Estimación y pronóstico de radiación solar en el valle de Aburrá – Colombia

Abstract

El diagnóstico y pronóstico de la irradiancia solar en superficie son elementos importantes para el aprovechamiento del recurso solar. En este estudio se evaluó el desempeño del reanálisis ERA5, las estimaciones satelitales del GOES16 y los pronósticos del Weather Research and Forecasting model (WRF) mediante mediciones en un sitio en el Valle de Aburrá. El análisis se concentró en los ciclos diurnos, el comportamiento estacional y las variaciones interanuales de las estimaciones de irradiancia solar en superficie y energía acumulada diaria. En general, el reanálisis produjo estimaciones más cercanas a las observaciones que los datos derivados del GOES16. A escala diaria, el ERA5 presentó menores sesgos (entre 0,01 y 1,05 kWh/) que los estimaciones del GOES16 (entre -1,23 y 1,07 kWh/). Las estimaciones del ERA5 evidenciaron que la radiación solar fue mayor durante los eventos de El Niño, especialmente en la temporada de diciembre-enero-febrero, con un aumento promedio del 10 % con respecto a las condiciones neutrales o de La Niña. Por otra parte, los pronósticos del WRF exhibieron errores de sesgo medio (MBE) de alrededor del 20 % y errores cuadráticos medios (RMSE) de alrededor del 50 %, semejantes a los de otros estudios. Los análisis de correlaciones mostraron, además, que el WRF puede representar de forma adecuada las variaciones horarias y diarias de la radiación, con correlaciones entre 0,86 y 0,81, respectivamente. Tanto en las estimaciones para el diagnóstico del ERA5 y del GOES16, como en los pronósticos del WRF, los mayores errores se encontraron en días y temporadas de mayor nubosidad y lluvias.

The diagnosis and prognosis of solar irradiance on the surface are important elements for the use of the solar resource. This study evaluated the performance of the ERA5 reanalysis, the GOES16 satellite estimates, and the Weather Research and Forecasting model forecasts.(WRF) through measurements at a site in the Aburrá Valley. The analysis focused on the diurnal cycles, the seasonal behavior and the interannual variations of the estimates of surface solar irradiance and daily accumulated energy. In general, the reanalysis produced estimates closer to the observations than the data derived from the GOES16. On a daily scale, the ERA5 presented less bias (between 0.01 and 1.05 kWh/) than the GOES16 estimates (between -1.23 and 1.07 kWh/). The ERA5 estimates showed that solar radiation was higher during El Niño events, especially in the December-January-February season, with an average increase of 10% over neutral or La Niña conditions. Besides, the WRF forecasts exhibited mean bias errors (MBE) of around 20% and root mean square errors (RMSE) of around 50%, similar to other studies. The correlation analyzes also showed that the WRF can adequately represent the hourly and daily variations of radiation, with correlations between 0.86 and 0.81, respectively. Both in the estimates for the diagnosis of the ERA5 and GOES16, as well as in the WRF forecasts, the greatest errors were found on days and seasons of greatest cloudiness and rain. respectively. Both in the estimates for the diagnosis of the ERA5 and GOES16, as well as in the WRF forecasts, the greatest errors were found on days and seasons of greatest cloudiness and rain. respectively. Both in the estimates for the diagnosis of the ERA5 and GOES16, as well as in the WRF forecasts, the greatest errors were found on days and seasons of greatest cloudiness and rain.