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DETERMINACIÓN DE LA ATENUACIÓN ATMOSFÉRICA UTILIZANDO UNA CÁMARA DIGITAL DE BAJO COSTE: APLICACIÓN EN PLANTAS SOLARES DE TORRE CENTRAL.



Alonso-Montesinos J. *, Barbero J. **, Ballestrín J. ***, Carra M.E. ***, Polo J. ****, López G. *****, Marzo A. ******, Batlles F. J. **
* Centro de Investigación en Energía Solar (CIESOL), Universidad de Almería-CIEMAT, 04120 Almería, España, joaquin.alonso@ual.es

** Departamento de Química y Física, Universidad de Almería, 04120 Almería, España, jbarbero@ual.es y fbatlles@ual.es

*** Unidad de Sistemas solares de Concentración, Plataforma Solar de Almería-CIEMAT, 04200 Almería, España, jesus.ballestrin@psa.es y ecarra@psa.es

**** Unidad de Energía Solar Fotovoltaica, CIEMAT, 28040 Madrid, España, jesus.polo@ciemat.es

***** Departamento de Ingeniería Eléctrica y Térmica, Universidad de Huelva, 21004 Huelva España, gabriel.lopez@dfaie.uhu.es

****** Centro Desarrollo Energético Antofagasta (CDEA), 02800 Antofagasta, Chile, aitor.marzo@uantof.cl

RESUMEN/RESUMO
En este trabajo se pretende determinar el coeficiente de extinción de la radiación en las capas bajas de la atmósfera, utilizando una cámara digital convencional y un algoritmo específico. Con esto, pretendemos ir en la escena hasta una profundidad de campo amplia, condicionada por la turbiedad de la atmósfera pero que, en condiciones normales, se extendería hasta varios kilómetros. A partir de una imagen se determina un mapa de transmitancias que posteriormente servirá como herramienta para establecer la atenuación atmosférica a una distancia dada, con objeto de ser introducida en cualquier sistema de predicción de radiación aplicada a plantas solares de torre central.

PALABRAS CLAVE/PALAVRAS CHAVE: Atenuación atmosférica, plantas de torre central, cámaras digitales, energía solar, teledetección


ABSTRACT
In this work, we intend to determine the coefficient of extinction of the radiation in the lower layers of the atmosphere, using a conventional digital camera and a specific algorithm. We intend to go on the scene to a broad depth of field, conditioned by the turbidity of the atmosphere that, under normal conditions, would extend up to several kilometres. Therefore, a map of transmittances can be determined from an image that will later serve as a tool to establish the atmospheric attenuation at a given distance in order to be introduced in any radiation prediction system applied to central tower solar plants.

KEYWORDS: Atmospheric Attenuation, Central Solar Power Plants, Digital Cameras, Solar Energy, Remote Sensing



INTRODUCCIÓN
Para conseguir una optimización del control del sistema de producción de una planta termosolar de torre central, es necesario disponer de las técnicas adecuadas que permitan conocer aquellos factores ambientales que puedan alterar la producción eléctrica final.
El mayor atenuador atmosférico que se presenta sobre el campo de heliostatos de una planta de concentración de torre son las nubes. Detectar su presencia y predecir su posición en un futuro cercano ayuda a tomar decisiones en tiempo real sobre el plan de actuación que debe llevar a cabo el equipo de operadores e ingenieros encargados de gestionar la planta. Actualmente, son ya numerosos los estudios y técnicas publicados que proporcionan esta información con aceptables tasas de éxito.
Otro de los problemas que se presentan en las plantas de tecnología de torre central es la atenuación de la radiación solar que tiene lugar entre los heliostatos y el receptor de la torre. La determinación en tiempo real de dicha atenuación por la presencia de los aerosoles y el vapor de agua interpuestos entre los espejos y el receptor es un objetivo que se persigue desde diversos puntos de vista y metodologías.
Visibilidad, extinción/atenuación atmosférica o transmitancia son términos muy relacionados entre sí que pueden ayudar a desvelar esta incógnita. La estimación de la medida de la visibilidad estaba ligada inicialmente a observadores humanos, pero se automatizó posteriormente con instrumentación existente o desarrollada expresamente para ello (escatómetros y transmisómetros).
Las cámaras fotográficas pueden ser una buena herramienta para evaluar la visibilidad, y así se puso en evidencia con cámaras con película fotográfica; evaluar la concentración de contaminantes (Hoffer, 1982) y calcular distancias relativas dentro de un paisaje (Cotzman y Krotov, 1997).
Desde hace un par de décadas se desarrollan metodologías para evaluar y/o eliminar la presencia de nieblas, brumas, etc. en las imágenes tomadas con cámaras digitales, utilizando muy diversas técnicas, desde la aplicación directa del concepto de contraste, el uso de dos cámaras, filtros polarizadores, etc. (Graves and Newsam (2011), Xie et al (2008), Janeiro et al (2007), Schechner et al (2001)).
La radiancia que procede de un objeto iluminado en una escena se atenúa por los componentes atmosféricos presentes en el camino entre el objeto y el observador; al mismo tiempo, la luz ambiente o airlight se suma a la luz que llega al observador procedente del objeto, y ambos efectos causan un empeoramiento de la visibilidad del mismo, ya que disminuye el contraste. El dehazing de una imagen turbia trata de obtener fiabilidad en su restauración; bajo ciertas condiciones radiométricas, trata de reconstruir la escena original revirtiendo las pérdidas de contraste que se han producido.
En este trabajo se presenta una metodología que permite determinar el coeficiente de extinción de la atmósfera en la banda espectral del sensor de la cámara, o en las distintas bandas de color del mismo, tomando una imagen de una escena, en la que sea posible determinar la luz ambiente. Para ello, se seguirán un algoritmo de dehazing que permite, bajo ciertas condiciones, calcular un mapa de transmitancias de la imagen. Una vez calculados estos valores, la atenuación será la complementaria a la transmitancia, si se conoce la distancia entre la cámara y el objeto analizado.

MATERIALES Y MÉTODOS





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