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    Ingeniare. Revista chilena de ingeniería

    versión On-line ISSN 0718-3305

    Ingeniare. Rev. chil. ing. vol.30 no.1 Arica mar. 2022

    http://dx.doi.org/10.4067/S0718-33052022000100069 

    Artículos

    Determinación y análisis temporal de la radiación solar global en el Altiplano de Puno

    Determination and temporal analysis of global solar radiation in the Puno Altiplano

    Lelia Quispe Huamán1  * 

    Guina Sotomayor Alzamora2 

    1 Universidad Nacional del Altiplano. Escuela Profesional de Ciencias Físico Matemáticas. Puno, Perú. E-mail: lquispeh@unap.edu.pe

    2 Universidad Nacional del Altiplano. Escuela Profesional de Ingeniería de Sistemas. Puno, Perú. E-mail: gsotomayor@unap.edu.pe

    RESUMEN

    El sol proporciona una fuente estable y confortable de calor, luz y es la fuente central de energía renovable. Su estudio es vital para evaluar su disponibilidad y utilidad en diversas aplicaciones para establecer recursos de energía solar utilizando energía limpia y gratuita. Este trabajo analiza la disponibilidad de radiación solar global en tres zonas ecológicas del altiplano de Puno como Circunlacustre, Puna Húmeda y Clima de Altura; involucrando catorce estaciones meteorológicas del SENAMHI desde 2007 al 2013. El modelo utilizado es el de Bristow y Campbell, que es simple, confiable y efectivo, y utiliza datos que se encuentran fácilmente en las estaciones meteorológicas. Como resultado, se ha encontrado una correlación de 0,938, entre la radiación solar global estimada y medida, además, se ha observado que la radiación solar global tiene comportamientos estacionales durante los años analizados. Posteriormente, se obtuvieron los promedios anuales máximos y mínimos de las zonas evaluadas. Los valores son 6,342 y 5,481; 6,783 y 5,908; 7,298 y 5,945 kWh.m -2 .dia -1 , respectivamente. Se concluye que los resultados en el área de estudio son apropiados y muy rentables para aplicaciones de energía solar debido a que son superiores a 4,000 kWh.m -2 .dia -1 en el período analizado. Finalmente, se busca que la radiación solar global se transforme en energía térmica y eléctrica, para ayudar a solucionar problemas como las heladas, que afronta la población de la zona altoandina de la región Puno.

    Palabras clave: Altiplano de Puno; Bristow y Campbell; variabilidad de la energía solar; radiación solar global; amplitud térmica; transmitancia atmosférica máxima

    ABSTRACT

    The sun provides a stable and comfortable source of heat, light and is the central source of renewable energy. Its study is vital to evaluate its availability and usefulness in various applications to establish solar energy resources using clean and free energy. This work analyzes the availability of global solar radiation in three ecological zones of the high plateau of Puno as Circunlacustre, Puna Húmeda and Climate of Height; involving fourteen SENAMHI meteorological stations from 2007 to 2013. The model used is that of Bristow and Campbell, which is simple, reliable and effective, and uses data that are easily found in meteorological stations. As a result, a correlation of0,938 was found between the estimated and measured global solar radiation, observing the global solar radiation has seasonal behaviors during the years analyzed. Subsequently, the maximum and minimum annual averages of the evaluated areas were obtained. The values are 6,342 and5,481; 6,783 and5,908; 7,298 and5,945 kWh.m-2.day-1, respectively. It is concluded that the results in the study area are appropriate and very profitable for solar energy applications because they are higher than 4,000 kWh.m-2.day-1 in the period analyzed. Finally, it is sought that global solar radiation is transformed into thermal and electrical energy, to help solve problems such as frost, faced by the population of the high Andean area of the Puno region.

    Keywords: Altiplano de Puno; Bristow and Campbell; variability of solar energy; global solar radiation; thermal amplitude; maximum atmospheric transmittance

    INTRODUCCIÓN

    La fuente de energía para la vida proviene del sol, que proporciona una fuente estable y confortable de calor y luz 1. La energía recibida por el sistema de la tierra y atmósfera es también crucial para equilibrar la energía en nuestro planeta 2; además, es la principal fuente de energía renovable que soporta la biósfera y estimula los procesos físicos, químicos y biológicos en la tierra, tales como los procesos ecológicos y biofísicos 3, como la fotosíntesis y los procesos ambientales relacionados a la temperatura del aire y suelo, afectando la transferencia de calor por medio de la evaporación y transpiración 4. Sin embargo, no toda la radiación solar consigue incidir a la superficie terrestre, esto se debe a que interactúa con componentes atmosféricos al atravesar la masa atmosférica y sufre la acción de procesos de reflexión, dispersión y absorción 5. Así, el 51% de la radiación extraterrestre está disponible para procesos en medios físicos y biológicos, la fracción que efectivamente llega a la superficie terrestre se denomina radiación solar global (6.

