Medida y modelización de la componente difusa de la radiación solar total y ultravioleta

Resumen

Son necesarias medidas precisas de radiación solar difusa para cuantificar adecuadamente el balance radiativo terrestre así como para el desarrollo sostenible de las energías renovables, la arquitectura, la ingeniería, la agricultura y la ecología. Esta tesis doctoral contribuye a una mejor estimación de la irradiancia difusa total y ultravioleta, tanto en lo que se refiere a la corrección de sus medidas como a la propuesta de modelos para estimarla a partir otras magnitudes. Entre las principales fuentes de error que afectan al proceso de medida de la radiación solar difusa, deben considerarse el cero térmico del radiómetro y el uso de anillos de sombra utilizados para bloquear el componente directa. En este trabajo se han obtenido valores experimentales de cero térmico para diferentes modelos de piranómetro midiendo irradiancia global y difusa, con y sin ventilación mecánica, bajo una gran variedad de condiciones ambientales. Se han analizado las diferencias en el cero térmico entre piranómetros y se han propuesto varios modelos para corregir el error asociado al cero térmico. Este estudio también compara seis modelos matemáticos propuestos para corregir el error causado por el uso de anillos de sombra en las medidas de irradiancia solar total difusa. Además, se proponen dos modelos originales para corregir este error en las medidas de irradiancia difusa ultravioleta. Por último, la dependencia de la fracción de irradiancia difusa ultravioleta con distintas variables radiativas y parámetros de geometría solar con el fin de proponer modelos para su estimación en lugares donde no se dispone de medidas experimentales. El análisis desarrollado en esta Tesis Doctoral ha confirmado la necesidad el corregir el cero térmico diurno, ya que puede llegar a suponer un error de hasta un 20% de la medida de irradiancia difusa total. Para llevar a cabo dicha corrección, en esta Tesis Doctoral se ha propuesto un conjunto de modelos que predicen el cero térmico con un coeficiente de correlación en torno a 0.92 y un error cuadrático medio en torno a 2.0 W/m². Además, se ha comprobado que la utilización de ventilación artificial reduce la magnitud y variabilidad del cero térmico, así como sus diferencias entre distintos modelos de piranómetros. Por otro lado, se ha confirmado que la aplicación de modelos empíricos particularizados a las condiciones locales reduce el valor medio del error introducido por el anillo de sombra de un 11% a un 0.6%. Para el caso particular de las medidas de irradiancia difusa ultravioleta, se han propuesto dos modelos empíricos para la corrección del error introducido por la banda de sombra que reducen dicho error de un 14% a un 1.6%. Finalmente, se presenta un modelo empírico para la estimación de la fracción de irradiancia difusa ultravioleta con un coeficiente de correlación de 0.9 y un error cuadrático medio relativo en torno al 8%.