DESENVOLVIMENO DE UM MODELO EMPÍRICO PARA ESIMAIVA DE RADIAÇÃO SOLAR DIFUSA A PARIR DE DADOS DE RADIAÇÃO SOLAR GLOBAL PARA ESADO DO RIO GRANDE DO SUL Guees, M. 1, ; Pes, M. P. 1, ; Bertagnolli, R. F. 1, ; Fiorin, D.V. 1, ; Guarnieri, R. A. ; Martins, F. R. ; Pereira, E. B. ; Schuch, N. J 1. RESUMO: O objetivo esse trabalho é a realização e u estuo para obtenção e estiativas a coponente ifusa a irraiação solar a partir os ínices K, K e K obtios a partir e aos coletaos e superfície. O estuo é baseao e aos e superfície coletaos na estação SONDA e operação no Observatório Espacial o Sul (9,4ºS; 5,8ºO) e São Martinho a Serra. Inicialente, realizou-se ua avaliação o coportaento os oelos epíricos esenvolvios por Collares-Pereira e Rabl (CPR) e por Ruth e Chant (RC). Posteriorente, u novo oelo epírico (enoinao, SMS) foi esenvolvio a partir e aos coletaos na esa estação e seguino etoologia seelhante aos oelos CPR e RC. O oelo SMS apresentou u elhor esepenho na estiativa e K, co RMSE e 0,07 J / e MBE inferior a -0,001 J /, enquanto os eais oelos apresentara RMSE entre 0,108 e 0,111 J /, e MBE entre 0,04 e 0,048 J /. ABSRAC: his paper ais at escribing a stuy to obtain iffuse solar raiation estiates fro K, K t an K inexes calculate fro solar raiation groun ata acquire in the SONDA easureent site locate in Southern Space Observatory (9,4ºS; 5,8ºO), in São Martinho a Serra. First of all, epiric oels escribe by Collares-Pereira an Rabl (CPR) an by Ruth an Chant (RC) were eploye an their perforance was evaluate using ean bias error an root ean square error. Afterwars, a new epiric oel, esignates as SMS, was evelope following a siilar ethoology. he oel SMS showe a better perforance when copare to CPR an RC oels.,he oel SMS presente a RMSE=0,07 J / an MBE lower than -0,001 J /. he other two oels presente a RMSE between 0,108 an 0,111 J /, an MBE between 0,04 an 0,048 J /. Palavras-chave: raiação-solar, oelo, energético. INRODUÇÃO Estuar raiação solar inciente na superfície terrestre te iplicações iretas na eteorologia, especialente nos estuos sobre o clia e suas uanças. Inforações oriunas o estuo a raiação solar são tabé iportantes para ativiaes econôicas coo a agropecuária (seleção os proutos a sere cultivos, processo e irrigação, períoos e plantio e colheita, etc..), a arquitetura (eficiência energética, conforto térico e iluinação e abientes), e iversos outros setores o conheciento e ativiaes huanas [1]. 1 Centro Regional Sul e Pesquisas Espaciais CRSPE/INPE MC - Caixa Postal 501 - CEP 97110-970 Santa Maria (RS), Brasil, (55)0-801, (arcelo, guees, rafaelb, anielfiorin, njschuch)@laces.ufs.br. Laboratório e Ciências Espaciais e Santa Maria LACESM/C UFSM, cooperação INPE/UFSM. CPEC/INPE, Av. Astronautas 1758, 17-010, São José os Capos (SP), (1)945-678, (ricarog, eniobp)@cptec.inpe.br, fernano@ge.inpe.br.