    El conocimiento preciso de la radiación solar permite evaluar su disponibilidad y utilidad en aplicaciones de diversas áreas, como la meteorología, climatología, hidrología, agricultura, entre otros 7,8,9. Además, los datos de la radiación solar global son útiles para poder predecir la eficiencia y optimización del diseño de dispositivos solares como los colectores solares térmicos y sistemas fotovoltaicos 10,11. Predecir la radiación solar global es fundamental para establecer la eficacia de los recursos de la energía solar, haciendo uso de energía libre y limpia, identificando y evaluando el uso de energía solar en diferentes lugares alrededor del mundo 12.

    En zonas altoandinas del Perú, no existen muchas estaciones meteorológicas del SENAMHI que recolectan datos para que se puedan realizar mediciones de radiación solar, por lo que la información existente puede no ser de fácil acceso o puede estar incompleta 13. En este escenario, surgen los modelos empíricos 14,15,16, que sirven como herramientas esenciales y económicas, pues dependen de datos básicos, como el geoposicionamiento y las variables meteorológicas 17,18,19. Por ejemplo, los modelos Bristow y Campbell y Hargreaves-Samani 20 utilizan la temperatura del aire, ubicación, el día del año, amplitud térmica y las condiciones atmosféricas para estimar la radiación solar global (21, así estos modelos empíricos pueden ser usados como predictores (22.

    Dada la importancia que tiene el estudio y aplicación de la radiación solar en proyectos energéticos, se presenta el Modelo Bristow y Campbell para determinar la radiación solar global y analizar la disponibilidad en tres zonas altoandinas, ubicadas dentro del departamento de Puno: La zona Circunlacustre, la zona de Puna Húmeda y la zona de Clima de Altura, durante el periodo de 2007 a 2013.

    MATERIALES Y MÉTODOS

    Área de estudio y datos utilizados

    La presente investigación se realizó en el departamento de Puno, específicamente en el altiplano Puneño, ubicado a más de 3810 m.s.n.m. y abarcó tres zonas específicas: La zona Circunlacustre, la zona de Puna Húmeda y la zona de Clima de Altura, considerando las estaciones que se encuentran dentro de cada zona (23. Algunas especificaciones se detallan a continuación:

    • Zona Circunlacustre, corresponde al área que bordea al lago Titicaca, comprende a las estaciones de Puno, Juli, Capachica, Moho y Yunguyo. En esta zona ocurre un efecto termorregulador, que consiste en que el lago absorbe el calor del sol durante el día y lo pierde de forma lenta durante la noche, debido a este efecto, disminuye fuertemente la amplitud térmica.

    • Zona Puna Húmeda, comprende a las estaciones de Azángaro, Crucero, Desaguadero, Huancané, llave y Putina. En esta zona la temperatura sufre fuertes descensos, debido a la presencia de heladas más o menos intensas, específicamente en estaciones de invierno.

    • Zona Clima de Altura, comprende a las estaciones de Ananea, Capazo y Mazocruz. En esta zona de altura, la topografía es sumamente accidentada, con suelos erosionados y vegetación natural muy pobre. Existe poca información meteorológica; sin embargo, se estima que la temperatura promedio es sumamente baja, clara indicación de heladas intensas frecuentes durante todo el año.

    Los datos utilizados para la determinación de la radiación solar global han sido medidos por las estaciones meteorológicas del Servicio Nacional de Meteorología e Hidrología (SENAMHI). El periodo de estudio considerado fue de enero del 2007 a diciembre de 2013, con intervalos de 15 minutos. Como excepción a la toma de datos, los correspondientes a la estación de Puno corresponden al periodo de enero del 2007 a diciembre del 2017. Todos los datos fueron almacenados en la base de datos que proporciona el software Weatherlink. Además, para la validación, se consideraron los datos de radiación solar global medidos con el Piranómetro de la marca Kipp-Zonen, específicamente utilizando el modelo de clase CMP11, que es un piranómetro estándar secundario ISO, el cual posee un nivel de sensibilidad de 7,000 a 14,000 ^V.W -1 .m -2 .

