Diseño de un dispositivo para estimar y predecir la radiación solar en Lambayeque utilizando modelos empíricos y redes neuronales

Abstract

Lambayeque es una ciudad con mucho potencial solar, pero no se dispone de información confiable ni mediciones in situ de radiación solar. En el presente trabajo se diseña un dispositivo que permita estimar y predecir la radiación solar diaria en Lambayeque (6°42’ S, 79°54’ O) utilizando modelos matemáticos y redes neuronales artificiales (RNAs). Los modelos matemáticos son ecuaciones que estiman la radiación solar a partir de datos atmosféricos, como temperatura, humedad, altura, nubosidad, etc. Existen distintos modelos para estimar la radiación. En la presente tesis se analizan 5 modelos matemáticos, después de un análisis estadístico se selecciona el modelo de Ertekin-Yaldiz para utilizarse como estimador de radiación en la ciudad de Lambayeque el cual utiliza la temperatura promedio diaria como dato de entrada. El prototipo del dispositivo electrónico será implementado utilizando un Arduino y estará equipado con una celda solar, un sensor de humedad y temperatura y un sensor de corriente y voltaje. El dispositivo medirá la temperatura cada 15 minutos y al final del día calculará la temperatura promedio diaria a partir de la cual utilizando el modelo matemático calculará el valor de la radiación solar global diaria en kWh/m /día. Para los cálculos los datos de temperatura fueron proporcionados por el Servicio Nacional de Meteorología e Hidrología del Perú SENAMHI, mientras que los valores promedios mensuales de radiación se obtuvieron de la base de datos de la NASA. Posteriormente el dispositivo medirá la potencia producida por la celda solar (midiendo la corriente y la tensión en la celda solar) esta potencia depende de la radiación solar por lo que mediante una adecuada ecuación de regresión se podrá determinar la curva de radiación solar diaria. Para predecir la radiación solar diaria utilizaremos dos métodos, primero utilizando el modelo matemático y datos de temperatura provistos por bases de internet y finalmente mediante una red neuronal artificial (RNA). El valor promedio de irradiación solar global obtenido fue de 5.38 kWh/m2, proporcionando una energía total anual de 1.96 MWh/m2. Estos resultados se aplicarán a la simulación de sistemas fotovoltaicos instalados en la localidad de Lambayeque, Perú. 2