Estimativa da distribuição espectral da radiação solar sobre o território brasileiro através de análise multiinstrumental

Abstract

A presente Tese de Doutorado apresenta uma metodologia para caracterizar a distribuição espectral da irradiância solar sobre o território brasileiro através de dados obtidos por instrumentos a bordo de satélites, radiômetros em superfície e radiossondagem. Estas informações formam um banco de dados sobre parâmetros atmosféricos que alteram as características espectrais da irradiância solar. O modelo computacional de transferência radiativa na atmosfera SMARTS2 (Simple Model of the Atmospheric Radiative Transfer of Sunshine) adota este banco de dados como parâmetros de entrada e estima a intensidade e distribuição espectral da radiação solar sobre a superfície terrestre. Através da utilização dos instrumentos MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) a bordo dos satélites TERRA e AQUA e AIRS (Atmospheric Infrared Sounder) também instalado na plataforma AQUA, foram determinadas as concentrações e propriedades ópticas de aerossóis, quantidade de água precipitável, coluna de ozônio e dióxido de carbono sobre o território brasileiro. A rede global de radiômetros AERONET (AErosol RObotic NETwork, NASA) foi utilizada para validação da caracterização óptica dos aerossóis e quantidade de água precipitável. Dados das redes SONDA (INPE-CPTEC), SolRad-Net(NASA) e instrumentos instalados no Laboratório de Energia Solar da UFRGS foram usadas para a validação das irradiâncias espectrais e de banda larga previstas pelo modelo computacional SMARTS2. Foram determinadas as características da distribuição espectral em Porto Alegre - RS, Petrolina - PE, Alta Floresta - MT e Manaus - AM e a influência desta distribuição em dispositivos fotovoltaicos de distintos materiais.

This doctoral thesis presents a methodology for characterizing the spectral distribution of solar irradiance over the Brazilian territory through data obtained by instruments aboard satellites, surface radiometers and radiosondes. This information forms a database of atmospheric parameters that alter the spectral characteristics of solar irradiance. The computational radiative transfer model SMARTS2 (Simple Model of the Atmospheric Radiative Transfer of Sunshine) adopts this database as input parameters and estimates the intensity and spectral distribution of solar irradiation on the earth’s surface. By using the MODIS instruments (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) aboard the TERRA and AQUA satellites and AIRS (Atmospheric Infrared Sounder) also installed on the platform AQUA, concentrations and optical properties of aerosols, amount of precipitable water, total ozone and carbon dioxide column were determined over the Brazilian territory. The global radiometers network AERONET (AErosol RObotic NETwork, NASA) was used for validation of the aerosol optical depth (AOD) and the amount of precipitable water. The networks SONDA (CPTECINPE), SolRad-Net (NASA), and instruments installed at the Solar Energy Laboratory at UFRGS were used to validate the spectral and broadband irradiance provided by the computational model SMARTS2. We determined the characteristics of the solar spectral distribution in Porto Alegre - RS, Petrolina - PE, Alta Floresta - MT and Manaus - AM and its effect on different photovoltaic devices.