    Modelo Bristow y Campbell

    El costo de realizar mediciones de radiación solar global es alto, además se requiere de equipos altamente especializados y un tiempo extenso de procesamiento, por esta razón datos de la radiación solar global no están disponibles en la mayoría de las regiones del mundo 24,25. Sin embargo, se puede estimar la radiación solar global utilizando métodos empíricos como el modelo de Bristow y Campbell, el cual es un método simple, rápido, confiable y efectivo (3. Su uso se simplifica pues utiliza datos comunes, los cuales pueden ser fácilmente encontrados en las estaciones meteorológicas del SENAMHI.

    Cuando la radiación solar llega a la superficie terrestre, una parte de ella se refleja y la otra se absorbe. Además, al calentarse el suelo, se emite una radiación de onda larga, que calienta el aire adyacente, contribuyendo a cambiar su temperatura. Basados en ese argumento, Bristow y Campbell presentaron un modelo empírico para estimar la radiación solar global diaria, en función de la radiación extraterrestre y la diferencia diaria entre las temperaturas máximas y mínimas 26, por esta razón, este modelo depende de la relación entre el calor sensible y el calor latente. El calor sensible depende de la radiación solar diaria entrante y es responsable de las temperaturas máximas del aire. Por la noche, el calor sensible se pierde en el espacio, en forma de radiación de onda larga, junto con los flujos radiantes, esto da lugar a un descenso de la temperatura del aire, hasta que se alcanza la temperatura mínima diaria, normalmente justo antes del amanecer (27.

    La radiación solar global diaria es estimada como una función de radiación extraterrestre y la diferencia entre las temperaturas máxima y mínima diarias, como se muestra en la ecuación (1), dónde Rg es la radiación solar global (kWh.m -2 ), Re la radiación solar extraterrestre (kWh.m -2), Tmax la temperatura máxima (°C), Tmin la temperatura mínima (°C). Además, se utilizan los coeficientes empíricos con significado físico A, B y C, siendo A el valor máximo de la transmitancia atmosférica característica a cada área de estudio, depende de la contaminación y altitud de la zona, los coeficientes B (°C-1) y C determinan el efecto del incremento en la amplitud térmica (representada también como ΔT) en los máximos valores de transmitancia atmosférica (At) (26, vale decir que estos últimos coeficientes dependen de la amplitud térmica y latitud correspondiente a la zona evaluada.

    (1)

    Los coeficientes B y C propuestos, pueden ser aplicados solamente en áreas con similares condiciones de régimen térmico, esto debido a que los valores absolutos y las diferencias entre las temperaturas máximas y mínimas son fuertemente influenciados por la topografía, latitud y altitud, entre otros factores. Las ecuaciones empíricas, ecuación (2) y ecuación (3) determinan el valor de tales coeficientes 28, donde Φ representa a la latitud.

    (2)

    (3)

    Para la aplicación de este modelo, es necesario contar con las coordenadas geográficas de las zonas de estudio, representadas por la latitud Φ, que es la distancia angular entre la línea ecuatorial a un punto de la tierra, al norte o al sur del ecuador, entre los -90°≤Φ≤90° 29; la longitud es el ángulo formado por el meridiano de Greenwich y un punto de la superficie de la tierra, el ángulo es negativo en el oeste y positivo hacia el este 30; y la altitud, que es la cantidad de metros sobre el nivel del mar del lugar evaluado, en la Tabla 2 se muestran tales valores para la zona de estudio, localizada en el Altiplano Puneño.

    El modelo de Bristow y Campbell ha sido utilizado en diversos estudios, debido a la simplicidad de datos utilizados (31. En estados Unidos se demostró que su desempeño pudo explicar entre un 70% y 90% de la variación de la radiación solar de la zona evaluada, esto se dio de manera similar en China 3), 27), en Bolivia se obtuvo una validez al 89% 21 y al sureste de Brasil se obtuvo un mejor desempeño de la estimación de radiación solar global 32,33.

