Diseño, construcción y evaluación de un solarímetro portátil basado en una celda fotovoltaica, para la medición de la irradiancia solar instantánea y del acumulado integrado sobre el tiempo en kWh/m2

Abstract

Dadas las condiciones actuales, de demanda de mediciones de las variables solares en todo el Perú, sobre todo en aquellas zonas o centros poblados para los cuales no se cuentan con registros ni data histórica; es que surge este proyecto como tema de investigación de la presente Tesina, con la finalidad de desarrollar y aportar con un prototipo de medidor solar que permita a los interesados usuarios, cuantificar el recurso solar de aquellos lugares donde han planeado implementar las aplicaciones de la energía solar. Se ha diseñado y construido un solarímetro basado en una celda fotovoltaica conectada con una resistencia de carga como sensor y un circuito basado en un microcontrolador. El instrumento mide y presenta a la vez, en la pantalla LCD, la intensidad de la radiación solar incidente con un valor máximo de hasta 1500 W/m y también la energía acumulada por unidad de área, con un valor de hasta 999,99 kWh/m. Aunque el sensor utilizado, es sensible solamente a un 66% del espectro solar debido a la celda fotovoltaica que utiliza como sensor, puede considerarse eficiente en comparación con el instrumento patrón relativo (HAENNI SOLAR 118) el cual también es de tipo fotovoltaico. El solarímetro presenta a la vez, los valores de la radiación solar y de la energía por unidad de área acumulada en el tiempo mientras que el instrumento patrón solo muestra una de estas medidas, además en el instrumento patrón debe cambiarse manualmente la escala, para observar los valores de la energía por unidad de área entre la escala de 99,99 kWh/m y la de 999,9 kWh/m2. De la evaluación efectuada respecto de su funcionamiento se ha encontrado que las medidas del acumulado de energía solar por día respecto del patrón tienen un error del 2% con presencia de radiación solar directa y con radiación difusa puede llegar hasta un 10%, debido a la diferencia de diseño en los sensores. Sin embargo, es posible hacer mejoras en el equipo para reducir los márgenes de error indicados. En cuanto a consumo de energía, con una previa optimización de recursos efectuada, se ha estimado experimentalmente que, trabajando a plena carga, el consumo máximo de energía por sesión de 1,30 Wh/día, con una capacidad extraída de batería de O, 150 Ah/día (entre las 10:00 y las 18:00 aprox.). Además, con la batería que utiliza, el equipo tiene una autonomía máxima de 03 días o sesiones de trabajo de 8 horas/día. El costo de desarrollo del solarímetro bordea los U.S.$ 1 300,00; mientras que el costo de producción, con una adecuada sustitución de dispositivos y mejoras en la circuitería del sistema podría llegar a ser, según se ha estimado, de unos U.S.$ 260,00. Los inconvenientes principales que se presentaron y retrasaron el trabajo por espacio de seis meses, fueron: primero, fallas del equipo al procesar el acumulado de energía solar debido a problemas de software y de programación, y segundo relacionado con la escasa y esporádica incidencia solar directa en el segundo periodo del año 2009, que no favorecieron mucho en la toma de los datos experimentales. Felizmente con apoyo profesional recibido, y perseverancia estos inconvenientes fueron superados. El tiempo dedicado al trabajo ha sido de aproximadamente de un año y ocho meses por los inconvenientes antes indicados. Finalmente, podemos concluir que hemos construido un equipo para la medición de la energía solar diaria con un buen promedio elevado de los parámetros: velocidad de respuesta, tamaño, aparente bajo consumo de energía y alimentación, acorde con los dispositivos que lo conforman y que será de gran utilidad para todo usuario e instituciones involucradas con las aplicaciones de la energía solar y la medida de este importante recurso energético.