Construcción y calibración de un piranómetro con chip de estado sólido

Abstract

La ciudad de Neiva-Huila está ubicada en la posición geográfica 2°55'38.3"N 75°16'54.8"W con una altura de 442 m.s.n.m (NEIVA-Google Maps), con una radiación media multianual entre los 3.5 kWh/m2 a 5kWh/m2 (atlas-IDEAM) siendo una de las ciudades del país con la menor variación de radiación solar a lo largo del año en el territorio nacional. Esta característica particular despierta la curiosidad de las personas sobre el potencial solar para su aprovechamiento en la producción de energía eléctrica local aislada o de inyección a red, sin olvidar las repercusiones en la agronomía (radiación PAR) y en la salud de las personas (índice UV). Por eso, es importante establecer el recurso solar para proyectos de energías renovables atendiendo la floreciente necesidad de estas tecnologías en el país.El propósito de este trabajo es poder desarrollar un instrumento de medición solar, llamado piranómetro a través de un circuito integrado o chip que se encuentra en el mercado nacional de bajo costo, con el fin de desarrollar un dispositivo radiométrico de diseño y construcción local para aplicarlo en la producción de energía solar, meteorológico o en el campo de la medicina ya que se sabe que la radiación a ciertas horas del día es nociva para la piel. Este prototipo estará compuesto principalmente por un sensor de estado sólido, el circuito integrado (IC) Si1145 el cual está constituido por un sensor de proximidad infrarroja, luz ambiental y con un algoritmo para la estimación del índice ultravioleta (UV), todo encapsulado con una interfaz digital a protocolo de Circuitos Inter-Integrados (I2C). Los sensores están sustentados en una serie de fotodiodos de diferentes áreas activas y con sensibilidad a diferentes longitudes de onda, los cuales están conectados a una lógica de conversores análogos digitales (ADC) que permiten ajustar múltiples características a la hora de tomar la medición (Silicon Laboratories Inc.). Mediante el algoritmo propuesto por el fabricante del IC y con el que se pretende desarrollar, se espera poder aprovechar al máximo la versatilidad de este dispositivo, obteniendo además de las magnitudes fotométricas (en luxes e índice UV), estimar la radiación solar infrarroja y la radiación solar visible (en W/m2). Para realizar la lectura y control del sensor, se usará la interfaz I2C con microcontrolador, el circuito integrado ATMEGA 328PU bajo el entorno de desarrollo ARDUINO el cual administrará la información proveniente del sensor y así poder leer la radiación y demás variables de interés. La unidad contará con todos los componentes necesarios para su adecuada operación que garantice una captura continua de datos tales como: pantalla, teclado, memoria, fuente de alimentación principal y una fuente de alimentación auxiliar. Este piranómetro será el primer dispositivo para la cuantificación de la radiación global de un conjunto de otros sensores necesarios para realizar un estudio más riguroso del recurso solar, la radiación solar como la directa, difusa y reflejada se realiza con instrumentos dedicados a estas magnitudes, sin embargo, no serán objeto de interés en el presente trabajo. El objetivo primordial en este reto comprende el desarrollo y la fabricación del Piranómetro con materia prima disponible en el territorio nacional, que permita una respuesta aproximada a su homólogo basado en termopilas de alta tecnología y por ende con un valor económico que está fuera del alcance de los presupuestos de pequeños centros de investigación, como los semilleros de investigación y así apoyar al desarrollo de herramientas que permitan cuantificar nuestros recursos naturales.