Evaluación empírica de modelos de transposición de radiación solar difusa.

Abstract

Para el diseño sustentable y la evaluación de la eficiencia energética de una estructura edilicia, se requiere conocer la cantidad de radiación solar que incide sobre su envolvente. Estos aportes solares se determinan con los códigos de simulación energética, los cuales utilizan los “modelos de cielo” (o de transposición) para calcular la radiación solar difusa sobre una superficie inclinada a partir de datos de radiación horizontal. Sin embargo, no existe un modelo de aplicabilidad universal aceptado por la comunidad científica, debido a la naturaleza sitio dependiente de la irradiancia solar. Utilizar un modelo inadecuado puede llevar a errores en el dimensionamiento de sistemas de captación solar y en sistemas de enfriamiento y calefacción de edificaciones, por lo tanto, es necesaria la validación empírica de los modelos en cada lugar de interés. Para lograr los objetivos de este trabajo, se instaló una estación radiométrica en la ciudad de Chillán con la cual se caracterizó el recurso solar midiendo la componente global horizontal, difusa horizontal y directa normal de la radiación solar, a través de un piranómetro SPN1. Este instrumento es una solución económica a equipos de alto estándar. Los datos obtenidos fueron sometidos a una serie de controles de calidad para asegurar su confiabilidad. A su vez, la medición de la radiación solar en superficies verticales y orientadas hacia el Norte, Este y Oeste utilizando piranómetros CMP10, permitió la evaluación del desempeño de los modelos de cielo. El mejor desempeño se obtuvo con un modelo semi-empírico denominado PPS, el cual considera una distribución anisotrópica de la radiación difusa en tres zonas del cielo: la vecindad del sol, en la línea del horizonte y el resto del hemisferio celeste. Un desempeño similar se obtuvo con el modelo PAW, el cual calcula la radiación difusa en cada punto del hemisferio celeste a través de una discretización del cielo. Estos modelos entregan valores muy cercanos a los medidos empíricamente, alcanzando una correlación superior al 98 %. Por lo tanto, para obtener valores confiables de radiación solar sobre superficies inclinadas se debe utilizar el modelo PPS o el modelo PAW en los códigos de simulación energética. En trabajos futuros, se debe analizar el desempeño de los modelos en un contexto urbano, en donde existen obstrucciones a la visibilidad del cielo tales como edificios, relieves naturales, etc. Además, este trabajo se debe complementar con datos de radiación solar de meses invernales cuando la trayectoria del sol es más baja.