El proyecto

El Grupo de Radiación Solar del CIEMAT lleva trabajando más de 20 años en el tratamiento de imágenes de satélite para el cálculo de la radiación solar. El fruto de esta actividad ha dado lugar a cinco tesis doctorales y la publicación de numerosos artículos científicos, a los que hay que añadir otros tantos artículos divulgativos y cursos de formación.

A través del portal ADRASE pretendemos poner información de la radiación solar al alcance de cualquier posible interesado. Así, ADRASE permite la consulta y descarga de datos de radiación solar media mensual representativa de un largo periodo, con una resolución aproximada de 5x5 km.

Este proyecto tiene su origen en un desarrollo de CIEMAT a petición de la Unión Española Fotovoltaica (UNEF). Así, en marzo de 2012 ambas instituciones firmaron un acuerdo de colaboración estableciendo los objetivos de un primer desarrollo que permitiera el acceso a los mapas de radiación solar estimados por CIEMAT a partir del tratamiento de imágenes de satélite.

La colaboración de Irsolav en este proyecto ha sido fundamental y se ha centrado en la gestión de la información y la arquitectura del portal.

El objetivo global del proyecto es la estimación de la distribución espacial de la radiación solar representativa de un largo periodo. Este objetivo se subdivide a su vez en otros dos:

  • La estimación del valor de la radiación solar diaria (media mensual y anual) más probable durante un periodo de largo plazo en cada píxel. Este objetivo se aborda a través del tratamiento de imágenes de satélite desarrollado e implementado por CIEMAT.
  • La estimación de la variabilidad esperada de los valores diarios mensuales. Este objetivo se aborda a través del tratamiento de los datos medidos en más de 50 estaciones de AEMET durante más de 10 años y la posterior extrapolación espacial de la variabilidad encontrada.

La relación entre estas dos fuentes de información se muestra en la página "validación" En esta página se pueden consultar los resultados de la comparación de los datos del mapa realizado por CIEMAT con datos medidos por AEMET. Se muestran únicamente las gráficas de aquellos emplazamientos con 10 o más años de medidas ya que han sido los más relevantes para el desarrollo del trabajo, salvo en el caso de localizaciones de Canarias.

Así, en los visores de acceso a los datos de radiación solar además del valor de la radiación solar estimada a largo plazo en un lugar concreto, se suministra la estimación del rango de valores más probables de la "media mensual de los valores diarios" de un mes y año específico (entre el percentil 25 y el 75):

  • Si en una localización se dispone de un valor diario medio de un mes concreto superior al P75, podrá considerarse un mes ALTO con respecto a la media;
  • Si en una localización se dispone de un valor diario medio de un mes concreto inferior al P25, podrá considerarse un mes BAJO con respecto a la media;

Metodología de estimación de la radiación global

Para la caracterización de la variabilidad espacial de la radiación solar se ha utilizado la metodología de estimación de la radiación solar a partir de imágenes de satélite. Esta metodología ha demostrado ser una herramienta excelente, tanto para la realización de mapas del recurso solar como para el suministro de series temporales de las distintas componentes de la irradiancia solar [Zelenka, 1999], [Vignola, 2007], [Hoyer-Klick, 2009].

La metodología aplicada se basa en el tratamiento de imágenes de satélites geoestacionarios [Polo, 2012]. En concreto, se aplica una metodología desarrollada en CIEMAT [Zarzalejo, 2005], [Polo, 2009], [Zarzalejo, 2009].

De forma sencilla, una imagen de satélite en el canal visible es una medida de la radiancia de onda corta emitida desde el sistema Tierra-atmósfera en un instante determinado y sobre una ventana espacial dada; es decir, es una medida de la radiación emergente de onda corta. Los valores de radiancia recogidos por el radiómetro a bordo del satélite pueden variar de acuerdo con el estado de la atmósfera, desde situaciones de cielo despejado a situaciones de cielo completamente cubierto, y con las características en términos de reflectividad del suelo terrestre. En este sentido las imágenes de satélite ofrecen información sobre la nubosidad en un instante y lugar determinados. Así, son capaces de reproducir la mayor parte de la variabilidad asociada a la atenuación por nubosidad a través de establecer una relación funcional entre el índice de nubosidad (como estimador de la nubosidad) y el índice de cielo despejado (como estimador de la irradiancia solar en superficie).

El método parte de la estimación del índice de nubosidad en cada uno de los píxeles (unidad fundamental) de la imagen, a partir de la determinación de  ρ (albedo planetario instantáneo -es decir, la reflectancia recogida por el radiómetro a bordo del satélite-), ρg y ρc (albedo de tierra y albedo de las nubes, respectivamente). A continuación se estima, igualmente en cada uno de los píxeles de la imagen, la irradiancia global de cielo claro y finalmente la irradiancia global horizontal.

Metodología de estimación de la variabilidad esperada

Para la estimación de la variabilidad esperada en cada localización, se ha partido de los datos de radiación global horizontal medidos (son todos datos registrados con piranómetros de termopila). Se analiza la distribución de los valores de cada uno de los meses, y se estima en cada mes y localidad la distancia de los percentiles 25 y 75 al valor central. Así, se considera que estos valores de la distribución darán información de donde se encuentra el 50% central de los datos diarios, pudiendo encontrarse de todas maneras valores diarios de ese mes y localidad más allá de éstos valores.

A partir de las distancias calculadas se genera un mapa en todo el territorio de estudio a través de una interpolación IDW y esta variabilidad es aplicada a los valores de radiación estimados a partir del tratamiento de imágenes de satélite.

Bibliografía

[Zelenka, 1999].

Zelenka, A., Perez, R., Seals, R. and Renne, D., 1999. Effective accuracy of satellite-derived hourly irradiances. Theoretical and Applied Climatology. 62, 199-207.

[Vignola, 2007]

Vignola, F., Harlan, P., Perez, R. and Kmiecik, M., 2007. Analysis of satellite derived beam and global solar radiation data. Solar Energy. 81, 768-772.

[Hoyer-Klick, 2009].

Hoyer-Klick, C., Beyer, H. G., Dumortier, D., Schroedter Homscheidt, M., Wald, L., Martinoli, M., Schillings, C., Gschwind, B. t., Menard, L., Gaboardi, E., Polo, J., Cebecauer, T., Huld, T., Suri, M., de Blas, M., Lorenz, E., Kurz, C., Remund, J., Ineichen, P., Tsvetkov, A. and Hofierka, J., 2009. MESoR - Management and exploitation of solar resource knowledge. Proceedings of: SolarPACES 2009, Berlin.

[Polo, 2012]

Polo, J. 2012. Generación de Mapas de Radiación Solar a partir de Satélites Geoestacionarios. Informes Técnicos CIEMAT num.1259. ISSN: 1135 – 9420. NIPO: 721-12-030-0.

[Zarzalejo, 2005]

Zarzalejo, L. F., 2005. Estimación de la irradiancia global horaria a partir de imágenes de satélite. Desarrollo de modelos empíricos. PhD presented at Universidad Complutense de Madrid.

[Polo, 2009]

Polo, J., 2009. Optimización de modelos de estimación de la radiación solar a partir de imágenes de satélite.  PhD presented at Universidad Complutense de Madrid.

[Zarzalejo, 2009]

Zarzalejo, L. F., Polo, J., Martín, L., Ramírez, L. and Espinar, B., 2009. A new statistical approach for deriving global solar radiation from satellite images. Solar Energy. 83, 480-484.