Con qué medimos

Instrumentación

Un laboratorio de medida vale lo que valen sus instrumentos y lo que se sabe de ellos. Esto es lo que hay y para qué sirve cada cosa.

Estaciones de medida

Dónde se mide

El laboratorio opera dos estaciones de radiación solar en la azotea de la Escuela de Física. Una da la medida de referencia; la otra, el detalle espectral. Juntas describen el recurso solar de Arequipa mejor que casi cualquier punto del país.

Kipp & Zonen

Estación de radiación BSRN

Mide por separado las tres componentes de la radiación solar que llega al suelo —global, difusa y directa— con instrumental y criterio de la Baseline Surface Radiation Network, la red de referencia en radiación de superficie. Es la vara de medir del laboratorio: contra sus series se contrastan los sensores construidos aquí y las estimaciones de recurso solar que se entregan a terceros.

Radiación global, difusa y directa medidas de forma independiente
Radiómetros Kipp & Zonen, el estándar de la red BSRN
Registro continuo: de aquí salen las series históricas del laboratorio
Referencia frente a la que se calibra la instrumentación propia

Web del fabricante

Seguidor solar EKO STR-21G con dos radiómetros y el tubo del pirheliómetro apuntando al sol. — Imagen: EKO Instruments

EKO Instruments

Estación espectral EKO

Dos espectrorradiómetros trabajando juntos, el MS-711 y el MS-713, que descomponen la luz solar longitud de onda a longitud de onda en lugar de resumirla en un único valor de irradiancia. Entre los dos cubren de 300 a 2500 nm: prácticamente toda la energía que el Sol entrega en superficie. Muy pocas estaciones en el Perú miden el recurso solar con este detalle.

MS-711 (300–1100 nm) y MS-713 (900–2500 nm) en la misma plataforma
Cobertura continua del ultravioleta al infrarrojo de onda corta
Permite saber de qué está hecha la luz, no solo cuánta hay
Base de los estudios de respuesta espectral de módulos fotovoltaicos

Web del fabricante

Instrumentos

El núcleo del laboratorio

Estos tres instrumentos son los que permiten describir el recurso solar con detalle espectral y seguir el estado de la atmósfera que lo modula. Se incorporaron con el proyecto de equipamiento de la UNSA para metrología y calibración en energías renovables y ciencias atmosféricas (contrato EC-25-2019-UNSA).

EKO Instruments MS-711

Espectrorradiómetro de red UV-VIS-NIR

Mide el espectro de la radiación solar que llega al suelo, longitud de onda a longitud de onda, en lugar de dar un único valor de irradiancia total. Es lo que permite saber de qué está hecha la luz que reciben aquí un panel fotovoltaico o un cultivo, y no solo cuánta hay.

Rango espectral de 300 a 1100 nm (ultravioleta, visible e infrarrojo cercano)
Paso de 0,4 nm y anchura de banda de unos 7 nm
Detector estabilizado en temperatura, para intemperie permanente
Instalado en la estación espectral EKO, junto al MS-713

Ficha del fabricante

Espectrorradiómetro EKO MS-711: cúpula blanca con la ventana óptica azul en el centro, sobre su base metálica. — Imagen: EKO Instruments

EKO Instruments MS-713

Espectrorradiómetro de red NIR

Extiende la medida espectral hacia el infrarrojo. Trabajando junto al MS-711, el laboratorio cubre el espectro solar de 300 a 2500 nm: prácticamente toda la energía que el Sol entrega en superficie.

Rango espectral de 900 a 2500 nm (infrarrojo cercano)
Junto al MS-711 cubre de 300 a 2500 nm
Detector estabilizado en temperatura
Instalado en la estación espectral EKO, junto al MS-711

Ficha del fabricante

Espectrorradiómetro EKO MS-713: cúpula blanca con ventana óptica azul sobre un cuerpo de aletas de refrigeración. — Imagen: EKO Instruments

Campbell Scientific SkyVUE8

Ceilómetro LIDAR

Dispara pulsos láser hacia arriba y mide lo que la atmósfera devuelve. Con eso determina la altura de la base de las nubes y el perfil vertical de aerosoles. Es la pieza que une las dos líneas del laboratorio: la nube que tapa el sol y el aerosol que ensucia el aire salen del mismo dato.

Alcance de 8 km en perfil de retrodispersión
Detecta hasta cinco capas de nubes y la visibilidad vertical
Se inclina hasta 24°, para que el sol no entre nunca en la óptica
Cumple las recomendaciones de la OACI y de la OMM

Ficha del fabricante

Ceilómetro LIDAR Campbell Scientific SkyVUE8: caja vertical blanca sobre su base inclinable, con la ventana óptica en la parte superior. — Imagen: Campbell Scientific

Inventario

Todo el equipamiento

12 equipos, de los cuales 4 están diseñados y construidos en el propio laboratorio.

