Vol. 6, No 12, p. 93-108 - 30 abr. 2019
Estimativa da radiação solar global em função da temperatura do ar e isolinhas para o Estado de Mato Grosso do Sul, Brasil
Soetânia Santos de Oliveira , Guilherme Henrique Cavazzana e Amaury de Souza
Resumo
A radiação solar incidente (Qg) é uma variável importante em estudos agrícolas, particularmente para a estimativa da evapotranspiração e em modelos para produtividade, assim como para produção de energia. Entretanto, sua medição não é, em geral, realizada em estações meteorológicas convencionais. O objetivo deste trabalho foi avaliar dois modelos empíricos de estimativa de (Qg), a partir da temperatura, e adicionalmente traçar as isolinhas para o Estado de Mato Grosso do Sul. Dados de Qg diários foram obtidos por estações meteorológicas automáticas instaladas ao longo do estado e pertencentes ao Instituto Nacional de Meteorologia (INMET). Para os dois modelos foram gerados coeficientes locais de calibração. O desempenho de cada método foi avaliado através dos seguintes indicadores: o Viés, o erro quadrático médio (EQM), o erro absoluto médio (EA) e o índice de correlação (r). Os resultados mostraram que o Modelo 1 teve um melhor desempenho, apresentando um coeficiente de correlação de 0,77 e EQM e EA inferiores a 1,8 MJ. Isto significa que tal modelo é passível de utilização para estimativa de radiaçção solar, mas, dado à simplicidade, desempenho e significância.
Palavras-chave
Radiação solar; Dados climáticos; Temperatura do ar; Estimativa da radiação solar.
Abstract
Estimation of global solar radiation as a function of air temperature and isolines for the State of Mato Grosso
do Sul, Brazil. Incident solar radiation (Qg) is an important variable in agricultural studies, particularly for
the estimation of evapotranspiration and models for productivity, as well as for energy production. However, its
measurement is not usually performed in conventional meteorological stations. The objective of this work was to
evaluate two empirical models of (Qg) estimation, from the temperature, and additionally to draw the isolines to the
State of Mato Grosso do Sul. Daily (Qg) data were obtained by automatic meteorological stations installed in these
regions and belonging to the National Institute of Meteorology (INMET). For both models, local calibration coefficients
were generated. The performance of each method was evaluated through the following indicators: bias, root mean square
error (RMSE), mean absolute error (ME) and correlation index (r). Results showed that Model 1 had a better performance,
presenting a correlation index of 0.77 and RMSQ e ME less than 1.8 Mj. This indicates that this model is usable for
solar radiation estimation, but given the simplicity, performance and significance.
Keywords
Solar radiation; Climatic data; Air temperature; Solar radiation estimation.
DOI
10.21438/rbgas.061207
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References
Allen, R. G. Self-calibrating method for estimating solar radiation from air temperature. Journal of Hydrologic
Engineering, v. 2, n. 2, p. 56-67, 1977. https://doi.org/10.1061/(ASCE)1084-0699(1997)2:2(56)
Ampratwum, D. B.; Dorvlo, A. S. S. Estimation of solar radiation from the number of sunshine hours. Applied
Energy, v. 63, n. 3, p. 161-167, 1999. https://doi.org/10.1016/S0306-2619(99)00025-2
ANEEL - Agência Nacional de Energia Elétrica. Atlas da energia elétrica do Brasil. 2. ed.
Brasília: ANEEL, 2005. Disponível em: <http://www.aneel.gov.br/documents/656835/14876406/2005_AtlasEnergiaEletricaBrasil2ed/06b7ec52-e2de-48e7-f8be-1a39c785fc8b>.
Acesso em: 29 out. 2018.
Angstrom, A. Solar and terrestrial radiation. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, v. 50,
p. 121-126, 1924. https://doi.org/10.1002/qj.49705021008
Bajpai, U.; Singh K. Estimation of instant solar radiation by using instant temperature. Acta Montanistica
Slovaca, v. 14, n. 2, p. 189-196, 2009.
Barbetta, P. A. Estatística aplicada às Ciências Sociais. 7. ed. Florianópolis:
Editora da UFSC, 2010.
Bristow, K. L.; Campbell, G. S. On the relationship between incoming solar radiation and daily maximum and minimum
temperature. Agricultural and Forest Meteorology, v. 31, n. 2, p. 159-166, 1984. https://doi.org/10.1016/0168-1923(84)90017-0
Bruni, A. L. Estatística aplicada à gestão empresarial. São Paulo: Atlas, 2007.
Buffo, J.; Fritschen, L. J.; Murphy, J. L. Direct solar radiation on various slopes from 0 to 60 degrees North
latitude. Portland: Pacific Northwest Forest and Range Experiment Station, 1972. Disponível em: <http://www.fs.fed.us/pnw/pubs/pnw_rp142.pdf>.
