Solar Energia
La radiació solar no arriba a la superfície terrestre exactament igual a com és emesa pel Sol. Durant el seu recorregut cap a la Terra i el seu pas a través de l' atmosfera, l' energia solar experimenta diversos fenòmens físics que modifiquen la seva intensitat, direcció i composició espectral.
Aquests processos determinen la quantitat d' energia disponible a cada lloc del planeta i són responsables de fenòmens tan quotidians com el color blau del cel, la formació d' ombres o les diferències d' insolació entre diferents regions.
El viatge de la radiació solar cap a la Terra
El Sol emet energia en forma de radiació electromagnètica en un ampli rang de longituds d' ona, des dels raigs ultraviolats fins a la radiació infraroja.
En el límit superior de l'atmosfera terrestre, la irradiància solar mitjana és d'aproximadament 1.361 W/m², valor conegut com a constant solar. Tanmateix, no tota aquesta energia assoleix la superfície terrestre a causa de la interacció amb l' atmosfera.
A mesura que els raigs solars travessen les diferents capes atmosfèriques, part de l' energia és reflectida, absorbida o dispersada pels gasos atmosfèrics, els núvols i les partícules en suspensió.
L' atmosfera com a filtre natural
L' atmosfera terrestre actua com un filtre que regula la quantitat i el tipus de radiació que arriba al sòl.
Aquest filtratge resulta essencial per a la vida, ja que elimina gran part de les radiacions més energètiques i potencialment danyoses procedents del Sol.
Els principals processos que afecten la propagació de la radiació solar són:
- Reflexió.
- Absorció.
- Dispersió.
La combinació d' aquests fenòmens determina el balanç energètic terrestre i la radiació finalment disponible a la superfície.
Reflexió de la radiació solar
La reflexió passa quan una part de la radiació rebota sobre una superfície sense ser absorbida.
Aquest fenomen té lloc tant a l' atmosfera com a la superfície terrestre. Els núvols són un dels elements que més radiació reflecteixen cap a l' espai, tot i que també hi contribueixen els aerosols atmosfèrics, la neu, el gel i determinades superfícies clares.
La capacitat d' una superfície per reflectir la radiació solar s' expressa mitjançant l' albedo.
La Terra presenta un albedo mitjà proper al 30 %, la qual cosa significa que aproximadament una tercera part de l'energia solar rebuda és retornada a l'espai.
Absorció de la radiació solar
Part de l' energia solar és absorbida pels gasos atmosfèrics i per la superfície terrestre.
L' absorció depèn de la longitud d' ona de la radiació i de les propietats dels materials que la reben.
Alguns exemples importants són:
- La capa d' ozó absorbeix gran part de la radiació ultraviolada.
- El vapor d' aigua absorbeix determinades bandes de l' infraroig.
- El diòxid de carboni i altres gasos d'efecte hivernacle absorbeixen radiació tèrmica.
L'energia absorbida es transforma principalment en calor, contribuint a l'escalfament de l'atmosfera, els oceans i els continents.
Dispersió de la radiació solar
No tota la llum solar que entra a l' atmosfera arriba directament a la superfície terrestre. Durant el seu recorregut, una part de la radiació interactua amb les molècules de l' aire, les gotes d' aigua i les partícules en suspensió presents a l' atmosfera. Quan això passa, els raigs solars canvien de direcció i la llum es reparteix en múltiples sentits, un fenomen conegut com a dispersió.
Tot i que passa desapercebuda en la nostra vida quotidiana, la dispersió és responsable d'alguns dels espectacles naturals més coneguts. Gràcies a ella, el cel adquireix el seu característic color blau durant el dia i els amaneceres i vespres es tenyeixen de tons vermellosos i ataronjats. També explica per què hi ha il·luminació natural fins i tot en llocs que no reben llum solar directa.
Un dels mecanismes més importants és la dispersió de Rayleigh, que es produeix quan la llum interactua amb les molècules de l'aire. Aquest fenomen afecta amb més intensitat les longituds d' ona més curtes, corresponents als colors blaus i violetes de l' espectre visible. Com que els nostres ulls són més sensibles al blau i part de la llum violeta és absorbida per l'atmosfera, el resultat és el color blau que observem en mirar el cel en un dia ennuvolat.
Radiació directa i radiació difusa
Com a resultat dels processos atmosfèrics, la radiació que assoleix la superfície terrestre es pot classificar en dos components principals.
Radiació directa
És la radiació que arriba des del disc solar sense haver patit canvis significatius de direcció.
Representa la fracció més concentrada d' energia i genera ombres ben definides en dies enlairats.
Radiació difusa
És la radiació que ha estat dispersada per l' atmosfera abans d' arribar a terra.
Tot i que arriba des de múltiples direccions, continua aportant una quantitat significativa d' energia, especialment en dies nuvolats o amb elevada concentració de partícules atmosfèriques.
Radiació global
La suma de la radiació directa i la radiació difusa rep el nom de radiació global.
Aquesta és la radiació total disponible sobre una superfície exposada al Sol.
Influència de l' angle d' incidència
La quantitat d' energia solar rebuda depèn també de l' angle amb el qual els raigs solars assoleixen una superfície.
Quan la radiació incideix perpendicularment, l' energia es concentra en una superfície menor i la intensitat és màxima.
Per contra, quan els raigs arriben amb una inclinació elevada, la mateixa energia es distribueix sobre una superfície major i a més ha de travessar una major quantitat d' atmosfera.
Aquest fenomen explica nombrosos aspectes del comportament de la radiació solar a la Terra. Per exemple,
- L' alternança entre dia i nit es produeix perquè la rotació terrestre modifica contínuament l' angle amb què els raigs solars assoleixen cada punt del planeta.
- Les estacions de l' any són conseqüència de la inclinació de l' eix terrestre, que fa que una mateixa regió rebi els raigs solars de forma més o menys perpendicular segons l' època de l' any.
- Les diferències climàtiques entre latituds es deuen al altri que les zones properes a l'Equador reben una radiació més directa i concentrada que les regions polars.
- La variació diària de la radiació solar.
Factors que afecten la propagació de la radiació solar
La quantitat de radiació que finalment assoleix la superfície terrestre depèn de nombrosos factors:
- La latitud.
- L' època de l' any.
- L' hora del dia.
- L' altitud.
- La nuvolositat.
- La humitat atmosfèrica.
- La concentració d' aerosols i partícules.
- La contaminació atmosfèrica.
Per aquest motiu, dos llocs situats a la mateixa latitud poden rebre quantitats de radiació solar molt diferents.