Medida de la radiación solar

Instrumentos que miden cuánta energía llega del Sol y cómo se reparte por el espectro. Son la base de todo lo demás.

Espectrorradiómetro de red UV-VIS-NIR

EKO Instruments · MS-711

Mide el espectro de la radiación solar que llega al suelo, longitud de onda a longitud de onda, en lugar de dar un único valor de irradiancia total. Es lo que permite saber de qué está hecha la luz que reciben aquí un panel fotovoltaico o un cultivo, y no solo cuánta hay.
- Rango espectral de 300 a 1100 nm (ultravioleta, visible e infrarrojo cercano)
- Paso de 0,4 nm y anchura de banda de unos 7 nm
- Detector estabilizado en temperatura, para intemperie permanente
- Instalado en la estación espectral EKO, junto al MS-713
Ficha del fabricante
Espectrorradiómetro de red NIR

EKO Instruments · MS-713

Extiende la medida espectral hacia el infrarrojo. Trabajando junto al MS-711, el laboratorio cubre el espectro solar de 300 a 2500 nm: prácticamente toda la energía que el Sol entrega en superficie.
- Rango espectral de 900 a 2500 nm (infrarrojo cercano)
- Junto al MS-711 cubre de 300 a 2500 nm
- Detector estabilizado en temperatura
- Instalado en la estación espectral EKO, junto al MS-711
Ficha del fabricante
Piranómetro

Kipp & Zonen

Mide la irradiancia solar global sobre superficie horizontal. Forma parte de la estación de radiación y es el instrumento de referencia contra el que se contrastan los sensores desarrollados en el propio laboratorio.
- Medida de irradiancia solar global
- Instrumento de referencia para calibración

Atmósfera y meteorología

Qué hay entre el Sol y el suelo: nubes, aerosoles y las variables meteorológicas que explican el resto de las medidas.

Ceilómetro LIDAR

Campbell Scientific · SkyVUE8

Dispara pulsos láser hacia arriba y mide lo que la atmósfera devuelve. Con eso determina la altura de la base de las nubes y el perfil vertical de aerosoles. Es la pieza que une las dos líneas del laboratorio: la nube que tapa el sol y el aerosol que ensucia el aire salen del mismo dato.
- Alcance de 8 km en perfil de retrodispersión
- Detecta hasta cinco capas de nubes y la visibilidad vertical
- Se inclina hasta 24°, para que el sol no entre nunca en la óptica
- Cumple las recomendaciones de la OACI y de la OMM
Ficha del fabricante
Estación meteorológica automática

Davis Instruments

Registra en continuo temperatura, humedad relativa, presión, viento y precipitación. Sin estas variables, un dato de radiación o de material particulado se queda a medias: no se puede interpretar sin saber qué hacía la atmósfera.
- Temperatura y humedad relativa
- Velocidad y dirección del viento
- Presión atmosférica y precipitación

Ensayo fotovoltaico

Instalación experimental y equipos para caracterizar módulos y sistemas en condiciones reales de operación.

Sistema fotovoltaico conectado a red

Instalación experimental en la azotea de la Escuela de Física. No es una demostración: es el objeto de estudio del que salen las series de rendimiento real, degradación y pérdidas por polvo que publica el laboratorio.
- 3,3 kWp: 12 módulos de 275 Wp e inversor de 3 kW
- Monitorizado en continuo desde su instalación
- Base experimental de varias tesis y publicaciones
Trazador de curvas corriente-tensión
Desarrollado aquí

Caracteriza módulos fotovoltaicos midiendo su curva I-V completa, de donde salen la potencia máxima real y el estado de salud del módulo. Diseñado y construido en el laboratorio.
Sistema de seguimiento del punto de máxima potencia
Desarrollado aquí

Mantiene un panel trabajando en su punto óptimo mientras cambian la irradiancia y la temperatura. Desarrollado en el laboratorio, es la base de la técnica de medida de pérdidas por polvo que el grupo llevó a patente.

Laboratorio y caracterización

Equipos de banco para caracterizar materiales y para ensayos de larga duración.

Espectrofotómetro UV-Visible

Shimadzu

Determina cómo absorbe y transmite la luz un material. Se usa para caracterizar películas delgadas, vidrios de cubierta para captadores solares y disoluciones.
- Medida de transmitancia y absorbancia
- Caracterización óptica de películas delgadas y vidrios
Sistema de adquisición de datos

Graphtec · midi LOGGER GL800

Registrador multicanal para ensayos de larga duración, donde hay que seguir varias señales a la vez durante días o semanas.
Banco de ensayo de termas solares
Desarrollado aquí

Permite evaluar sistemas de calentamiento de agua con energía solar conforme a la Norma Técnica Peruana. Construido en el laboratorio.