Radiación solar a partir de imágenes de satélite. Análisis de incertidumbre y ajuste local

Resumen

El aprovechamiento de la energía solar como fuente de energía alternativa está alcanzando entidad propia en el sistema económico-social de hoy día. La cuantificación del recurso solar disponible es indispensable cuando el objetivo es aprovechar adecuadamente y de forma local esta fuente de energía que constituye la radiación solar, tanto para reconocer la idoneidad de la localidad geográfica para la implantación de una central solar como para el dimensionado de la misma. La evaluación del recurso energético solar requiere observaciones continuas, debido a las variaciones que experimenta la intensidad del flujo radiante recibido en superficie, tanto por motivos estacionales como de variabilidad climática. Las estaciones de medida actuales constituyen una red insuficiente en número y, además, su distribución geográfica no es homogénea, ya que se concentran principalmente en zonas desarrolladas, siendo muy escasas en amplias zonas despobladas. Esta exigua red de estaciones radiométricas y por tanto, la disponibilidad limitada de datos de radiación solar, constituye una seria dificultad ante la necesidad de este tipo de información. El desarrollo tecnológico actual ha permitido que el uso de las imágenes de satélite concierna a prácticamente todas la disciplinas científicas, abarcando campos tan diversos como la agricultura, la vulcanología o las aplicaciones medioambientales. Debido a sus múltiples aplicaciones, existen en la actualidad gran cantidad de plataformas espaciales que se dedican a la observación de la dinámica terrestre. Diferentes investigadores han puesto de manifiesto que la utilización de las imágenes de satélite en la estimación de la radiación solar mejora sustancialmente los resultados con respecto a las técnicas de interpolación / extrapolación de valores radiométricos terrestres. La aplicación de estas metodologías sobre estimaciones basadas en imágenes de satélite proporciona resultados comparables a los obtenidos a partir de medidas piranométricas, posibilitando la utilización de esta información en aquellos emplazamientos donde no se disponga de medidas radiométricas de estaciones próximas. Entre las distintas propuestas existentes en la bibliografía, el método Heliosat de estimación de la radiación solar en la superficie terrestre a partir de imágenes de satélite constituye uno de los métodos más precisos. La versión Heliosat-2, entre otros beneficios, alcanza una mayor exactitud que su predecesor y por tanto, su uso se ha extendido entre la comunidad científica en muchos de los proyectos que involucran las imágenes de satélite para la estimación de la radiación solar. Sin embargo, si bien este método ofrece resultados satisfactorios en su forma de aplicación general, cuando es aplicado localmente, es conveniente introducir en la formulación del método las condiciones particulares del área de estudio que permitan mejorar las estimaciones. La presente memoria se interesa en cómo incorporar condiciones locales en un método establecido. La propuesta para ello es realizar un análisis de incertidumbre del método en cuestión, con el que sea posible conocer cuáles son las aéreas potenciales de modificación para una aplicación local. El análisis de incertidumbre permite conocer cuál o cuáles son las variables de entrada que deben conocerse con mayor precisión, con el objetivo de reducir la incertidumbre final de los resultados. Por otro lado, infiere determinadas modificaciones que potencialmente mejorarán la precisión del mismo. Una vez identificados esos parámetros, se propone, como aplicación práctica, una versión de modelo local. Las estimaciones de dicho modelo serán evaluadas con valores de irradiancia global horaria medidos en la estación radiométrica y meteorológica de la Plataforma Solar de Almería, situada en la localización de estudio. Además, los resultados serán comparados a los ofrecidos por otros dos modelos de aplicación general, el modelo de MINES ParisTech y el de CIEMAT, que son adoptados como modelos de referencia. Para la evaluación y la comparación de resultados han sido calculados los estadísticos habituales RMS, MB y R2 así como unos nuevos índices basados en el test de Kolmogorov - Smirnov. En general, estos nuevos índices de evaluación son más sensibles que los índices estadísticos clásicos. El acuerdo de los valores de todos los estadísticos es general y señalan que el modelo local propuesto supera en precisión a los modelos de referencia, dejando de manifiesto la utilidad del análisis ce incertidumbre aplicado. Los objetivos fijados de la presente memoria son: - Análisis de la incertidumbre tanto parcial como total del método de referencia de estimación de radiación solar a partir de imágenes de satélite, Helisoat-2. - Proposición de modificaciones inferidas a partir del análisis anterior para generar un modelo particularizado al área de estudio. - Evaluación del nuevo modelo local y comparación con modelos de referencia. Para lograr estos objetivos se han realizado las siguientes tareas que constituyen en sí mismos objetivos intermedios de este trabajo: - Generación de un proceso de selección automática de días despejados a partir de datos horarios de irradiancia directa. - Proposición de una nueva estrategia de cálculo del albedo terrestre a partir de los valores inferidos desde imágenes de satélite. - Generación de un proceso de filtrado iterativo de datos para el entrenamiento de modelos basados en la correlación multirregresiva. - Proposición de nuevos índices de cuantificación de la bondad del ajuste de nuevos modelos, basados en el test de Kolmogorov-Smirnov.