¿Qué precisión tienen los datos de irradiación de SolarAnywhere®? Son lo suficientemente precisos como para identificar un error de calibración no detectado en una de las estaciones de referencia más fiables del país.
La figura 1 presenta la Irradiancia Normal Directa (DNI) y la Irradiancia Horizontal Global (GHI) medidas en el Estación SURFRAD de Fort Peck, Montana y la basada en el satélite SolarAnywhere GHI en días claros comparables de 2013 y 2015 (31 de julio de 2013 y 31 de julio de 2015). El DNI medido (gráfico de la izquierda) es casi idéntico para ambos años. El GHI de SolarAnywhere (gráfico de la derecha) es casi idéntico para ambos años. El GHI medido (gráfico central), sin embargo, no lo es. El GHI medido en 2015 es sustancialmente inferior al GHI medido en 2013.
No hay ninguna causa física directa que explique por qué la observación del GHI de 2015 sería más baja mientras el DNI permanece constante. Llegamos a la conclusión de que hubo un error de calibración del GHI en la estación SURFRAD. Posteriormente, el operador de la estación SURFRAD fundamentan esta conclusión.
Consulta de los usuarios de SolarAnywhere
Un usuario de SolarAnywhere desencadenó la investigación sobre este asunto. El usuario estaba comparando los datos de SolarAnywhere con los de la estación de tierra de Fort Peck. Fort Peck forma parte de las 7 estaciones Red SURFRAD operadas por la NOAA en los EE.UU. Forma parte de la Red de Radiación Superficial de Referencia (BSRN). Fort Peck es una fuente fiable de datos de irradiación sobre el terreno. Los modelos de recursos solares, como SolarAnywhere, utilizan estos datos con fines de evaluación comparativa.
El usuario de SolarAnywhere observó discrepancias inexplicables entre los dos conjuntos de datos. El usuario informó de que la variabilidad interanual no siempre se ajustaba a las observaciones terrestres de Fort Peck. La figura 2 compara el GHI anual medido con el GHI de SolarAnywhere. Los datos de SolarAnywhere son significativamente más altos que las mediciones en tierra en 2015.
Investigación adicional sobre el error de calibración
El resultado de 2015 superó ligeramente el margen de error publicado del modelo no sintonizado. Nuestra primera suposición fue que se trataba de un nivel de incertidumbre aceptable. Sin embargo, uno de los puntos fuertes de los datos satelitales es la capacidad de proporcionar un recurso de evaluación a largo plazo que tiene en cuenta con precisión la variabilidad interanual. Esto es beneficioso para los desarrolladores y planificadores. Decidimos investigar más a fondo esta cuestión.
Un examen más detallado de los datos horarios reveló la naturaleza subyacente de la diferencia de tendencia observada. La figura 3 compara el GHI de SolarAnywhere con las mediciones de Fort Peck SURFRAD en 2013 y 2015.
El mayor sesgo de SolarAnywhere en 2015 es visible a través de los eventos de condiciones de cielo despejado; es decir, los puntos densamente concentrados cerca de la línea 1-1 durante condiciones de mayor irradiación. Hay una estrecha alineación entre los puntos de cielo claro detectados por los datos de tierra y de SolarAnywhere en 2013. Los datos de SolarAnywhere son sistemáticamente superiores a las mediciones en tierra en 2015.
No hay diferencias significativas en las entradas de turbidez del modelo de satélite (es decir, AOD y agua precipitable) que subyacen a los cálculos de cielo despejado entre los dos años. La diferencia de la figura 3 debe proceder de las observaciones en tierra.
La Figura 4 compara los eventos de cielo despejado medidos por GHI en 2013 y 2015. Cada punto del gráfico de dispersión corresponde a las condiciones en las que el GHI de SolarAnywhere estuvo por encima del 92% de las condiciones de cielo despejado (es decir, Kt*> 0,92) en ambos años para el mismo día natural y la misma hora. La muestra de puntos coincidentes indica una disminución media de ~ 3,4% del GHI de condiciones de cielo despejado observado de 2013 a 2015.
Fuente de error
¿A qué se debe este descenso de los datos terrestres en 2015? ¿Se debió a una mayor turbidez en 2015 como consecuencia de una intensa temporada de incendios en el oeste de Estados Unidos? ¿O se debió a un cambio en la calibración de los instrumentos? Lo primero demostraría que el modelo de satélite tiene limitaciones porque no es lo suficientemente preciso para adaptarse a las condiciones cambiantes de turbidez. Lo segundo sugeriría que SolarAnywhere puede identificar problemas de calibración.
Examinamos el DNI medido independientemente en la estación de Fort Peck para responder a esta pregunta. El examen del DNI amplificará cualquier disminución del GHI si la causa es una mayor turbidez. Repetimos el procedimiento de la Figura 4 para el DNI, seleccionando puntos coincidentes con el calendario y la hora del día por encima de un umbral de cielo despejado en ambos años. La figura 5 presenta los resultados.
Los resultados muestran que no hay un cambio apreciable en los eventos de DNI de cielo claro en Fort Peck entre 2013 y 2015. Es físicamente imposible tener una reducción del GHI de cielo claro sin una reducción del DNI de cielo claro concurrente y mayor. Solo podemos concluir que la calibración de 2015 del instrumento SURFRAD GHI fue menor en 2015 que en 2013.
El ejemplo descrito en la figura 1 ilustra y confirma esta conclusión. Además, utilizamos la irradiancia difusa y el DNI medidos independientemente para calcular el GHI. Comprobamos que la GHI medida indirectamente a través de la irradiancia difusa y el DNI era casi idéntica en ambos años. Esto confirma la tesis de un error de calibración de la GHI.
Confirmación de la NOAA
Hemos confirmado este resultado con una consulta a la NOAA. El personal cambia los instrumentos SURFRAD cada año en septiembre. En efecto, hubo problemas de desajuste de calibración con el sensor GHI que abarcó gran parte de 2015. La NOAA está corrigiendo este problema. Afortunadamente, esto no afectará a los estudios de evaluación del modelo climático de la BSRN, ya que se basan en el método preferido de medición indirecta del GHI a partir del DNI y la difusión.
Conclusión
De este trabajo extraemos tres conclusiones. En primer lugar, SolarAnywhere es una fuente fiable de datos relativos de recursos solares a largo plazo. Es lo suficientemente precisa como para identificar los problemas de calibración de uno de los conjuntos de datos de irradiación más fiables del país.
En segundo lugar, la sintonización de datos de los satélites es tan buena como los instrumentos utilizados para la sintonización. El usuario debe confirmar la calibración y el mantenimiento adecuados antes de proceder a la sintonización de los datos.
En tercer lugar, este ejercicio confirma que es más seguro utilizar el DNI y el difuso para calcular la GHI en las aplicaciones de la verdad sobre el terreno si estos dos componentes están disponibles, se miden de forma independiente y se calibran y mantienen de forma fiable. Esto concuerda con Organización Meteorológica Mundial y las recomendaciones de otros.