    En el Perú se han desarrollado diversos trabajos sobre Energía Solar, entre ellos se destaca la generación de un Atlas de Energía solar 34, trabajo multisectorial que buscaba establecer las zonas con elevado potencial de energías renovables, cuantificando su disponibilidad a fin de conocer su distribución temporal a lo largo del territorio peruano, utilizando además diferentes metodologías para probar la efectividad de diferentes modelos para la costa, sierra y selva del Perú, donde, al igual que en el trabajo de Baigorria et al.25 concluyen que el modelo Bristow y Campbell es el que se adecua mejor a las condiciones de Perú, esto debido a que la topografía peruana es compleja.

    Otro trabajo más reciente, utilizando el modelo Bristow y Campbell fue presentado por Camayo et al.28, quienes comprobaron la validación del modelo, a través de la radiación solar global media mensual en Junín, cuyos resultados indican que no existen mayores diferencias entre los valores registrados y los calculados por el modelo aplicado. Así mismo, concluyeron que para que una región sea económicamente rentable, la energía solar debe ser mayor que 4,000 kWh.m -2 por día. Los autores consideraron el valor empírico A de la estación Huayao del Atlas de Energía Solar 34, cabe mencionar que este Atlas informa también sobre el fenómeno del efecto termorregulador de Puno, por estar a orillas del lago, evitando que valores de temperatura mínima sean extremadamente bajos, como debería corresponder a zonas de gran altura, como es la zona evaluada en el presente estudio.

    Factores astronómicos

    Para comprender el comportamiento de la radiación solar extraterrestre (Re) se debe considerar que el sol es una estrella variable debido a fenómenos como las manchas y fáculas solares, presentes principalmente en las zonas de convección, superficie y atmósfera, provocando que el sol emita radiación variable a lo largo del año 35. Se conoce que estas variaciones son menores a ± 1,5%; sin embargo, la distancia tierra sol varía un 6,7% a lo largo del año 36.

    Para determinar la radiación solar global diaria, utilizando un modelo determinado, es indispensable calcular la radiación solar extraterrestre, como se muestra en la ecuación (4), donde se consideran factores astronómicos como el factor de corrección E0, la declinación solar δ, el ángulo horario ω, y la constante solar ICS; valores que pueden ser encontrados con la ecuación (5), ecuación (6) y ecuación (7) respectivamente. Recordando además que Φ representa la latitud. Además, se ha utilizado ICS = 1367 W.m -2 valor indicado en 29.

    (4)

    El factor de corrección (E0) está relacionado con la variación de la distancia entre la tierra y el sol, representado por el valor r, que varía a lo largo del año con respecto a su valor medio r0 = 1,496 x 108 km, distancia denominada Unidad Astronómica 37. Aplicaciones tecnológicas y de ingenierías aplican la ecuación (5), que se da en función del día del año dn29, que corresponde al número del día Juliano del año (1≤dn ≤365), que varía desde el día 1 para el primero de enero y hasta el día 365 para el 31 de diciembre.

    (5)

    La declinación solar (δ) corresponde a la posición angular del sol al mediodía solar respecto al plano del ecuador terrestre, positivo hacia el norte 38, y se puede calcular mediante la ecuación (6), obtenida por Perrín de Brichambaut indicada en 29.

    (6)

    El ángulo horario (ω) representa el desplazamiento angular del sol al este o al oeste del meridiano local debido a la rotación de la tierra 35. La ecuación (7) corresponde al ángulo horario de salida del sol.

    (7)

    Transmitancia atmosférica

    La transmitancia de la atmósfera At representa la fracción de energía solar que incide en la superficie terrestre, con respecto a la radiación solar que llega hasta el tope de la atmósfera 33. Al llegar a la atmósfera, esta no se comporta como un filtro homogéneo, sino que ocurren múltiples fenómenos como la difracción, reflexión y absorción, así como dispersión por aerosoles, CO 2 , ozono, vapor de agua, etc.; causados por diferentes agentes atmosféricos y contaminantes 39, 5). La interpretación física de la transmitancia atmosférica se refiere al grado de claridad del cielo, considerando bandas que clasifican el tipo de día, según la escala de transmitancia atmosférica que se muestra en la Tabla 1(40. Además, la distribución de probabilidad indicada, se considera esencial para la predicción de la energía de la radiación solar global 41. Cuando el día es soleado, la radiación solar se incrementa y en presencia de nubosidad disminuye 42; así, las nubes que cubren de 40% a 60% de la superficie de la tierra, desempeñan un papel fundamental en el balance de energía del planeta, así como en la variación de la radiación solar global (43.

    Tabla 1 Escala de transmitancia atmosférica. 

    Fuente: 40.

