Disponible con una licencia de Spatial Analyst.
La radiación solar, también conocida como insolación, es un concepto fundamental en energía solar y meteorología. Se refiere a la radiación electromagnética emitida por el sol que abarca un amplio espectro de longitudes de onda, incluida la luz ultravioleta, visible e infrarroja. Al cuantificar y analizar los datos de radiación solar, puede optimizar el diseño y el rendimiento de los sistemas de energía solar, además de la selección de las semillas y el riego agrícola, predecir el deshielo, conocer el riesgo de incendio e identificar las ubicaciones óptimas para plantas específicas, animales o urbanizaciones.
La radiación solar procedente del sol atraviesa la atmósfera e incide en la superficie terrestre de forma directa, difusa y reflejada. La radiación directa es la que se intercepta sin impedimentos en línea recta desde el sol. La radiación difusa es dispersada por los constituyentes atmosféricos, como las nubes y el polvo. La radiación reflejada es la que refleja una superficie en otra dirección. La suma de radiación directa, difusa y reflejada se denomina radiación solar total o global. Las herramientas de radiación solar no incluyen la radiación reflejada en el cálculo de la radiación total. Por consiguiente, la radiación total se calcula como la suma de la radiación directa y difusa.
A continuación se explica la lógica general de análisis de cada ubicación (celda) en el caso de las herramientas Radiación solar de ráster y Radiación solar de entidad:
- Calcule el mapa celeste respecto de la radiación difusa.
- Calcule los mapas solares respecto de la radiación directa.
- Calcule la cuenca visual hemisférica para representar el cielo visible.
- Superponga el mapa solar y el mapa celeste en la cuenca visual para determinar la porción de cielo visible con el fin de calcular la radiación difusa, directa y total.
- Repita esta operación en cada ubicación para producir un mapa de ráster de insolación o datos de entidades.
Consulte Modelado de la radiación solar para obtener más información sobre el cálculo del mapa celeste, el mapa solar y la cuenca visual.
Más información sobre los trabajos Radiación solar de entidad
Más información sobre los trabajos Radiación solar de ráster
Cálculo del mapa solar
En el caso de las herramientas Radiación solar de ráster y Radiación solar de entidad, se crean varios mapas durante el análisis. Esto ofrece la posibilidad de modelar grandes áreas de análisis mediante un modelado más preciso de la posición del sol en el paisaje, ya que el ángulo de incidencia del sol cambia con la latitud y la longitud.
La radiación solar directa que procede de todas las direcciones del cielo se calcula mediante el uso de un mapa solar en la misma proyección hemisférica que la cuenca visual. El mapa solar es una representación ráster que muestra la posición aparente del sol con el paso de las horas del día y los días del año. Es como si observase cómo cambia la posición del sol en el cielo a lo largo del tiempo.
El mapa solar consta de sectores discretos definidos por la posición del sol cada día mediante el uso del intervalo de tiempo de 0,5 horas para la tierra y 2 horas del tiempo universal coordinado (UTC) para la luna. El intervalo es mayor en el caso de la luna porque los días lunares son mucho más largo que los terrestres. Cada sector del mapa solar tiene un identificador único y se calculan los ángulos cenital y acimutal (elevación) de su centroide. El mapa solar se calcula a diario y la cantidad de radiación solar que se origina en cada sector se calcula por separado. Luego se superponen los mapas solares en la cuenca visual para calcular la radiación directa de cada sector.
El mapa solar cambia con la ubicación en función de la longitud, la latitud y la altitud. Idealmente, debería calcularse un mapa solar por cada píxel de la superficie de entrada. Sin embargo, por razones de eficacia, se aplica un mapa solar a un grupo de píxeles adyacentes de la superficie de entrada. Los mapas solares se calculan como una malla de teselas hexagonales mediante el uso del sistema de indexación geoespacial H3.
Puede obtener más información sobre la cuadrícula global discreta H3 en https://h3geo.org/.
El tamaño relativo de las áreas del mapa del sol se controla mediante el parámetro Nivel de cuadrícula del mapa solar. Este parámetro controla la velocidad y precisión del cálculo. Ajusta la resolución de las celdas de la cuadrícula hexagonal que se utilizarán para los cálculos internos. En la imagen siguiente se muestra cómo se aplican los mapas solares correspondientes a niveles de cuadrícula de 5 a 7 para la misma área de la tierra. Todas las celdas del ráster de superficie de entrada que caigan en cada cuadrícula hexagonal tendrán aplicados los mismos valores de mapa solar.
Un nivel de cuadrícula más bajo crea menos áreas de mapa solar más grandes y reduce el tiempo de ejecución de la herramienta. Un nivel de cuadrícula más alto crea más mapas solares y más pequeños, lo que mejora la precisión del resultado. Un mapa solar más grande generalizará los valores de posición del sol en toda el área de la cuadrícula del mapa solar. Esto significa que los valores de ángulo y elevación del sol serán los mismos en los extremos. Por el contrario, para analizar la posición del sol con más precisión en el paisaje, debería utilizar los niveles de cuadrícula más altos.
