente
relacionados a la ausen- cia o presencia de nubosidad debido a
estos controladores, lo que influ- ye grandemente en el coeficiente
de transmisividad de la atmsfera.
Tabla 3: Valores de los coeficientes del modelo ngstrm-Prescott
por estacin, nmero de datos utilizado y error promedio. (Baigorria
et. al., 2 003a)
H a b n H o N
(1)
EstacinmeteorolgicaabNmerode datosError(%)
Costa
Miraflores0,3550,3923 681-2,4
A. Von Humboldt0,2110,46712 18612,9
San Camilo0,3210,4682 241-0,4
La Joya0,5930,1817 5342,8
Sierra
Bambamarca0,3220,3362 6976,6
Weberbauer0,2310,5211 859-2,7
Cosmos0,3200,3849297,4
Huayao0,3970,3796 2852,2
Granja Kcayra0,3760,3642 1993,4
Chuquibambilla0,3950,3841 892-2,1
Puno0,3780,4382 8059,2
Characato-La Pampilla0,3670,3961 22010,7
Selva
San Ramon SM0,3010,3772 7426,6
El Porvenir0,2780,3201 6137,0
Bellavista0,3550,3417145,9
Donde H es la irradiacin solar medida en superficie, Ho es la
irradia- cin solar en el tope de la atmsfera, n son las horas de
sol efectivas o heliofana y N es la duracin astronmica del da para
una fecha del ao y latitud especficos. Los coeficientes empricos a
y b tienen un signifi- cado fsico, donde a+b representa el valor
mximo de la transmisividad de la atmsfera () mientras que el
coeficiente a representa el mnimo valor de
6.2 Modelo Bristow-Campbell
De acuerdo a Bristow-Campbell (1 984) la diferencia entre las
tempe- raturas mxima y mnima en un da determinado, depende de la
rela- cin de Bowen, esto es, la relacin entre el calor sensible y
el calor latente. El calor sensible depende de la irradiacin solar
y es responsa- ble de las temperaturas mximas. Durante la noche, el
calor sensible es perdido hacia el espacio como radiacin en onda
larga, disminuyendo
17
AS DE ENERGIA SOLAR DEL PERU
a temperatura del aire hasta su valor mnimo, valor que normal-
te se alcanza antes del amanecer. Esta explicacin fsica justifica
cho del uso de modelos para estimar la irradiacin solar en funcin
temperatura, pero con la ventaja de una gran red de estaciones que
zan este tipo de mediciones.
tro de los modelos existentes, Baigorria et al. (2 003a)
llegaron a la clusin que el modelo Bristow-Campbell era el que
mejor se uaba a las condiciones de Per. Este modelo sugiere la
estimacin transmisividad o irradiacin solar relativa (H/Ho) en
funcin de la rencia entre las temperaturas mxima y mnimas (T,
C):
ca la disminucin de los valores de DT generando valores que no
son representativos en la produccin de una ecuacin de aplicacin
gene- ral. Finalmente, la informacin procedente de esta estacin
para deter- minar las ecuaciones (3) y (4) fue eliminada.
La Figura 7 muestra los valores comparativos observados versus
esti- mados de ambos coeficientes de Bristow-Campbell as como la
rela- cin entre ambos coeficientes.
H
H a 1 expb T CB
(2)
B Bo
-1
ste caso, los valores empricos (aB, bB y cB) tienen tambin un
sig- ado fsico; aB representa el mximo valor de que es
caracterstico ada rea de estudio y adems depende de la contaminacin
atmos- a y de la altitud; bB (C ) y cB determinan el efecto del
incremento T sobre la mxima de la atmsfera (Mesa y Varas, 2
000).
abla 4 muestra los valores de los coeficientes del modelo
Bristow- pbell encontrados para cada estacin as como su error
promedio. ecesario recalcar que el valor del coeficiente aB
corresponde a la atoria de los coeficientes a y b encontrados para
el modelo strm-Prescott mostrados en la tabla 3 debido a que tienen
exacta- te el mismo significado fsico.
