Modelado de la irradiancia solar sobre superficies inclinadas : Impacto de la separación directa-difusa en los modelos de transposición

Abstract

Los modelos que estiman la irradiancia solar global sobre un plano inclinado (GTI) a partir de medidas o estimativos de su equivalente en un plano horizontal (GHI) y sus componentes difusa (DHI) y directa (DNI) reciben el nombre de modelos de transposición. La estimación confiable de GTI es necesaria para dimensionar proyectos de generación fotovoltaica de gran porte, ya que la incertidumbre asociada se traduce directamente en riesgo económico del proyecto. Existen diversidad de trabajos que validan modelos de transposición a partir de medidas de GHI y DHI, pero hay muy poca literatura sobre el problema de determinar GTI a partir solamente de GHI. Para ello es necesario previamente emplear un modelo de separación, que estime DHI a partir de la medida de GHI. La incertidumbre adicional asociada a la estimación de DHI deberá trasladarse a la estimación de GTI, y evaluar este impacto es uno de los objetivos de esta tesis. Para ello se validaron cinco modelos de transposición de uso corriente en la literatura con datos de cuatro estaciones sobre territorio uruguayo y una estación testigo en Estados Unidos. Una primera validación se realizó a partir de datos en tierra de GHI y DHI, mientras que la segunda se realizó a partir de datos de GHI y estimativos de DHI por medio de un modelo de separación localmente ajustado que ha sido previamente evaluado sobre territorio uruguayo. En ambos casos, se encontró que la incertidumbre asociada al estimativo de GTI es del orden de la incertidumbre de las medidas, y que el uso de un modelo de separación aumenta levemente la incertidumbre, dependiendo del modelo de transposición usado y de la calidad de las medidas. Durante el control de calidad de los datos de partida se observó que algunas estaciones presentaban una desalineación azimutal respecto al Norte, que es su azimut nominal y, además, la dirección de máxima captación de energía. Se desarrolló y evaluó un método novedoso de detección de desalineaciones a partir de los datos de GTI, cuyo uso permite mejorar apreciablemente los indicadores de los modelos de transposición, siendo esta una de las contribuciones originales de este trabajo.

The estimation of intra-day global tilted irradiance (GTI) from data or estimates of global horizontal irradiance (GHI) and its diffuse (DHI) and direct (DNI) components is typically made by means of a transposition model. A reliable estimation of GTI is required to scale large PV generation projects, since the associated uncertainty translates directly into financial risk of the project. There is a large body of work regarding the performance of transposition models from GHI and DHI ground measurements, but the problem of estimating GTI from GHI data alone is not frequently addressed in the literature. In order to do this, one must previously use a separation model that estimates DHI from GHI. The additional uncertainty associated to the use of the separation model must therefore have an impact on the uncertainty of the transposition, and determining this impact is one of the main goals of this thesis. Five transposition models were validated in this work, with data from four sites in Uruguay and one witness high quality station in the United States. One validation was performed using GHI and DHI data, and a second validation using GHI data and DHI estimates from a separation model that was locally evaluated for Uruguay in a previous study. The use of a separation model slightly increases the uncertainty of the transposition, but it remains within the order of the uncertainty of the GTI measurements. During quality control of the raw data, it was noticed that some of the inclined surfaces were misaligned with respect to their nominal orientation towards the equator. This problem was solved by developing and testing a new method of misalignment detection from the GTI measurements, which decreased significantly the uncertainty in the transposition. This method is one of the original contributions of this work.