Inforações provenientes a previsão e raiação solar inciente são e vital iportância na operação e sisteas híbrios e geração e eletriciae, peritino u gerenciaento ais eficiente as fontes e energia e o eprego otiizao e energia solar-fotovoltaica, e prol a econoia e outros recursos. Alé e peritir o conheciento antecipao a isponibiliae e energia solar para geração fotovoltaica e locais isolaos, as previsões e irraiação solar perite estiar a eana por aqueciento resistivo copleentar e sisteas solar-téricos. Co o objetivo e estiar a raiação solar ifusa a partir e eias e raiação global, oelos epíricos são escritos na literatura científica (Collares-Pereira e Rabl, 1979; Ruth e Chant, 1976; Liu e Joran, 1960). Este trabalho visa avaliar a precisão estes oelos quano aplicaos à região sul o Brasil. Alé isso, este trabalho escreve o esenvolviento e ajuste e u oelo especifico para o estao o Rio Grane o Sul. O oelo baseia-se e ua etoologia sealhante a utilizaa nos oelos anteriorente citaos. Co esta finaliae, se fará uso e eias e raiação provias por ua estação a ree SONDA, situaa no Observatório Espacial o Sul, o Centro Regional Sul e Pesquisas Espaciais OES/CRSPE/INPE MC (9,4 S; 5,8 O), na região central o estao o Rio Grane o Sul. O observatório e a estação são operaos e parceria co o Laboratório e Ciências Espaciais e Santa Maria a Universiae Feeral e Santa Maria LACESM/C - UFSM. A ree SONDA é u projeto o Instituto Nacional e Pesquisas Espaciais INPE/MC, coorenao pela ivisão e Clia e Meio Abiente o Centro e Previsão o epo e Estuos Cliáticos CPEC/INPE MC. MEODOLOGIA Os aos solariétricos utilizaos nesse trabalho fora coletaos na estação SONDA situaa no Observatório Espacial o Sul (OES/CRSPE/INPE MC), e São Martinho a Serra - RS (Lat. 9,44ºS, Lon. 5,8ºO). A ree nacional SONDA segue os parões internacionais e eias e instalação e seus equipaentos. Os aos coletaos são subetios a u prograa e qualiae baseao nos parões efinios pela WMO (Worl Meteorological Association) para a ree BSRN (Baseline Solar Raiation Network) co estações espalhaas ao reor e too o planeta. A raiação global (ireta + ifusa) inciente à superfície é eia por u piranôetro Kipp (a) & Zonen CM 1, sensível a ua faixa e coprientos e ona entre 0, µ a,8 µ. U piranôetro Kipp & Zonen CM é utilizao nas eias e irraiação solar ifusa na faixa espectral entre 0, µ a,6 µ. O piranôetro CM opera e conjunto co u RACKER AP wo Axis Positioner que é responsável pelo posicionaento os ocultaores solares. Ocultaores são esferas que efetua o sobreaento o oo o CM ipeino que o eleento sensor sofra a inciência a coponente ireta o feixe e raiação solar.
Os equipaentos efetua eias a caa 1 seguno e arazena ua éia os aos para caa 60 segunos, forneceno 1440 eias iárias. Neste trabalho, os aos e irraiação global e ifusa fora integraos ao longo o ia, forneceno valores e energia total iária e J (Joules por etro quarao). As integrais e raiação global e raiação ifusa serão aqui por iante referias apenas coo e, respectivaente. O períoo e aos utilizaos copreene o intervalo e agosto e 004 (inicio e operação a estação) até junho e 006, totalizano 699 ias e coleta. O ês e outubro e 004 foi escartao ua vez que os aos fora arcaos coo suspeitos e erro pelo prograa e qualificação os aos. Posteriorente, verificou-se a ocorrência e falha e posicionaento o ocultaor o isco solar que coproeteu a confiabiliae as eias e raiação ifusa nesse períoo. A irraiação inciente no topo a atosfera (OA), representaa por por eio a expressão: I sc 0 0 cos [ h sen( ϕ) sen( δ ) + cos( ϕ) ( δ ) sen( h )] = 0 (1) π 0, foi eterinaa one é a constante solar, igual a 168 W, ( / ) é o fator e correção e excentriciae, I sc é a istância éia entre o Sol e a erra, é istância entre o Sol e a erra para o ia específico, ϕ representa a latitue o sítio observao, δ é a eclinação solar e h 0 é o ângulo horário, efinio coo zero ao eio-ia []. De posse e 0, e fora calculaos o ínice e nebulosiae, K, e os parâetros e raiação ifusa, K e K, confore efinição apresentaa e Iqbal (198): K = 0 K = 0 K = () Os valores e K e K são aiensionais, variano entre 0 e 1. Os parâetros K, K e K, obtios a partir os aos eios na estação, fora coparaos co os oelos epíricos RC e CPR e SMS. Ruth e Chant (1976) [] analisano aos e estações e eias localizaas no Canaá esenvolvera u oelo epírico, aqui referenciao coo RC, escrito pelas equações apresentaas e (). Collares-Pereira an Rabl (1979) [4] co aos coletaos e estações solariétricas nos Estaos Unios esenvolvera u oelo siilar escrito pelas equações apresentaas e (4) e esignao neste trabalho por CPR:
0.98 ( K 0.1) = 1.910 + 1.154K 4.96K (0.1 K 0.7).848K () 0.99 ( K 0.17) = 1.188.7K + 9.47K (0.17 K 0.8) 1.856K + 14.648K 4 (4) Utilizano ua etoologia seelhante à utilizaa por RC e CPR, foi esenvolvio u oelo epírico para o Rio Grane o Sul para estiar o valor e K a partir e K confore a Equação 5. 1,0118 0,1784K = (0.17 K 0.8) -1,8105K -,1001K +,84587K 4 (5) RESULADOS O parâetro K e função e K é apresentao na Figura 1. As curvas os oelos SMS, RC e CPR são apresentaas para coparação. Analisano o gráfico, verifica-se que a ispersão os valores eios e superfície cresce na eia e que e que a nebulosiae iinui (a partir e variabiliae as proprieaes óticas a atosfera e função o transporte e poluentes poe ser apontaa coo ua as causas prováveis essa ispersão. O espalhaento causao por aerossóis atosféricos passa a esepenhar u papel ais iportante na transitância atosférica à eia que a nebulosiae, principal fator e oulação a raiação solar inciente na superfície, torna-se enor. Quanto aior a concentração e aerossóis aior será a parcela e raiação solar ifusa. Alguns estuos ostra que ocorre o transporte e poluentes eitios e eventos e queiaas, principalente entre os eses e junho a outubro [5]. Verifica-se boa concorância entre os aos e superfície e as estiativas fornecias pelos oelos, principalente quano K é inferior a 0,7. Entre os oelos utilizaos no estuo, o oelo SMS apresentou os enores esvios - RMSE e 0,07 J. e MBE inferior a - 0,001 J.. O oelo CPR apresentou os aiores esvios RMSE = 0,111 J. e BEM = 0,048 J., enquanto que o oelo RC prouziu estiativas co RMSE = 0,108 J. e MBE = 0,04 J.. K > 0, ), A
Os oelos RC e CPR apresentara aiores iscrepâncias e relação aos valores eios nos ias e céu claro ( K > 0.7 ). Os ois oelos apresentara estiativas para os valores e K superiores que os valores eios, e oo que, a irraiação ifusa é superestiaa por abos os oelos. Fazeno ua análise apenas para ias co > 0.7, o oelo SMS apresentou u esepenho uito superior aos eais, ficano co u MBE inferior a 0,001 e u RMSE e 0,01 J.. Enquanto o oelo RC apresentou u MBE e 0,049 J. e u RMSE e 0,111 J. e para o oelo CPR u MBE e 0,079 J. e u RMSE e 0,158 J.. K J. 1,0 0,8 CPR RC SMS K= / 0,6 0,4 0, 0,0 0,0 0,1 0, 0, 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 K =/ 0 Figura 1. Fração e raiação ifusa ( K ), co relação ao ínice e nebulosiae ( correlações RC e CPR para o Observatório Espacial o Sul. K ) e as 4. CONCLUSÃO Os resultaos apresentaos ebora preliinares apresenta u bo nível e confiança para estiativas e irraiação solar ifusa a partir e valores e irraiação global eios e superfície. Essa estiativa é e grane valia, visto ua aior coplexiae e os aiores custos e se eir raiação ifusa. Os esvios apresentaos pelo oelo epírico SMS, são e 0,07 J. para RMSE e inferior a -0,001 J. para MBE, enquanto os eais oelos apresentara RMSE entre 0,108 J. e 0,111 J., e MBE entre 0,04 J. e 0,048 J..
Foi observaos esvios entre os aos experientais e os oelos CPR e RC, especialente para os ias e céu claro. O oelo SMS apresentou elhor precisão e confiabiliae quano coparao aos oelos CPR e RC. U próxio passo a ser realizao, é ientificar co ua elhor precisão quais fatores afeta na ispersão os pontos no gráfico a Figura 1, assi coo efetuar ua coparação co os resultaos o apeaento e irraiação ifusa para o Rio Grane o Sul apresentaos pelo Atlas Solariétrico Brasileiro. AGRADECIMENOS Os autores gostaria e agraecer a FINEP Financiaora e Estuos e Projetos, através o Funo Setorial e Energia C ENERG pelo financiaento o Projeto SONDA. Ao Centro Regional Sul e Pesquisas Espaciais CRSPE/INPE MC pelo estágio e MPP e ao Prograa PIBIC/INPE MC CNPq/MC pela aprovação os Projetos e MG, RFB e DVF. E a toos que e algua fora colaborara para elaboração esse trabalho.. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1 Fernano Raos Martins et. Al., NIVEIS DE ILIMINÂNCIA DO CÉU AO ALVORECER E NO OCASO. Anais o XXIII Congresso Brasileiro e Meteorologia, Fortaleza 004. IQBAL, M., 198, An Introuction to Solar Raiation: Acaeic Press Canaá, oronto, 90p; RU, D. W., CAN, R. E., 1976, he relationship of iffuse raiation to total raiation in Canaá: Solar Energy, Vol. 18 (), p15-154; 4 COLLARES-PEREIRA, M., RABL, A., 1979, he averange istribution of solar raiation correlations between iffuse an heispherical an between aily an hourly insolation values: Solar Energy, Vol. (), p155-164. 5 Saulo R. Freitas et. Al, Monitoring the ransport of Bioass Burning Eissions in South Aerica, Evironental Fluis Mechanics (005) 5: 15-167.