la 4: Valores de los coeficientes del modelo Bristow-Campbell
estacin, nmero de datos y error promediogorria et. al., 2 003a)
e
ido a que los valores absolutos y las diferencias entre las
tempera- s mximas y mnimas son fuertemente influenciadas por la
topo- a, latitud () y altitud, entre otros factores (Baigorria et
al., 2 001), oeficientes bB y cB propuestos pueden ser aplicados
slo en reas similares condiciones de rgimen trmico. Esto hace
inadecuada aplicacin directa del modelo en reas donde no existe
este requisi- Es por esto que se desarrollaron algunas ecuaciones
empricas para rminar el valor de estos dos coeficientes (Baigorria
et. al., 2 003a).
B B
Figura 7: Relaciones entre valores observados y estimados para
los coeficientes b y c del modelo Bristow-Campbell, y la relacin
entre ambos. (Baigorria et. al., 2 003a)
6.3 Modelo de interpolacin
6.3.1 Insumos del modelo
a. Coberturas SIG: El modelo utiliza las coberturas
correspondientes al modelo digital de elevacin (DEM), el mapa
digital de pendientes y
cB 2,116 0,072T 57,574exp
B
B
b 0,107 c2,6485
(3)
(4)
el mapa digital de aspecto, todos ellos en formato raster.
Para el presente trabajo, debido al gran tamao de las coberturas
antes mencionadas, y con el propsito de introducir en las
simulaciones el mayor nmero de factores que influencian la variacin
espacial de la
l proceso de validacin de estas ecuaciones se hallaron altos
valo- esiduales para la localidad de Puno. Esta estacin se
encuentra a as del lago Titicaca, el mismo que cubre una superficie
de 8 300 Esto produce un gran efecto de termorregulacin en toda el
rea, ndo que los valores de temperatura mnima sean extremadamente s
como corresponde en zonas de gran altura. Esto a su vez, provo-
irradiacin solar en Per, se seleccionaron 8 zonas homogneas de
si- mulacin. Entre zonas es importante mencionar la existencia de
reas de traslape las que fueron simuladas bajo las condiciones de
cada zona de tal manera que sirvieran como reas de interfase para
el empalme final. Las reas de cada zona de simulacin se encuentran
en la figura 8 y las ubicaciones geogrficas en la tabla 5.
ATLAS DE ENERGIA SOLAR DEL PERU
Tabla 5: Coordenadas de las zonas de simulacin establecidas
ZonaLatitud ()Longitud ()
mximamnimamximamnima
ICosta Norte-3,35-9,69-78,27-81,44
IISierra Norte-4,46-8,32-76,80-79,55
IIISelva Norte0,01-8,32-69,89-78,77
IVSierra Central-7,89-13,82-74,45-79,22
VSelva Sur-7,41-13,82-68,55-76,87
VICosta Central-10,18-16,00-74,12-77,98
VIISierra Sur-12,05-18,38-68,54-75,99
VIIICosta Sur-15,00-18,38-68,54-74,48
Figura 8: Zonas de simulacin
b. Informacin de estaciones meteorolgicas: Despus de la adquisi-
cin y control de calidad de los datos meteorolgicos y utilizando el
programa Weatherman (Tsuji et al., 1 998), que tambien verifica
erro- res en los datos, se procedi a la generacin de los archivos
de datos climticos, los cuales contienen los valores promedio
mensuales multianuales de irradiacin solar, horas de sol,
temperatura mxima y, temperatura mnima. Tambin se procedi a generar
los archivos con promedios mensuales de estas mismas variables,
pero a nivel anual, es decir, 16 archivos por cada estacin
meteorolgica correspondiente al perodo de estudio.
6.3.2 Fundamento terico
El modelo de interpolacin est basado en la estimacin de la
distribu- cin espacial y temporal de las temperaturas mximas y
mnimas para que stas a su vez sirvan de entrada al modelo de
Bristow-Campbell previamente explicado (6.2).
