El análisis de recursos solares es una parte fundamental para comprender los patrones históricos de radiación solar y realizar predicciones futuras, ambos necesarios para respaldar la operación confiable del sistema de energía. A medida que las tecnologías solares maduran, se están instalando cada vez más sistemas de energía solar en todo el país. Para financiar estos sistemas, es necesario contar con la garantía de que producirán la energía prevista a través de modelos de rendimiento. No cumplir con los requisitos mínimos de rendimiento energético puede resultar en grandes penalizaciones financieras, que requieren medidas costosas de mitigación de riesgos. Los conjuntos de datos precisos de radiación solar son la base de un modelo de rendimiento exitoso y son fundamentales para reducir los gastos asociados con la mitigación de este riesgo de rendimiento.
Importancia de la evaluación de recursos solares
La evaluación de recursos solares proporciona los medios para determinar con precisión la disponibilidad de los recursos de radiación solar para el desarrollo, implementación y operación de tecnologías de energía solar rentables, de acuerdo con los objetivos de SunShot. Dentro de las actividades de integración de sistemas de SunShot, la investigación y desarrollo (I+D) de recursos solares se financia a través de los laboratorios nacionales del Departamento de Energía (DOE) y mediante premios competitivos.
Investigación y desarrollo en laboratorios nacionales
El Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL), con financiamiento del DOE, está facilitando la recopilación, análisis y entrega de información precisa y sostenible sobre recursos solares necesaria para integrar la electricidad solar en la red de manera rentable y confiable.
El enfoque de la investigación y desarrollo de recursos solares en NREL se centra en:
- Informática de recursos solares
- Análisis, modelado y pronóstico
- Alianzas y participación de partes interesadas
El éxito en cada una de estas actividades se determinará mediante un aumento de la confianza y una reducción de las incertidumbres en los datos de radiación solar utilizados en modelos de rendimiento y diseño, así como en otros productos de información para la toma de decisiones, el diseño del sistema y la operación de instalaciones solares.
Objetivos de la investigación de recursos solares en NREL
Los objetivos específicos de la investigación de recursos solares en NREL son:
- Mejorar la precisión y exactitud de las mediciones y estimaciones de recursos solares terrestres a partir de plataformas de observación terrestres y por satélite. Esto incluye una estrategia nacional para producir datos solares y meteorológicos más refinados a las escalas temporales y espaciales adecuadas para avanzar en las tecnologías de conversión de energía renovable.
- Mejorar las instalaciones para mantener y proporcionar calibraciones acreditadas de radiómetros y mediciones de radiación solar.
- Obtener conjuntos de datos de recursos completos a partir de mediciones solares y meteorológicas disponibles y observaciones satelitales de la atmósfera para su amplio uso en aplicaciones de ingeniería, como el rendimiento de sistemas de conversión de energía solar y estudios de integración en la red.
- Integrar los últimos conceptos de tecnología de la información para proporcionar un fácil acceso a sistemas de medición solar de vanguardia, información sobre recursos, modelos estándar de la industria y las mejores prácticas asociadas para aplicar estos datos y modelos a una amplia variedad de proyectos.
- Crear una hoja de ruta integral de pronóstico solar y llevar a cabo I+D integrada de métodos avanzados de pronóstico de recursos solares y modelos predictivos a escala nacional.
- Desarrollar las mejores prácticas, proporcionar orientación, procesar comentarios sobre el desarrollo de la evaluación de recursos solares y colaborar con agencias gubernamentales clave que llevan a cabo actividades de I+D sinérgicas.
Observaciones de la energía solar
Los principios y teoría de la medición solar se basan en el hecho de que todos los materiales emiten radiación (ondas electromagnéticas) en proporción a la cuarta potencia de su temperatura. La radiación solar es la energía radiante en el rango de longitud de onda de 0.29 a 3 μm. Representa aproximadamente el 97% de toda la energía radiante del sol, cuya temperatura superficial es de aproximadamente 6,000 K. Alrededor del 50% de su energía se concentra en una región de longitud de onda visible para el ojo humano.
Existen dos tipos de instrumentos utilizados para observar la radiación solar en el Observatorio Aerológico: aquellos que miden la energía solar integrada en un amplio rango de longitudes de onda y aquellos que miden la irradiancia solar espectral en longitudes de onda específicas. Los primeros son sensores de termopila, como los pirheliómetros y piranómetros, que convierten la energía solar entrante en energía térmica y generan un voltaje proporcional a la radiación solar mediante el efecto termoeléctrico. El segundo tipo dispersa la luz solar a través de un filtro óptico, una rejilla de difracción o similar, y a menudo se utilizan fotodiodos o matrices de fotodiodos para medir la irradiancia de la luz dispersada. Los datos de irradiancia solar espectral obtenidos mediante un fotómetro solar se adoptan para el cálculo de la profundidad óptica de aerosoles por el Observatorio Aerológico (Observación de la Profundidad Óptica Atmosférica).