Estimación de la distribución espectral de la radiación solar en función de las condiciones del emplazamiento

Abstract

El objeto de este proyecto es el análisis de los diferentes componentes atmosféricos y cuáles son sus zonas de actuación espectrales para así lograr estimar el espectro solar en un determinado emplazamiento. En una primera parte se analiza la situación energética actual y la urgente necesidad de un sistema energético sostenible ante los problemas medioambientales presentes. Son establecidos también los conocimientos básicos de la radiación y los fenómenos que intervienen en su paso por la atmósfera: la absorción, dispersión y reflexión atmosférica. En una segunda parte se estudian los diferentes componentes que intervienen en los fenómenos de atenuación, desde cuál es su efecto y en qué longitudes de onda del espectro a cómo es su distribución real a lo largo de la atmósfera terrestre. También se ven qué modelos se pueden utilizar para estimar la actuación de cada componente y los parámetros necesarios para poder aplicarlos según el emplazamiento. Por último, se llevan a la práctica los diferentes modelos en tres emplazamientos diferentes: Padang, Alice Spring y Pekín. Estos lugares han sido seleccionados por la notable diferencia entre las atmósferas que poseen y sus climas: tropical, desértico o árido y continental respectivamente. Gracias al estudio bibliográfico previo se pueden estimar los datos que representan a la atmósfera más característica de cada emplazamiento, y con los modelos es posible estimar la distribución espectral, habiendo definido también la transmitancia total atmosférica y de cada componente de forma individual. Finalmente es posible establecer una serie de comparaciones entre el efecto de cada componente en uno u otro emplazamiento y comprobar cuáles son los más influyentes. El análisis final se realiza respecto a la atmósfera estándar AM1.5 y la extraterrestre AM0; se definen aquellos componentes que han de ser considerados en cada región del espectro para que así puedan ser considerados en el emplazamiento que se desee a la hora de definir su espectro solar incidente.

The aim of this project is to analyse the different atmospheric components and their spectral action zones in order to define the solar spectrum in a given location. In the first part it is analysed the current energy situation and the urgent need for a sustainable energy system due to the present environmental problems. It is set out the basic knowledge of radiation and the phenomena involved in its passage through the atmosphere: atmospheric absorption, scattering or dispersion and reflection. A second part of the project studies the different components involved in attenuation phenomena, from what is its effect and at what wavelengths of the spectrum to what is its current distribution throughout the Earth’s atmosphere. It also shows which models can be used to estimate the performance of each component and the parameters needed to apply them according to the location. Afterwards, the different models are applied in three different locations: Padang, Alice Spring and Beijing. These places have been selected for the remarkable difference between the atmospheres they possess and their climates: tropical, desert or arid and continental respectively. Thanks to the previous bibliographic study, the data representing the most characteristic atmosphere of each site can be estimated, and with the models it is possible to estimate the spectral distribution, having also defined the total atmospheric transmittance and of each component individually. Finally, it is possible to make a series of comparisons between the effect of each component on one or another site and to check which are the most influential. The final analysis is performed with respect to the standard atmosphere AM1.5 and the extraterrestrial AM0; the components to be considered in each region of the spectrum are defined so that they can be considered in the desired location when defining their solar incident spectrum.