El modelo basado en procesos para interpolar temperaturas mximas
y mnimas (Baigorria y Bowen, 2 000a; Baigorria et al., 2 000b;
Baigorria et al., 2 003b) fue desarrollado para territorios
complejos de montaa donde las variaciones microclimticas son muy
grandes y donde los mtodos tradicionales de interpolacin
geoestadstica tienen muchos problemas debido a la escasa densidad
de informacin, siendo incapa- ces de representar las variaciones
reales existentes en esta regin (Baigorria et al., 2 001).
rad
rad
Muchos procesos en la atmsfera dependen del flujo neto de
radiacin a nivel de la superficie ( F sfc ) resultado del balance
de los flujos de irradiacin solar (onda corta) y la radiacin
terrestre (onda larga) (Peixoto y Oort, 1 992). Los procesos
diarios de calentamiento y enfriamiento dependen de este balance,
el cual se hace negativo en las noches y po- sitivo durante el da,
lo que hace que F sfc sea cero dos veces durante el da, que es
cuando las temperaturas extremas ocurren.
Estimaciones del balance de radiacin en ondas corta y larga son
posibles de hacer en estaciones meteorolgicas donde se estiman
directa o indirecta- mente. La irradiacin directa y difusa (ambas
en onda corta) son medidas por piranmetros, y considerando los
caractersticas de la superficie (albedo), se puede estimar la
irradiacin neta en onda corta. Para la estimacin de la radiacin
terrestre en onda larga se utiliza la ecuacin de Stefan-Boltzmann,
la cual relaciona las temperaturas del cuerpo emisor con la
radiacin que este produce.
Algunos problemas aparecen al momento de estimar la irradiacin
at- mosfrica (onda larga), ya que depende de ms de un factor y no
se dispone de datos medidos o estimados de esta variable. Este
trmino del balance es entonces estimado por simple diferencia para
los mo- mentos en los que las temperaturas extremas ocurren.
Teniendo todos los componentes del balance de radiacin para cada
estacin meteoro- lgica, es posible encontrar el coeficiente de
transmisividad de la at- msfera (). Estos valores de son utilizados
para generar algoritmos que relacionan estas variables con las
variables espaciales. Estos algoritmos son utilizados
posteriormente para estimar las temperaturas mximas y mnimas para
cada celda dentro de la grilla en un rea de estudio determinada. La
agregacin de todas estas clulas o pxeles dan como resultado un mapa
de estas variables (Baigorria et al., 2 003b). Estos mapas a su vez
sirven como insumos (inputs) espaciales para la aplicacin del
modelo Bristow-Campbell, tambin a nivel espacial, el cual fue
previamente calibrado y validado para el Per (Baigorria et al., 2
003a).
6.3.3 Modelo digital de elevacin (DEM)
El modelo digital de elevacin de todo el territorio es la mejor
aproxi- macin realizada en el Per. Los mapas 2, 3 y 4 muestran el
modelo digital de elevacin (DEM), mapa de pendientes y de aspecto,
respecti- vamente. Si bien es cierto, stos slo constituyen un
producto secunda- rio dentro del proyecto, corresponden sin
embargo, al mayor esfuerzo realizado en el pas en este sentido y
constituyen un gran logro no slo para SENAMHI sino tambin para
todas las instituciones relacionadas con el quehacer nacional y que
hacen uso de este tipo de informacin de tan alta calidad.
6.3.4 Simulacin
Se simularon por separado las 8 zonas para cada uno de los aos
com- prendidos entre 1 975 y 1 990 (16 aos de simulacin). Para cada
zona, se utilizaron los coeficientes aB del modelo Bristow-Campbell
de la estacin ms representativa de cada zona. Los coeficientes bB y
cB fue- ron estimados automticamente con el modelo utilizando las
ecuaciones(3) y (4) que se muestran en la seccin 6.2 de Modelos de
estimacin de irradiacin solar.
Utilizando software de SIG se procedi a promediar los 16 aos
simu- lados produciendo un mapa digital promedio por cada zona.
