El Instituto de Geofísica calibrará 133 sensores de radiación solar

Cualquier fenómeno meteorológico tiene su origen en la radiación solar y medirla ayuda a implementar modelos que sirvan para conocer o predecir el clima. Pero no sólo eso, saber cuánta energía nos llega del sol podría, en un futuro, repercutir en los bolsillos de los mexicanos, ya que si sabemos en qué parte de la República se recibirá más y cuánta será posible planear cómo optimizar el uso de energía en nuestra casa, así como qué tipo de inversión en materia energética se debe apoyar y promover en México. 

En la actualidad, la mayor parte de la energía que se consume en el país es a través de combustibles fósiles, los cuales tienen un ciclo de vida, por lo que la energía solar es un recurso que se está evaluando para ser aprovechada por el hombre. Derivada del área de investigación en climatología solar, la evaluación del recurso solar ha sido un proyecto que se empezó a trabajar desde hace algunos años en el Instituto de Geofísica de la UNAM.

Un observatorio universitario

En 1957 empezó a funcionar el Observatorio de Radiación Solar en el Instituto de Geofísica. Tuvo como primera función medir la cantidad de energía solar en superficie y sobre todo estaba enfocado en proporcionar datos que alimentaran modelos del clima. A lo largo del tiempo ha ido modificando y sumando parámetros a sus funciones, tales como radiación difusa y directa, radiación global y duración de la insolación. Cabe destacar que esta institución tiene dos estaciones solarimétricas, una está ubicada en Ciudad Universitaria, y la otra se encuentra en Orizabita, Hidalgo, en pleno Valle del Mezquital. Siendo las únicas estaciones que cumplen, en nuestro país, con todos los requisitos que marca la Organización Meteorológica Mundial.

El Observatorio de Radiación Solar de la UNAM cuenta también con un espectrofotómetro Dobson que mide el espesor de la capa de ozono. Este instrumento es parte de la Red Mundial de Monitoreo de Ozono y sirve como un punto de referencia para la calibración de los satélites que están orbitando la Tierra y que miden esta capa.

Asimismo este Observatorio es un Centro Regional para la Medición de la Radiación Solar avalado por la Organización Meteorológica Mundial, organismo internacional que garantiza que esta institución tiene la capacidad técnica y científica para calibrar y generar datos confiables. En Centroamérica, Norteamérica y el Caribe hay tres instituciones con este aval, una se ubica en Estados Unidos, otra en Canadá y la tercera en la UNAM.

“Nosotros podemos realizar calibraciones de sensores de radiación solar, evaluar el recurso solar,  la climatología solar y planear una red. Todo ese trabajo que hacemos alrededor de la medición de la radiación está certificado por el máximo organismo a nivel mundial, y a la vez podemos calibrar su sensor y le otorgamos un certificado, el cual tiene validez en cualquier parte del mundo”, comentó el doctor Mauro Valdés Barrón, responsable del Observatorio.

Medir la energía solar

Desde hace más de 10 años el Servicio Meteorológico Nacional cuenta con una red de Estaciones Meteorológicas conocida como EMAS. Está encargada de medir parámetros meteorológicos, de los cuales se envía una muestra cada 10 minutos a un satélite meteorológico y luego es retrasmitida a la superficie. Su primera función fue la de evaluar aspectos hidrológicos; sin embargo al contar con sensores de radiación solar, la red puede servir para evaluar el recurso solar.

Uno de los problemas principales es que estos sensores no se encuentran calibrados, lo cual es importante para reportar datos confiables de radiación solar en todo el país. Al respecto el investigador universitario comentó que en México no existe un mapa confiable sobre evaluación de la energía solar y aunque se han realizado muchos esfuerzos por obtener datos precisos esto no ha sido posible por la falta de calibración de los sensores. 

