Método de generación de datos de irradiación solar a partir de datos de producción energética de instalaciones solares fotovoltaicas.

Método de generación de datos de irradiación solar a partir de datos de producción energética de instalaciones solares fotovoltaicas.

El método solo requiere la medida de los datos de producción de energía, de manera que el material necesario por parte del operador de la instalación fotovoltaica se basa en un equipo capaz de medir la energía producida por las instalaciones y cuyo equipo puede ser el propio contador de energía de una vivienda o el contador incorporado en el inversor de la instalación en sí. En cualquier caso por parte de la entidad que realiza la generación de datos de irradiación solar, precisa de equipos que permitan la adquisición y el análisis de los datos de energía medidos, para llevar a cabo el envío de esos datos desde el contador de energía hasta el servidor donde se ejecutan los propios análisis, para que la información sea transferida y almacenada bien por ficheros de texto, bien por servicios Web, mediante los cuales se establece la comunicación entre usuario y servidor de forma automática, siendo almacenados los datos en una base de datos y tratados por un servidor de cálculo.

Método de generación de datos de irradiación solar a partir de datos de producción energética de instalaciones solares fotovoltaicas.

Objeto de la invención

La invención consiste en un método que permite generar datos de irradiación solar en un lugar a partir de la producción energética registrada en los contadores de los sistemas fotovoltaicos vecinos a este lugar. 10

Sector de la técnica

La metodología de predicción propuesta se encuadra en el sector energético, concretamente 15 en la producción de electricidad por tecnología fotovoltaica.

Antecedentes de la invención

El conocimiento de la irradiación solar que reciben los sistemas fotovoltaicos es necesario para su diseño y para la evaluación de su productividad energética.

Por una parte es necesario conocer los valores medios de la irradiación solar en periodos de varias décadas para estimar la producción energética de una instalación fotovoltaica, así como 25 su rentabilidad económica. Para este tipo de aplicación, suele ser suficiente conocer las medias mensuales de la irradiación solar. Por otra parte, otras aplicaciones requieren conocer los valores de irradiación solar en un momento determinado, con una resolución temporal más alta. Por ejemplo, es el caso de la monitorización de sistemas fotovoltaicos para la detección de fallos. Estas aplicaciones necesitan conocer la irradiación solar horaria, en tiempo real o con un 30 retraso máximo de un día.

Los sistemas de monitorización fotovoltaica actualmente comercializados basan sus análisis en un factor de rendimiento llamado Performance Ratio (PR) , definido como la relación entre la energía que un sistema fotovoltaico inyecta en la red con respecto a la que inyectaría un 35 supuesto sistema fotovoltaico ideal funcionando en Condiciones Estándar de Medida (CEM) , o en inglés Standard Test Conditions (STC) . El PR se expresa como:

*) () (GTGPTEPRPï?

Donde:

ï· E es la producción inyectada

ï· G es la irradiación inclinada que incide sobre el panel

ï· Pp es la potencia pico propia del sistema

ï· G* es la irradiancia global bajo STC (1000 W/m2) 45

Como puede observarse, queda patente la necesidad de obtención de la irradiación solar para este tipo de evaluaciones. Puede citarse la siguiente referencia para más información sobre los análisis basados en el PR:

ï· Reich, N. H., Mueller, B., Armbruster, A., van Sark, W. G. J. H. M., Kiefer, K. and Reise, C. (2012) , Performance ratio revisited: is PRâ?>â?90% realistic?. Prog. Photovolt: Res. Appl., 20: 717â?"726. doi: 10.1002/pip.1219

Existe un gran número de instrumentos capaces de medir la irradiación solar incidente sobre 5 una superficie. Los errores que podemos encontrar en la información otorgada por cada uno de ellos derivan tanto de aspectos relacionados con la calidad del sensor y de su calibración, como de aspectos matemáticos en los modelos de cálculo utilizados para su posterior tratamiento.

En cuanto a los datos de irradiación solar, los usuarios buscan, según las aplicaciones, y en grados diversos, la precisión de la información y la disponibilidad para obtenerlos. En el caso de las medidas terrestres, la precisión de las medidas puede ser mayor, pero éstas corresponden a localizaciones concretas, y su distribución no abarca la totalidad del territorio mundial. Con respecto a la información procedente de los satélites, la información de base 15 sobre tratamiento de imágenes sí cubre gran parte del ámbito territorial mundial, pero su adquisición supone costes elevados (sobre todo si se requieren datos de alta resolución temporal como por ejemplo datos horarios) , y el dato de irradiación solar no siempre está disponible (a veces sólo se dispone de la información sobre condiciones meteorológicas) .

Los recursos más utilizados, hasta la actualidad, para la obtención de datos de irradiación solar son los siguientes:

1) Heliógrafos

La irradiación incidente en la superficie terrestre depende principalmente de la altura solar, de la cantidad de aerosoles presentes en la atmósfera, y de las nubes presentes entre el disco solar y la superficie receptora. La altura solar puede ser calculada por funciones astronómicas, y la cantidad de aerosoles puede ser estimada con bases de datos climáticas o meteorológicas. Una vez conocidas dichas variables, existen modelos físicos que permiten estimar la irradiación 30 solar en condiciones de cielo claro, es decir, cuando no hay nubes entre el disco solar y la superficie receptora. El heliógrafo permite estimar, para cada intervalo de tiempo determinado (por ejemplo cada hora) , la fracción de tiempo correspondiente a condiciones de cielo claro, y la fracción (complementaria) de tiempo durante la cual las nubes han tapado el disco solar. Para ello, el heliógrafo concentra los rayos solares sobre una banda de cartulina que se quema 35 en el punto en el que se forma la imagen del sol.