Luego se empalmaron las 8 zonas digitalmente, produciendo un mapa
digital para todo el territorio peruano. Este procedimiento se
realiz a nivel men- sual, por lo que finalmente se obtuvieron los
12 mapas mensuales para todo el Per. Para producir el mapa digital
promedio anual de energa solar se procedi a calcular la media
aritmtica de estos mapas mensua- les. De igual manera, utilizando
los mismos mapas digitales, se gener el mapa digital de desviacin
estndar.
19
AS DE ENERGIA SOLAR DEL PERU
ISTRIBUCIN ESPACIAL Y TEMPORAL DE LA ENERGA LAR INCIDENTE DIARIA
EN EL PER
l Per, las condiciones orogrficas, climticas y oceanogrficas, e
otras, determinan la existencia de tres grandes regiones naturales:
a, Sierra y Selva. La Costa es la regin limitada por el Ocano fico
y las laderas andinas por debajo de los 2 000 msnm. La Sierra regin
de la Cordillera de los Andes, caracterizada por la presencia
umbres y montaas con alturas de 6 768 msnm. La Selva es la re-
formada por dos zonas, el bosque tropical amaznico o selva baja s
pendientes y valles al este de los Andes bajo los 2 000 msnm cido
como selva alta (Cceres et al., 1 984) .
Distribucin anual
vel anual, la zona de mayor potencial de energa solar del
territorio ano se encuentra principalmente en la costa sur (16 a 18
S), don- e dispone de 6,0 a 6,5 kW h/m2. Otras zonas en las que se
registra disponibilidad de energa solar diaria, entre 5,5 a 6,0 kW
h/m2 son sta norte (3 a 8 S) y gran parte de la sierra sobre los 2
500 msnm, do en orden de importancia en cuanto a su extensin
superficial: la a sur, la sierra central y la sierra norte.
ona de bajos valores de energa solar en el territorio es la
selva, de se registran valores de 4,5 a 5,0 kW h/m2 con una zona de
mni- valores en el extremo norte cerca del ecuador ( 0 a 2 S).
ismo, es importante acotar que la mayor variacin anual (desvia-
estndar) de los valores de energa solar recibida en la superficie
en la costa sur, seguido en orden de magnitud por la costa central,
a norte, costa norte y sierra sur. Las zonas de menor variacin l
son la selva central y sur, la sierra central y parte de la sierra
e.
Distribucin estacional
xplicar la distribucin de la energa solar en el territorio
peruano mos tener en cuenta diversos factores que controlan el
clima, tales o: la cordillera de los Andes, que configura la
orografa del territo- eruano; el Anticicln del Pacfico Sur (APS),
que produce gran bilidad atmosfrica por la presencia de movimientos
verticales endentes en la tropsfera media; el Anticicln del
Atlntico Sur S), que provee de humedad , y alimenta a los vientos
Alisios del este; la Corriente Fra Peruana en el Ocano Pacfico, que
refuerza tabilidad en la atmsfera; la Corriente Clida Ecuatorial
(Corrien- l Nio), que inestabiliza la atmsfera en la costa norte en
los me- e verano; la Zona de Convergencia Intertropical (ZCIT), que
gene- uy activos sistemas nubosos; la Alta de Bolivia que se asocia
a mas convectivos que suelen afectar mayormente la sierra y selva e
y central del Per.
ante el verano austral (diciembre a marzo) el sol se encuentra
irra- do el hemisferio sur con mayor intensidad, sin embargo, este
hecho e traduce en los mapas, especialmente en la parte norte y
central de erra y selva (0 a 10 S y 70 a 79 W), las mismas que
presentan res relativamente bajos de energa solar, no obstante la
considera- altitud de las zonas montaosas que determinan una menor
absor- de la irradiacin al atravesar un menor espesor atmosfrico.