Acesso em: 29 out. 2018.
Buriol, G. A.; Estefanel, V.; Heldwein, A. B.; Prestes, S. D.; Horn, J. F. C. Estimativa da radiação
solar global a partir dos dados de insolação, para Santa Maria-RS. Ciência Rural, v. 42,
n. 9, p. 1563-1567, 2012. https://doi.org/10.1590/S0103-84782012005000059
Chegaar, M.; Lamri, A.; Chibani, A Estimating global solar radiation using sunshine hours. Revue Energies Renouvelables:
Physique Energétique, n. especial 4, p. 7-11, 1998. Disponível em: <https://www.cder.dz/download/sipe_2.pdf>.
Acesso em: 29 out. 2018.
Coppolino, S. A new correlation between clearness index and relative sunshine. Renewable Energy, v. 4, n. 4, p. 417-423,
1994. https://doi.org/10.1016/0960-1481(94)90049-3
Datta, D.; Datta, B. K. Empirical model for the estimation of global solar radiation in Dhaka, Bangladesh. International
Journal of Research in Engineering and Technology, v. 2, n. 11, p. 649-653, 2013. https://doi.org/10.15623/ijret.2013.0211099
Devore, J. L. Probabilidade e estatística para Engenharia e Ciência. São Paulo: Thomson
Pioneira, 2006.
Duffie, J. A.; Beckman, W. A. Solar engineering of thermal processes. New Jersey: John Wiley, 2013.
Ehnberg, J. S. G.; Bollen, M. H. J. Simulation of global solar radiation based on cloud observations. Solar Energy,
v. 78, n. 2, p. 157-162, 2005. https://doi.org/10.1016/j.solener.2004.08.016
Furlan, C.; Oliveira, A. P.; Soares, J.; Codado, G.; Escobedo, J. F. The role of clouds in improving the regression model
for hourly values of diffuse solar radiation. Applied Energy, v. 92, p. 240-254, 2012. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2011.10.032s
Grimm, A. M. Controles da temperatura. Notas de aula, 1999. Disponível em: <https://fisica.ufpr.br/grimm/aposmeteo/cap3/cap3-5.html>.
Acesso em: 28 out 2018.
Hargreaves, G. H.; Samani, Z. A. Estimating potential evapotranspiration. Journal of the Irrigation and Drainage Division,
v. 108, n. 3, p. 223-230, 1982.
Hargreaves, G. H. Simplified coefficients for estimating monthly solar radiation in North America and Europe. Logan, Utah:
Utah State University, 1994.
Kostić, R.; Mikulovic, J. The empirical models for estimating solar insolation in Serbia by using meteorological data on
cloudiness. Renew Energy, v. 114, Part B, p. 1281-1293, 2017. https://doi.org/10.1016/j.renene.2017.08.013
Kumar, L.; Skidmore, A. K.; Knowles, E. Modelling topographic variation in solar radiation in a GIS environment. International
Journal of Geographical Information Science, v. 11, n. 5, p. 475-497, 1997. https://doi.org/10.1080/136588197242266
Li, H.; Cao, F.; Wang, X.; Ma, W. A. A temperature-based model for estimating monthly average daily global solar radiation in
China. The Scientific World Journal, v. 2014, Article ID 128754, 2014. https://doi.org/10.1155/2014/128754
Lima, F. J. L. Avaliação do potencial eólico no Estado da Paraíba: um estudo observacional
e numérico. Campina Grande: Universidade Federal de Campina Grande, 2011. (Dissertação de mestrado).
Lima, R. Q. Identificação de parâmetros pelo Método dos Mínimos Quadrados Não Linear.
Rio de Janeiro: Pontifícia Universidade Católica, 2009. (Relatório de iniciação científica).
Disponível em: <http://www.puc-rio.br/pibic/relatorio_ resumo2009/relatorio/mec/roberta.pdf.
Acesso: 28 out. 2018.
Liu, J.; Liu, J.; Linderholm, H. W.; Chen, D.; Yu, Q.; Wu, D.; Haginoya, S. Observation and calculation of solar radiation on
the Tibetan Plateau. Energy Conversion and Management, v. 57, p. 23-32, 2012. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2011.12.007
Luo, W.; Taylor, M.; Parker, S. A comparison of spatial interpolation methods toestimate continuous wind speed surfaces using
irregularly distributed data from englandand wales. International Journal of Climatology, v. 28, n. 7, p. 947-959, 2008.
https://doi.org/10.1002/joc.1583
Menezes, H. E. A. Influência da Zona de Convergência Secundária do Atlântico Sul sobre a
ocorrência de precipitação no leste do Nordeste brasileiro. Campina Grande: Universidade Federal
de Campina Grande, 2010. (Tese de doutorado).