La siguiente tabla muestra el área promedio de las celdas de la cuadrícula hexagonal para cada nivel del mapa solar, en unidades de kilómetros cuadrados:
| Nivel | Tierra | Luna |
|---|---|---|
4 | No aplicable | 131,6 |
5 | 252,9 (valor predeterminado > 4 m) | 18,8 |
6 | 36,1 (valor predeterminado < 4 m) | 2,69 (valor predeterminado) |
7 | 5,16 | No aplicable |
Calcular la radiación solar de la tierra y la luna
La radiación solar entrante es la principal fuente de energía que activa muchos de los procesos físicos y biológicos de la tierra. Conocer su importancia en las escalas del paisaje es fundamental para entender una gran variedad de procesos naturales y actividades humanas de la tierra.
El análisis de radiación solar de la tierra y la luna se realiza de la misma forma. Sin embargo, existen diferencias físicas y temporales que deben tenerse en cuenta. Por ejemplo, un día lunar equivale a cerca de 29,5 días terrestres. En la luna no hay atmósfera, por lo que no se calcula la radiación solar difusa. Por consiguiente, la radiación total es igual que la radiación directa. En los cálculos lunares, el tiempo se define en hora universal coordinada (UTC) porque en la luna no tienen sentido las zonas horarias que se utilizan en la tierra. En los cálculos de intervalos, la duración mínima es de 0,5 horas en el caso de la tierra y de 2 horas en el caso de la luna.
Análisis en la luna
La posibilidad de analizar la radiación solar en la luna es importante para la ciencia planetaria y para organizaciones como NASA JPL. Estas son algunas de las aplicaciones:
- Estudio geológico de la superficie de la luna y análisis térmicos
- Investigación de los posibles depósitos de hielo en áreas a las que llega poca o ninguna luz, conocidas como zonas permanentemente en sombra (PSR)
- Entrada para planificar la navegación y las rutas de vehículos autónomos que funcionan con energía solar
- Análisis de emplazamiento óptimo de posibles instalaciones lunares que funcionen con energía solar
Para empezar, los datos de la luna pueden encontrarse en Moon Trek, una aplicación avalada por NASA JPL que permite ver y descargar muchos productos de datos lunares diferentes.
Obtenga más información sobre Moon Trek en el sitio web de la NASA https://trek.nasa.gov/moon.
Utilización de una GPU
Las herramientas Radiación solar de ráster y Radiación solar de entidad pueden aumentar el rendimiento si tiene instalado un determinado hardware de GPU en su sistema. De lo contrario, el análisis se procesará por completo en la CPU. La ejecución de las herramientas con una GPU compatible es mucho más rápida que con la CPU. Para procesar en la CPU, estas herramientas aprovecharán todos los núcleos de procesamiento disponibles para lograr un aumento de rendimiento adicional. Utilice el parámetro Dispositivo objetivo para el análisis para controlar si la GPU o la CPU se utilizarán para ejecutar la herramienta.
Consulte Procesamiento de GPU con Spatial Analyst para obtener más información sobre GPU compatibles, configurar y trabajar con dispositivos GPU, así como sugerencias de solución de problemas.
Integración con la API de SPICE
Las herramientas de radiación solar emplean el software SPICE de la NASA para determinar las posiciones relativas en el espacio y el tiempo del sol, la tierra y la luna. Los conjuntos de datos de SPICE principales se denominan kernels. Los datos de kernel constan de información de navegación y otra información complementaria que proporciona geometría de observación de precisión para cuerpos celestes. Estos datos se incluyen como parte de la instalación de ArcGIS Pro. Esri actualizará los kernels con la última versión que esté disponible en el momento de la publicación. La actualización o incorporación de archivos kernel no es compatible con el usuario.
SPICE no se utiliza para calcular la insolación directamente.
Puede obtener más información sobre SPICE en Navigation and Ancillary Information Facility, en el sitio web de NASA JPL https://naif.jpl.nasa.gov/naif/.
Recursos adicionales
Acton, Charles A. 1996. "Ancillary data services of NASA's Navigation and Ancillary Information Facility". Planetary and Space Science Volumen 44, número 1, enero de 1996, pp. 65–70. https://doi.org/10.1016/0032-0633(95)00107-7
Acton, Charles, Nathaniel Bachman, Boris Semenov y Edward Wright. 2018. "A look towards the future in the handling of space science mission geometry." Planetary and Space Science Volumen 150, enero de 2018, pp. 9–12. https://doi.org/10.1016/j.pss.2017.02.013
Brodsky, Isaac. 2018. "Uber’s Hexagonal Hierarchical Spatial Index H3." Engineering (blog), 27 de junio de 2018. https://www.uber.com/blog/h3/