Calibrar una red tan grande era complicado, se buscaron distintas opciones para lograr este objetivo y fue hasta que la Secretaría de Energía del gobierno federal promovió una convocatoria sobre trabajos relacionados con radiación solar fue así como el Instituto de Geofísica y el Servicio Meteorológico Nacional pudieron contar con el financiamiento para realizar la calibración. 

Bajo esta premisa el grupo de trabajo del doctor Mauro Valdés Barrón, del Instituto de Geofísica, participa en el proyecto Calibración de una red nacional de sensores de radiación solar y de su base de datos. Recobro, validación y publicación de 133 estaciones, con el cual se espera validar la información para lograr una base de datos confiable para el aprovechamiento de este recurso.

Los investigadores universitarios serán los responsables de realizar la calibración de los 133 sensores. En esta red existen tres tipos de estaciones, pero todas con un mismo tipo de sensor, situación que de alguna manera facilita el proceso de calibración y validación de información.

“Es una red que está probada porque tiene más de 10 años funcionando y sigue trabajando. Además vamos a validar la base de datos, rescatar toda la información que sea posible y tener 133 puntos de referencia en la república, en diferente clima, vegetación, topografía y altitud, aspectos que pueden servir para calibrar los resultados derivados de nuestras imágenes de satélite y mejorar los modelos para obtener mapas que estén reportando radiación solar confiable”, comentó el investigador.

Calibración de los equipos

A diferencia de otros elementos del clima, medir la radiación solar no es fácil, pues es necesario contar con ciertos equipos especializados, darles mantenimiento constante y hacer calibraciones de ellos cada año.

“Nosotros empezamos a trabajar en ese aspecto. En otros países que ya llevan mucho camino andado han obtenido datos confiables de medición de energía solar y han desarrollado gráficas de energía solar disponible, lo cual no es muy complicado, pero sí lo es mantener el equipo. Mientras no se llegue a tener una base de datos confiable, no se puede hacer todo lo demás”, comentó el doctor Mauro Valdés Barrón. 

Existen distintos procedimientos para calibrar un instrumento. Para los investigadores universitarios lo más importante es que la constante del instrumento, que es la relación entre lo que llega de energía solar y el voltaje que produce el instrumento, sea la correcta para que cada año reporte información confiable. Además deben de monitorear cómo se comporta esa relación, por lo que cuando tenga una tendencia a bajar o a subir será necesario cambiar la constante de calibración para que siga reportando información real. 

Para saber cuánto se debe ajustar la constante de un instrumento se puede utilizar un simulador solar en el laboratorio o también compararlo contra otro instrumento, que se sabe que funciona perfectamente. Para realizar este trabajo en el Instituto de Geofísica cuentan con un instrumento de referencia internacional conocido como pireliometro de cavidad.

“Cada cinco años en el Centro Mundial de Radiación, se ve cuáles son los instrumentos más estables. Se ponen a medir y son esos equipos los que conforman el grupo de referencia, a partir de ahí los otros pireliometros se calibran y se cambia la constante para que mida lo mismo que los de dicho grupo”, comentó el doctor Valdés Barrón.

Cuando las estaciones estén calibradas se podrán realizar modelos en los que se tomarán los 133 puntos de referencia de la Red, con el fin de que los datos que se obtengan de las imágenes del satélite sean iguales a lo que se mide en superficie, no importando que las condiciones geográficas o de clima sean distintas de un punto a otro. Además, calibrando cada punto de referencia al modelo se podrá ajustar y reportar una cifra confiable de la cantidad de energía que está llegando a la superficie, lo cual se podrá generalizar para todo el país y se contará con esta información cada media hora.

Para el doctor Mauro Valdés Barrón es importante que la UNAM participe en este proyecto de repercusión nacional, del cual se espera obtener información confiable sobre radiación solar en superficie. Los datos obtenidos permitirán, entre otras cosas, ubicar a las mejores zonas en todo el país en donde se pueda aprovechar mejor este recurso natural a diferentes niveles, ya sea en la vida cotidiana o en la generación de electricidad por medio de grandes inversiones, como son las plantas termosolares.