Con todo ello, puede observarse que las principales fuentes de incertidumbre proceden de la estimación de la irradiación a partir de esta última ecuación. En concreto, se deben a dos principales factores: 40

ï· La relación entre irradiación y condiciones de cielo claro no es estrictamente lineal, tal y como se muestra en la fórmula.

ï· Las condiciones de cielo claro no reflejan el estado real del cielo, despreciando las características de las nubes (transparencia, profundidad, etc.) y por lo tanto subestimando el valor de la componente de irradiación difusa. 45

Por el contrario, la sencillez de instalación y la necesidad de medidas de escasos parámetros, hacen que la estimación de la irradiación por este método sea ventajosa.

Véase la siguiente referencia para más información: 50

ï· Harr y Suehrcke, Ross S. Bowden, K.G.T. Hollands, Relationship between sunshine duration and solar radiation, Solar Energy, Volume 92, June 2013, Pages 160-171, ISSN 0038-092X, http://dx.doi.org/10.1016/j.solener.2013.02.026.

2) Piranómetros

Los piranómetros son instrumentos capaces de medir la irradiación solar global incidente sobre una superficie plana cuyo campo de visión equivale a una media esfera. En general mide la irradiación solar horizontal. 5

Un piranómetro consiste en una superficie negra, un termopar, un disco blanco que limita la aceptación angular, y dos coberturas transparentes, semicirculares y concéntricas hechas de cristal. Estas coberturas, en forma de cúpula, protegen al sensor de la convección térmica, de la lluvia, el viento y la suciedad. El piranómetro ideal posee una respuesta espectral plana en 10 un rango de longitudes de onda de 0, 29-2, 8 μm.

Los piranómetros también pueden ser usados para medir la irradiación solar difusa, siempre y cuando se consiga eliminar la componente directa. Para ello, se monta un pequeño disco negro en un seguidor solar de tal forma que el piranómetro esté continuamente sombreado. 15 Alternativamente, también se puede utilizar un anillo que previene que la componente directa llegue al sensor.

La estimación de la irradiación solar global de este tipo de sensores se basa, por lo tanto, en la descomposición de las componentes solares. Y es en su medición, donde se encuentra la 20 principal fuente de incertidumbre. Sin embargo, se considera este tipo de sensores como los más fiables, ya que miden directamente la magnitud física deseada, y en ningún caso se basan en estimaciones derivadas de otras observaciones.

Véase la siguiente referencia para más información: 25

ï· M.P. Thekaekara, Solar radiation measurement: Techniques and instrumentation, Solar Energy, Volume 18, Issue 4, 1976, Pages 309-325, ISSN 0038-092X.

3) Satélites

Cada vez son más los métodos implementados para estimar la irradiación solar a partir de observaciones de los satélites empleando imágenes meteorológicas. Los satélites pueden ofrecer una resolución temporal de hasta 1 dato/15min y una resolución espacial de hasta 1 dato/ (2x2km2) . Los satélites meteorológicos almacenan imágenes de amplias zonas, donde son capaces de estimar la cobertura de nubes. Esta información es procesada por modelos de 35 tratamiento de imágenes, que permiten estimar la irradiación solar incidente en una superficie horizontal.

Para poder acceder a la información de los satélites, existen servicios Web destinados a su distribución. 40

Estos últimos sensores son los que presentan más ventajas en cuanto a disponibilidad de datos se refiere. Abarcan medidas de un ámbito territorial mucho más amplio que los sensores terrestres (piranómetros y heliógrafos) ....

1. Método de generación de datos de irradiación solar a partir de datos de producción energética de instalaciones solares fotovoltaicas, caracterizado porque comprende las siguientes fases:

ï· La búsqueda de una relación entre la energía horaria producida por una instalación fotovoltaica, la irradiación solar incidente horaria, y la temperatura de célula.

ï· La traducción de una energía fotovoltaica horaria en un dato de irradiación solar horaria en el plano del generador fotovoltaico. 10

ï· La descomposición y translación de la irradiación solar horaria en el plano del generador a otro plano cualquiera donde se desea conocer la irradiación solar.

ï· La aplicación de métodos de interpolación lineal para estimar la irradiación solar en un 15 punto cualquier desde los datos de irradiación solar generados en los puntos donde se tiene acceso a datos de generación de energía fotovoltaica.

2. Método de generación de datos de irradiación solar a partir de datos de producción energética de instalaciones solares fotovoltaicas, según reivindicación 1, caracterizado porque 20 se realiza un análisis mediante el equipamiento apropiado para conseguir los datos de energía medidos, efectuando el envío de dichos datos mediante GPRS o por Internet, desde un contador de energía hasta el respectivo servidor donde se ejecutan los análisis.

3. Método de generación de datos de irradiación solar a partir de datos de producción 25 energética de instalaciones solares fotovoltaicas, , según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se incorporan contadores inteligentes equipados de un sistema telemático, permitiendo medir los datos de producción energética de las propias instalaciones fotovoltaicas y transmitirlos por GPRS desde dichos contadores inteligentes hasta un servidor de Internet, así como almacenarlos en una base de datos y procesarlos por un motor de calculo 30 ejecutado desde un servidor de Internet, siendo los resultados facilitados al cliente por un servidor Web.