    RESULTADOS Y DISCUSIÓN

    Los resultados presentados en esta sección fueron obtenidos utilizando los datos de las estaciones de SENAMHI Zonal Puno listadas en la Tabla 2, las cuales están dentro del área de estudio seleccionado en el presente trabajo. Tales datos permitieron analizar el comportamiento de la radiación solar global diaria, mensual y anual a lo largo de los años seleccionados de 2007 a 2013, involucrando además datos que pudieron ser recuperados de la Estación de Puno, correspondientes a los años 2014, 2015 y 2017. Los datos estimados, obtenidos por el modelo de Bristow y Campbell, fueron contrastados con los datos medidos por las Estaciones, a fin de encontrar el nivel de correlación existente. Así mismo, se ha evaluado el valor máximo de la transmitancia atmosférica diaria (At), a fin de contrastar su comportamiento con el propuesto por otros trabajos de investigación (25, 34). Finalmente, se verifica si existen resultados favorables para el aprovechamiento de la energía solar en el altiplano de Puno.

    Tabla 2 Estaciones meteorológicas SENAMHI Zonal Puno. 

    Tabla 3 Radiación solar global diaria durante el mes de diciembre del 2017 de la estación Puno. 

    Como ejemplo de todas las mediciones efectuadas y los datos estimados con el modelo propuesto, en la Tabla 3 se muestran los valores correspondientes a la estación Puno, con latitud Φ = 15°49'35'', durante el mes de diciembre de 2017, donde se observa que la radiación solar global, durante todos los días supera al valor de 4,000 kWh.m -2 .dia -1 , indicado por Camayo et al.44 como el mínimo valor aceptable para el aprovechamiento de la energía solar. Así mismo, viendo la columna de A, se observa que los valores diarios superan 0,6, indicando que durante todo ese mes, el tipo de día fue soleado o muy soleado, como se indica en la Tabla 1.

    La Figura 1 muestra el resumen de la variación entre la Radiación solar global medida por el SENAMHI en la estación Puno (círculos rojos) y la estimada (cuadrados negros) usando el modelo Bristow y Campbell correspondiente, para los años 2014, 2015 y 2017. Se observa la similitud entre ambos datos, donde las oscilaciones estacionales de radiación solar global se deben a los solsticios en el hemisferio sur del planeta, obteniéndose la correlación de Pearson R = 0,938, como se muestra en la Figura 2, que indica un alto valor de confianza, al 93,8%.

    Figura 1 Radiación solar global diaria estimada y medida en la estación de Puno durante los años 2014, 2015 y 2017. 

    Figura 2 Correlación de Pearson de la radiación solar global estimada y medida de la estación Puno durante los años 2014, 2015 y 2017. 

    En la Figura 3 se muestran los valores del promedio mensual de la radiación solar global, estimadas con el modelo Bristow y Campbell, correspondientes a los años 2007 a 2013, de todas las estaciones involucradas en el presente estudio. Como era esperado, se ve que, para los meses de enero, febrero, marzo y abril, los valores son altos; al igual que para los meses de setiembre, octubre, noviembre y diciembre; sin embargo, durante los meses de mayo, junio, julio y agosto, la radiación solar global disminuye, debido al solsticio de invierno en el hemisferio sur.

    Figura 3 Promedio mensual de la Radiación solar global estimada en el altiplano puneño de 2007 a 2013. 

    Además, se observa que la radiación solar global se comporta de forma estacional por ejemplo, los valores más altos fueron alcanzados durante el mes de noviembre, en la estación de Capazo, donde se obtuvieron los valores máximos de 9,488; 9,290; 9,290; 9,168; 9,174 y 9,092 kWh.m -2 .dia -1 en el periodo 2008 a 2013, respectivamente; y los valores más bajos fueron alcanzados durante el mes de junio, en la estación de Ananea, donde se obtuvieron valores de 4,700; 4,858 y 4,523 kWh.m -2 .dia -1 en los años 2007, 2008 y 2013 respectivamente.

    La Figura 4 muestra el valor máximo de transmitancia atmosférica promedio, de los años 2015, 2016 y 2017, para ello se utilizaron datos medidos de la estación meteorológica Davis del Laboratorio de Física de la Universidad Nacional del Altiplano Puno. Se observa que existe una mayor dispersión en los extremos, durante los meses enero, febrero, marzo y abril, así como en los meses de setiembre, octubre, noviembre y diciembre, esto debido a la presencia de días parcialmente nublados o nublados, algunas veces acompañados por precipitaciones, esto en contraste con las zonas menos dispersas, durante los meses de mayo, junio, julio y agosto, debido a la temporada de sequía y heladas, donde los días son soleados o muy soleados.