Esto ebe a la interaccin de los principales controladores climticos
ta- omo el Sistema de Alta presin del Ocano Pacfico Sur (APS), el
ema de Alta presin del Atlntico Sur (AAS); la ZCIT muy activa ste
hemisferio en estos meses, la Alta de Bolivia y la Cordillera de
Andes, determinan la llegada y/o formacin en el territorio peruano
stemas nubosos que originan las lluvias en esta poca (poca llu- a),
lo que genera una sustancial disminucin de la transmisividad sfrica
sobre toda esta regin.
nte el invierno la energa solar recibida disminuye en general en
todo el torio debido a que el sol se encuentra irradiando ms
intensamente el isferio norte (solsticio de invierno). Este efecto
estacional se puede ciar claramente en el comportamiento de la
irradiacin solar extrate- re (Anexo 7).
rimavera, el sol inicia su retorno en su marcha aparente hacia
el hemis-
ferio sur, determinando disminucin de la humedad atmosfrica en
este he- misferio debido a que la ZCIT est situada en el hemisferio
norte. Esto pro- voca la ausencia de nubosidad y de lluvias
(condiciones de estiaje o estacin seca) en la sierra norte y
central por lo que la transmisividad de la atmsfera alcanza sus
mximos valores, registrndose consecuentemente los valores ms altos
de energa solar diaria recibida en esta regin (noviembre). Asi-
mismo, la regin de selva alcanza tambin sus mayores valores en este
mes, especialmente la selva norte.
La sierra sur y parte de la sierra central muestran altos
valores de ener- ga solar, presentndose los mximos a fines de
primavera y durante el verano, lo cual se debe a que se encuentra
menos influenciada por los controladores climticos que generan los
sistemas nubosos como son la ZCIT y la Alta de Bolivia. La ZCIT
tiene mayor dominio e influen- cia sobre la sierra norte y central
del territorio peruano, mientras que la Alta de Bolivia, ejerce
mayor influencia sobre la sierra central y sierra sur, originando y
manteniendo la conveccin diurna y la humedad at- mosfrica en
niveles medios en los flancos occidentales de los Andes, pudiendo
incluso ser realimentada la conveccin entre los 5 y 8 S a lo largo
de los Andes ( sobre los 2 400 msnm) por las brisas de montaa o
brisas marinas (Gilford et al., 1 992).
En trminos generales, en la regin de la costa central y sur
ocurren valores altos de heliofana y por lo tanto altos valores de
energa solar en la poca del verano austral; sin embargo, es
necesario detallar algu- nas excepciones. En la franja costera
cercana al litoral, ubicada por debajo de los 600 m de altura, el
comportamiento descrito anteriormen- te cambia durante fines de
otoo, invierno e inicios de primavera en que esta regin muestra
valores marcadamente bajos de heliofana y energa solar y constituye
una zona de mnimos en el territorio. Estas condiciones se dan en
razn de que la transmisividad atmosfrica dis- minuye
considerablemente debido a la intensificacin durante estos me- ses
de la inversin trmica, que determina una capa nubosa baja
(estratiforme) e incluso fuerte presencia de nieblas en esta regin.
Esto es originado por la mayor influencia del APS que por esta poca
migra hacia su posicin ms al norte en el Pacfico sur ( 30 S y 90
W), esto es, ms cerca al litoral peruano, y tiene una mayor
intensidad y ampli- tud; por otro lado, a las menores temperaturas
superficiales de la Co- rriente Fra Peruana y la presencia e
intensificacin de afloramientos costeros de aguas fras profundas
sub superficiales. A fines de prima- vera, en las terrazas
desrticas de Arequipa, Moquegua y Tacna (13,5 a 18 S y 70 a 76 W),
por encima de los 1 000 msnm, se alcanzan los mayores valores de
energa solar durante el ao y de todo el territorio nacional. Esto
se debe a que estn ubicadas encima de la capa de inver- sin trmica
y presentan cielo despejado durante todo el ao.
La costa norte, entre los 3 y 6 S y los 80 a 81 W (departamentos
de Tumbes, Piura y norte de Lambayeque) presenta tambin valores
altos de heliofana y energa solar durante el verano austral,
presentndose, sin embargo, los valores mximos en los meses de
octubre y noviembre (primavera) y que constituye otra de las
zonas