Generacion de Corriente Electrica

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 financiado 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


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 herramientas 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


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 nuestro 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 variabilidad 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 generacin 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 nacional, 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 inversin e investigacin en el uso de la energa solar como fuente alternativa 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 formas de energa en un determinado emplazamiento o en un sistema atmosfrico 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 atmsfera (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 geogrfica, del equipo, del clima y del tipo de banda utilizada para el registro (WMO, 1 992). Tambin se le suele denominar brillo solar insolacin.

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 trmino 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 presenta 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).

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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 importante para la componente directa normal de irradiacin y extremadamente 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 constituyen 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 superficie perpendicular al rayo solar (WMO, 1 996). En estos instrumentos, el receptor se encuentra protegido de la irradiacin indirecta y est usualmente ubicado en el fondo de un tubo, por ello las diferentes formas 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 mediciones 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 comparacin con el Grupo de Normalizacin Mundial (World Standard


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 sensible 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 seguimiento 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, mientras 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 blancas 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 diferencia 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 difusa) 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, fotoelctricos, piro elctricos o elementos bimetlicos; sus propiedades en relacin 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 propiedad de producir corriente elctrica cuando son iluminadas, siendo esta corriente, en condiciones de corto circuito, proporcional a la intensidad 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 respuesta con la temperatura y poseen soluciones plenamente satisfacto- rias. De cualquier forma, su bajo costo y facilidad de uso los hace particularmente tiles como instrumentos secundarios. Entre tanto, su utilizacin 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 diferencias 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 serie. 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 dispuestas en coronas circulares concntricas o con otros formatos, tales como estrellas o cuadrculas. En estos intrumentos, las uniones calientes de termopilas estn en contacto con superficies negras, altamente absorbentes, y las fras en contacto con superficies blancas, de gran reflectividad.

* Extrado de Tiba et. al., 2000

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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, clculos que no son simples para das claros y son mucho ms complicados para das nublados (Robinson, 1 966).

3.2.2.3 Actingrafo

Conocido tambin como pirangrafo bimetlico de Robitzch; fue diseado originalmente por Robitzch en 1 915 y es similar a un termgrafo (Robinson, 1 966). Ver Figura 4. El elemento sensible est constituido 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 proporcional 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 instrumento 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


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 irradiacin solar directa supera un lmite variable de 120 a 210 W/m2 (WMO, 1 992), que depende de la ubicacin (turbidez atmosfrica, altitud, humedad 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 comparacin 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 patrones 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 suele 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 dependencia de ste a las condiciones ambientales, tales como: temperatura, nivel de irradiancia, distribucin espectral de irradiancia, variacin temporal, 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 difusa.

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 ejemplo, 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 termmetro. 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 termmetros 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 estrechamiento 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)

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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 temperaturas extremas y precipitacin.

4.2 Red de estaciones meteorolgicas

Para el presente estudio, se utilizaron un total de 197 estaciones meteorolgicas 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 meteorolgicas 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 sistemas 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 evaluacin 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 renovables 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 informacin 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.


5.1.2 Anlisis de consistencia de datos de irradiacin solar.

a. Control horario de la informacin de irradiacin solar: El anlisis 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, temperaturas en horas sinpticas, temperaturas extremas, evaporacin y precipitacin. 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 irradiacin 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 respecto 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 energa 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 requerida 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 espacial 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 estaciones, 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 empricos 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 sugiere 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 entre 1 y 4 aos de datos, obteniendo valores de coeficientes para distintas 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 coeficientes 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 ausencia 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 irradiacin 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 significado 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 temperaturas mxima y mnima en un da determinado, depende de la relacin de Bowen, esto es, la relacin entre el calor sensible y el calor latente. El calor sensible depende de la irradiacin solar y es responsable de las temperaturas mximas. Durante la noche, el calor sensible es perdido hacia el espacio como radiacin en onda larga, disminuyendo

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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 general. Finalmente, la informacin procedente de esta estacin para determinar las ecuaciones (3) y (4) fue eliminada.

La Figura 7 muestra los valores comparativos observados versus estimados de ambos coeficientes de Bristow-Campbell as como la relacin 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 simulacin. 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.


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 adquisicin y control de calidad de los datos meteorolgicos y utilizando el programa Weatherman (Tsuji et al., 1 998), que tambien verifica errores 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 distribucin 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 indirectamente. 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 atmosfrica (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 meteorolgica, es posible encontrar el coeficiente de transmisividad de la atmsfera (). 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, respectivamente. Si bien es cierto, stos slo constituyen un producto secundario 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 fueron 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 mensual, 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 mensuales. De igual manera, utilizando los mismos mapas digitales, se gener el mapa digital de desviacin estndar.

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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 hemisferio 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 energa 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 influencia 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 atmosfrica 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 algunas excepciones. En la franja costera cercana al litoral, ubicada por debajo de los 600 m de altura, el comportamiento descrito anteriormente 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 disminuye considerablemente debido a la intensificacin durante estos meses 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 primavera, 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 inversin 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

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