    Figura 4 Promedio de la transmitancia atmosférica máxima diaria de la estación Davis Pro Plus 2, años 2015, 2016 y 2017. 

    Así mismo, la Figura 4 muestra que los valores de la transmitancia atmosférica máxima diaria (A) son mayores a 0,6, lo cual indica que la mayoría de días durante el año son soleados o muy soleados 40. Además, se obtiene el promedio anual A = 0,84, que difiere en dos décimas el promedio anual sugerido para Puno (A = 0,82) el 2003 y 2004 por 25 y 34, estudios que utilizaron el modelo Angstrom-Prescott, basados en insolación solar. Así, al compararlo con los resultados de esta investigación, se encontró un error relativo porcentual de 2,38%. Por esta razón, se considera el resultado confiable para realizar futuras investigaciones, relacionadas con la determinación de la radiación solar global en zonas altoandinas del Perú, tales como: Puno, Junín, Cajamarca, Ayacucho, Cusco, Cerro de Pasco, Huancayo, Arequipa, Huancavelica, Huánuco, entre otros.

    La Figura 5 muestra el valor promedio anual de la radiación solar global estimada de 2007 a 2013 de las zonas de estudio, donde el valor más alto corresponde a la Zona de Clima de Altura, estación de Mazocruz, a 4100 m.s.n.m., con un promedio de 7,298 kWh.m -2 .dia -1 entre los años analizados; así mismo, el valor mínimo corresponde a la Zona Circunlacustre, estación de Juli, a 3812 m.s.n.m., con un promedio de 5,481 kWh.m -2 .dia -1 entre los años analizados. Tales resultados superan las expectativas mínimas esperadas para el uso del recurso solar, pues se sabe por la Física Atmosférica que, a medida que aumente la altura, la atmósfera se hace más tenue, por lo que el valor de la radiación solar debe ser mayor en sitios de mayor altitud 35, esto se cumple en el altiplano de Puno.

    Figura 5 Promedio anual de la radiación solar global estimada de la zona de estudio, periodo de 2007 a 2013. 

    La Figura 5 muestra que el 2012 se obtuvo la radiación solar global más baja, aunque con valores superiores a 5,000 kWh.m -2 .dia -1 , lo que representa valores alentadores para la aplicación de energías limpias y verdes. Además, en los resultados de radiación solar global por zonas de estudio se observa en la zona de Clima de Altura dos de las tres estaciones obtuvieron resultados superiores a 7,000 kWh.m -2 . dia -1 , Capazo y Mazocruz, que obtuvieron promedios anuales de 7,060 y 7,298 kWh.m -2 .dia -1 respectivamente, a excepción de Ananea, que obtuvo 5,945 kWh.m -2 .dia -1 ; en la zona de Puna húmeda, donde se encuentran las estaciones de Azángaro, Crucero, Desaguadero, Huancané, Ilave y Putina se obtuvieron los promedios anuales de 6,551; 6,744; 5,908; 6,340; 6,228 y 6,783 kWh.m -2 .dia -1 respectivamente; y la zona Circunlacustre, donde se encuentran las estaciones de Capachica, Juli, Moho, Puno y Yunguyo se obtuvieron promedios anuales de 5,983; 5,481; 6,071; 5,997 y 6,342 kWh.m -2 dia -1 respectivamente.

    Según Villicaña et al.45, para el desarrollo de instalaciones solares fotovoltaicas de tipo aislado se requiere un nivel de radiación solar global entre 3,000 y 4,000 kWh.m -2 .dia -1 ; para instalaciones solares con conexión a red se requiere un nivel de radiación solar de 4,000 kWh.m -2 .dia -1 , en cuanto a la producción de agua caliente sanitaria se requiere menores niveles de radiación solar diaria, entre 2,500 y 3,000 kWh.m -2 .dia -1 . Por los valores obtenidos en este estudio, se puede afirmar que los resultados son importantes para el uso del recurso solar a lo largo del año, principalmente en zonas aisladas de las redes del Servicio Eléctrico Interconectado Nacional (SEIN), más aún en zonas de mayor altitud y de clima continental con gran amplitud térmica; sin embargo, cabe mencionar que costos, como el de los paneles fotovoltaicos, no fueron considerados en el presente estudio.