Meza, F.; Varas, E. Estimation of mean monthly solar global radiation as a function of temperature. Agricultural
and Forest Meteorology, v. 100, n. 2/3, p. 231-241, 2000. https://doi.org/10.1016/S0168-1923(99)00090-8
Nascimento, R. L. Energia solar no Brasil: situação e perspectivas. Brasília: Câmara
Federal, 2017. (Estudo técnico.). Disponível em: <http://bd.camara.gov.br/bd/bitstream/handle/bdcamara/32259/energia_solar_limp.pdf>.
Acesso em: 31 out. 2018.
Okundamiya, M. S.; Emagbetere, J. O.; Ogujor, E. A. Evaluation of various global solar radiation models for Nigeria.
International Journal of Green Energy, v. 13, n. 5, p. 505-512, 2016. https://doi.org/10.1080/15435075.2014.968921
Oliveira, S. S.; Souza, E. P. Análise de modelos de mesoescala para caracterização do potencial
eólico do Estado da Paraíba. Revista Brasileira de Meteorologia, v. 32, n. 2, p. 277-291, 2017.
QGIS Development Team. QGIS Geographic Information System. Version 2.14. 2014. Open Source Geospatial Foundation
Project. Disponível em: <http://qgis.osgeo.org>.
Acesso: 28 out. 2018.
Saffaripour, M. H.; Mehrabian, M. A.; Bazargan, H. Predicting solar radiation fluxes for solar energy system applications.
International Journal of Environmental Science and Technology, v. 10, n. 4, p. 761-768, 2013. https://doi.org/10.1007/s13762-013-0179-2
Santos, C. M.; Souza, J. L.; Ferreira-Junior, R. A.; Tiba, C.; Melo, R. O.; Lyra, G. B.; Teodoro, I.; Lyra, G. B.; Lemes,
M. A. M. Modelling global solar irradiation using air temperature for Alagoas State, Northeastern Brazil. Energy,
v. 71, p. 388-398, 2014. https://doi.org/10.1016/j.energy.2014.04.116
Shepard, D. A two-dimensional interpolation function for irregularly-spaced data. Proceedings of the 1968 23rd ACM National
Conference, p. 517-524, 1968.
Silva, A. S. A. Ferramentas para modelagem e interpolação de dados ambientais em escala regional. Recife:
Universidade Federal Rural de Pernambuco, 2015. (Tese de doutorado). Disponível em: <http://www.ppgbea.ufrpe.br/sites/www.ppgbea.ufrpe.br/files/documentos/tese_antonio_samuel_alves_da_silva.pdf>.
Acesso em: 30 out. 2018.
Silva, C. R.; Silva, V. J.; Alves Júnior, J.; Carvalho, H. P. Radiação solar estimada com base na temperatura
do ar para três regiões de Minas Gerais. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, v. 16,
n. 3, p. 281-288, 2012. https://doi.org/10.1590/S1415-43662012000300008
Silva, M. A. V. Meteorologia e Climatologia. 2. ed. Brasília: INMET, 2001.
Souza, A P.; Escobedo, F.J.; Dal Pai, A.; Gomes, E. N. Estimativas das componentes da radiação solar incidente em
superfícies inclinadas baseadas na radiação global horizontal. Revista Brasileira de Engenharia
Agr&icute;cola e Ambiental, v. 15, p. 277-288, 2011. https://doi.org/10.1590/S1415-43662011000300009
Souza, A.; Santos, D. A. S.; Aristone, F.; Kovač-Andrić, E.; Matasović, B.; Pires, J. C.; Ikefuti, P. V. Impacto
de fatores meteorológicos sobre as concentrações de ozônio modelados por análise de séries
temporais e métodos estatísticos multivariados. Holos, v. 5, p. 1 16, 2017. https://doi.org/10.15628/holos.2017.5033
Souza, A. P.; Zamadei, T.; Monteiro, E. B.; Casavecchia, B. H. Transmissividade atmosférica da radiação global
na Região Amazônica de Mato Grosso. Revista Brasileira de Meteorologia, v. 31, n. 4, p. 639-648, 2016.
https://doi.org/10.1590/0102-7786312314b20150147
Umoh, M. D.; Udo, S. O.; Udoakah, Y. N. Estimating global solar radiation on horizontal surface from the sunshine hours over
Port Harcourt, Nigeria. Journal of Electrical and Electronics Engineering Research, v. 6, n. 1, p. 1-5, 2014.
Vianello, R. L.; Alves, A. R. Meteorologia básica e aplicações. 3. ed. Viçosa: UFV, 2004.
Yakubu, D.; Medugu, D. W. Relationship between the global solar radiation and the sunshine duration in Abuja, Nigeria.
Ozean Journal of Applied Sciences, v. 5, n. 3, p. 221-228, 2012.
ISSN 2359-1412