Fondef Fondo de Fomento al Desarrollo Científico y Tecnológico

Septiembre, 2011. Desde 2006, un equipo de profesionales de la PUC se encuentra trabajando en un interesante proyecto de prospección solar. Su objetivo es disminuir la incertidumbre para el desarrollo de esta energía con un mínimo riesgo financiero. Fuente: Electricidad

Rodrigo Escobar y Alberto Ortega

Con el objetivo de disminuir los riesgos financieros y facilitar la instalación de proyectos de electricidad o calor basados en energía solar, un grupo de profesionales de la Pontificia Universidad Católica de Chile (Puc) decidió prospectar las condiciones de radiación solar en el norte de Chile hasta la Isla Grande de Chiloé.

El proyecto, llamado “Evaluación del Recurso Solar en Chile, formulación de Escenarios Energéticos y apoyo en la toma de decisiones”, gestado en 2006, fue financiado por Fondef, además de otras instituciones asociadas. El trabajo en terreno comenzó en enero de 2010 y los primeros resultados se esperan para finales de este año. Si todo marcha bien, en 2013 se tendrá una estimación total de la radiación total de nuestro país.

Esta investigación se compone de 12 estaciones de medición ubicadas en varios lugares del territorio nacional que son monitoreados por un grupo de cuatro profesionales expertos en energía solar. “El trabajo lo realizamos con un equipo muy bien calificado compuesto de varios ingenieros con postgrado; todos ellos tienen estudios formales en energía solar y en instrumentación, han hecho estudios, pasantías y estadías de investigación en el extranjero, además de publicar artículos en revistas científicas, por lo que nuestro equipo es de nivel mundial”, cuenta Rodrigo Escobar (36), ingeniero mecánico, doctorado en Carnegie Mellon, académico de la PUC y líder de esta investigación. “El área de prospección que cubre el proyecto es extensa; prácticamente todo Chile: desde la Línea de la Concordia hasta el sur de la Isla Grande de Chiloé”, dice Escobar, quien adelanta algunos resultados: “Hemos medido niveles de radiación directa sobre 3.300 kWh/m2 al año, con máximos diarios sobre 1.200 W/m2”, dice.

Proyecto

El proyecto busca resolver una imperiosa necesidad detectada hace algunos años. “El problema es que no existen bases de datos que sean habilitantes para ejecutar proyectos de energías renovables, cosa que es extensiva también en menor medida a recursos como el viento, recursos hídricos o geotermia. Si uno empieza a mirar las bases de datos disponibles sobre energía solar, ninguna cumple con las condiciones mínimas para diseñar un proyecto con baja incertidumbre, por lo que adicionalmente ninguna cumple con los requisitos establecidos en normas y procedimientos internacionales para financiar proyectos”, dice.

Cuando detectaron esta necesidad, el equipo decidió estudiar las características de las bases de datos y encontraron que a nivel mundial se hacen cosas muy distintas a las que se han hecho en Chile. Esencialmente, las buenas prácticas internacionales establecen que una prospección debe realizarse con estimaciones de radiación mediante procesamiento de imágenes satelitales que después se comparan y validan con mediciones en estaciones terrestres.

Por eso, formularon este proyecto que replica lo que se hace en el extranjero (Brasil, Alemania, Estados Unidos), junto con la última tecnología en equipos de medición. “Importamos desde Brasil un algoritmo de transferencia radiativa en la atmósfera, que toma como entrada las imágenes de satélites y a partir de ellas, junto con los parámetros climáticos de Chile –tales como humedad, temperatura, presión atmosférica, visibilidad, además de la topografía digital–, se puede hacer un balance de energía en la atmósfera”, explica Alberto Ortega (33), también investigador del proyecto. Con eso se sabe cuánta radiación solar ingresa y sale de la Tierra. Junto con los parámetros climáticos, se hace un modelo de atmósfera que permite calcular la atenuación de radiación tanto desde el espacio exterior hasta la superficie de la Tierra y viceversa; con esos cálculos se puede estimar la radiación incidente en la superficie de alguna zona determinada.

Posteriormente, los resultados se comparan con las mediciones de las estaciones terrestres, lo que le permite al equipo de profesionales acotar la incertidumbre y errores del modelo y con eso se obtienen estimaciones de radiaciones que cumplen con todas las normas de procedimientos internacionales para habilitar tanto el diseño como el financiamiento de proyectos de energía solar.