    Camayo et al. ( 28 realizaron un estudio aplicando el modelo Bristow y Campbell para estimación de la radiación solar global, obteniendo un promedio anual de 6,000 kWh.m -2 .dia -1 en la sierra y 4,000 kWh.m -2 .dia -1 en la selva de la región de Junín, donde concluyen que existe potencial en el recurso solar de dicha región. Así mismo, Vanegas et al.46 realizaron la cuantificación y caracterización de la radiación solar en La Guajirá, Colombia, encontrando valores en el intervalo de 6,000 y 6,800 kWh.m -2 .dia -1 , indicando que los resultados son adecuados para el desarrollo de instalaciones solares del tipo eléctrico y térmico. En el presente trabajo, se ha obtenido los valores promedios anuales por piso ecológico, con 5,975 kWh.m -2 .dia -1 en la zona Circunlacustre, 6,429 kWh.m -2 .dia -1 en la zona Puna Húmeda y 6,768 kWh.m -2 .dia -1 en la zona Clima de Altura, tales resultados superan las expectativas en la potencialidad del recurso solar del altiplano puneño y el desarrollo de instalaciones solares del tipo eléctrico y térmico.

    En la literatura, otros estudios han considerado también el modelo Bristow y Campbell, obteniendo resultados particulares, como el estudio en Cúcuta, Colombia, que posee disponibilidad de energía solar constante durante todo el año, con un promedio anual de 5,335 kWh.m -2 .dia -1 ( 47 y Nepal, donde la radiación solar global estimada y medida fue 3,210 y 3,440 kWh.m -2 .dia -1 respectivamente, resultado poco alentador para la zona de estudio, ubicada a 1350 m.s.n.m. 48, altitud muy por debajo del área de estudio del presente trabajo, cuya altitud se encuentra entre los 3812 y 4660 m.s.n.m.

    CONCLUSIONES

    El modelo empírico Bristow y Campbell permite determinar la radiación solar global diaria de forma confiable en el altiplano de Puno en las zonas Circunlacustre con 5,975 kWh.m -2 .dia -1 ; Puna Húmeda con 6,429 kWh.m -2 .dia -1 y Clima de Altura con 6,768 kWh.m -2 .dia -1 con datos de entrada de temperaturas máximas, temperaturas mínimas y latitud; así mismo, se ha obtenido el coeficiente de correlación R = 0,938 en relación a la ciudad de Puno tal como se muestra en la Figura 2. También, se demuestra que existe una influencia directa de los elementos climáticos de amplitud térmica y latitud de la zona de estudio en relación a la radiación solar global.

    Se han realizado estimaciones de radiación solar global diaria en el Altiplano de Puno durante los años 2007 al 2013 con datos de entrada de SENAMHI Zonal Puno obteniéndose un máximo valor promedio de los años estudiados de 7,298 kWh.m -2 .dia -1 en la estación de Mazocruz ubicada a una altitud de 4100 m.s.n.m. en la zona Clima de Altura y un valor mínimo promedio de 5,481 kWh.m -2 .dia -1 en la estación de Juli ubicada a una altitud de 3812 m.s.n.m. en la zona Circunlacustre, resultados propicios para la instalación de paneles fotovoltaicos.

    Finalmente, los resultados obtenidos de los niveles de radiación solar global en las zonas del altiplano de Puno, son mayores a 4,000 kWh.m -2 .dia -1 y son muy rentables para las aplicaciones en energía solar, según la Organización Latinoamericano de Energía Solar OLADE; como son el uso de bombas hidráulicas solares, sistemas de transferencia de calor, colectores solares térmicos, módulos fotovoltaicos, viviendas bioclimatizadas, entre otros. Además, se espera que se pueda transformar la energía solar en energía térmica y eléctrica, lo que ayudaría a resolver problemas como heladas que son afrontadas por pobladores, animales y plantas en las zonas altoandinas de la Región Puno.

    AGRADECIMIENTOS

    Al Servicio Nacional de Meteorología e Hidrología (SENAMHI) Zonal Puno por los datos cedidos para la realización de esta investigación.

    REFERENCIAS

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    Recibido: 14 de Septiembre de 2020; Aprobado: 23 de Diciembre de 2021

    * Autor de correspondencia: lquispeh@unap.edu.pe

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