Para cumplir con los objetivos del proyecto se debe crear bases de datos de años típicos meteorológicos, series temporales de largo plazo con los componentes de la radiación (global, difusa, directa, directa en plano normal o DNI) para que los proyectos se puedan desarrollar con mínima incertidumbre en cuanto a los datos. “Y eso significa generar promedios, tendencias temporales de largo plazo, bases de datos horarias, y una vez que se tienen esos datos, que disminuyen la incertidumbre, puedes reducir el riesgo financiero de los proyectos”, complementa Escobar.

Ortega cuenta que no basta con decir que en Chile hay 3.000 kWh/m2 en el desierto, lo importante es bajo qué condiciones se cumple, si eso corresponde a un promedio y qué tan desviado está del promedio de largo plazo. “Es necesario entregar un promedio, un mínimo y un máximo histórico, además de la desviación estándar de los datos. Posteriormente, para diseñar y simular cualquier proyecto, es necesario tener bases de datos horarios, es decir cada una de las 8.760 horas de los datos de radiación y calcular su variación respecto de los promedios. Si no dispones de datos confiables con baja incertidumbre, no es posible saber de cuánta radiación estás hablando”, complementa Alberto Ortega.

Timing

Actualmente el proyecto se encuentra en la mitad de su periodo de ejecución, específicamente en la etapa de validación del modelo satelital, y se espera que en enero de 2013 lo finalicen ya con resultados concretos. “Tenemos un nivel de avance bastante bueno, lo que nos permitiría difundirlo y distribuir algunos resultados a público a fines de año. Entre septiembre y diciembre deberíamos empezar a tener datos validados. De ahí viene una etapa de presentación de resultados, hay que crear un Atlas Solar, poner los datos a disposición en la Web… es decir, todas las actividades relacionadas más con la difusión de los resultados posteriormente a las etapas de investigación”, cuenta Escobar.

El proyecto es financiado por Fondef de Conicyt, en el que participan la Pontificia Universidad Católica de Chile en colaboración con la Dirección Meteorológica de Chile y el Instituto Geográfico Militar (IGM), además del Instituto Nacional de Pesquisas Espaciales (Inpe) de Brasil, organismo extranjero ampliamente reconocido en la comunidad científica y tecnológica, con el cual mantienen una amplia colaboración. “Los investigadores de Inpe y de la Puc constantemente mantienen un intercambio científico que incluye visitas y estadías de investigación en ambos países. La colaboración internacional es muy importante para nuestro proyecto, en el marco del cual hemos publicado artículos científicos y un manual de buenas prácticas en evaluación de recursos de energía renovable junto al Centro de Energía Renovable (CER) de Chile”, indica. Por otro lado, participan en el proyecto como socios industriales las empresas Abengoa Chile y Abengoa Solar NT, empresa multinacional con casa matriz en España.

“Estos datos pueden servir tanto para una planta fotovoltaica o una planta de concentración solar para calor o generación termosolar de electricidad; en resumen, servirán para cualquier proyecto solar de pequeña o gran escala que necesite datos precisos y confiables donde se conozca la magnitud del dato, y la incertidumbre asociada, que requiera respaldo científico y técnico de acuerdo a normas y procedimientos internacionales, donde esté totalmente establecido el procedimiento de medición”, finaliza Escobar.

Equipos esenciales

Dentro de los principales equipos usados por los investigadores, se cuentan rastreadores solares, medidores de radiación ultravioleta, piranómetros para medir la radiación global y difusa, pirheliómetros para medir la DNI, y pirgeómetros para medir infrarrojo de onda larga; todo eso acompañado con sensores de variables atmosféricas tales como sensores de temperatura, humedad relativa, velocidad y dirección del viento. “Tenemos equipos precisos y delicados, que se utilizan bajo condiciones de laboratorio y otros equipos robustos para su utilización en lugares aislados que requieren mínima supervisión y mantenimiento sin perder precisión”, dice Escobar.

Ficha técnica

Rodrigo Escobar (36) es ingeniero civil mecánico de la Universidad de Santiago (Usach), Master y Doctorado en Ingeniería Mecánica de Carnegie Mellon University, y actualmente es profesor asociado de la Pontificia Universidad Católica. Desde 2007 se convirtió en el director del programa académico de Magíster en Ingeniería de la Energía. Además, es Director del Area de Energía Solar de Dictuc y realiza actividades de docencia, investigación, consultoría y administración interna en la universidad.

Alberto Ortega (33) es ingeniero civil mecánico de la Puc, con especialización en Energía Solar en la Universidad Federal de Santa Catarina y el Inpe de Brasil. En 2010 obtuvo el premio al mejor alumno de Ingeniería Mecánica, y el premio Dictuc a la memoria que más aporta al desarrollo del país. Se desempeña como investigador e ingeniero del proyecto Fondef D08i1097, y es subgerente del Area de Energía Solar de Dictuc.