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Radiación solar

Radiación solar

La radiación solar es la energía radiante emitida en el espacio interplanetario del Sol. Esta radiación se genera a partir de las reacciones termonucleares de fusión que se producen en el núcleo solar y que producen la radiación electromagnética en varias frecuencias o longitudes de onda, que se propaga entonces en el espacio a las velocidades típicas de estas olas. Esta propagación permite llevar energía solar con ellas.

La constante solar es la cantidad de energía recibida en forma de radiación solar por unidad de tiempo y unidad de superficie, medida en la parte externa de la atmósfera terrestre en un plano perpendicular a los rayos del Sol. Los resultados de su medición por satélites arrojan un valor promedio de 1366 Wm-2.

La energía solar y consecuentemente la radiación solar resulta del proceso de fusión nuclear que tiene lugar en el Sol. Esta energía es la principal fuente energética y, por lo tanto, el motor que mueve nuestro medio ambiente. La energía solar que recibimos mediante la radiación solar es responsable directamente o indirectamente de aspectos tan importantes para la vida como la fotosíntesis, el mantenimiento de una temperatura del planeta compatible con la vida, del viento, etc. La energía solar que llega a la superficie terrestre es 10.000 veces mayor que la energía consumida actualmente por toda la humanidad.

Definición de radiación

La radiación es la trasferencia de energía por ondas electromagnéticas. La radiación se produce directamente desde la fuente hacia fuera en todas las direcciones. Estas ondas no necesitan un medio material para propagarse, pueden atravesar el espacio interplanetario y llegar a la Tierra desde el Sol.

La longitud de onda y la frecuencia de las ondas electromagnéticas, son importantes para determinar su energía, su visibilidad y su poder de penetración. Todas las ondas electromagnéticas se desplazan en el vacío a una velocidad de 299.792 Km/s.

Características de la radiación solar

La radiación solar no se concentra en una sola frecuencia, sino que se distribuye en un amplio espectro de amplitud no uniforme con la forma típica de una campana, como es típico del espectro de un cuerpo negro con el que se modela la fuente solar. El máximo de radiación se centra en la banda de radiación o luz visible con un pico a 500 nm fuera de la atmósfera terrestre según la ley de Wien, que corresponde al color verde cian.

La banda de radiación fotosintéticamente activa (PAR) oscila entre 400 y 700 nm, corresponde a la radiación visible y equivale al 41% de la radiación total. Dentro del PAR hay subbandas con radiación:

  • azul-violeta (400-490 nm)
  • verde (490-560 nm)
  • amarillo (560-590 nm)
  • rojo anaranjado (590-700 nm)

Además de la radiación visible, un componente energéticamente minoritario, pero sin embargo digno de mención por sus efectos es el infrarrojo y, sobre todo, los rayos ultravioletas.

Al cruzar la atmósfera la radiación solar se somete a fenómenos de reflexión, refracción, absorción y difusión por los diversos gases atmosféricos en un grado variable en función de la frecuencia, de modo que el suelo del espectro solar es irregular en comparación con la detectada en los umbrales externas de atmósfera (TOA) con presencia de bandas típicas de absorción o reflexión.

Propagación de la radiación solar en la atmósfera y en la superficie de la tierra

Por las características de la atmósfera terrestre la radiación solar sufre unas determinadas alteraciones para atravesarla y llegar a la superficie.

Balance de radiación

En promedio, la Tierra recibe 1 366 W / m² (constante solar) del Sol. Esto está relacionado con los umbrales de la atmósfera y el plano perpendicular a los rayos solares entrantes: es por lo tanto necesario tener en cuenta que la radiación solar en la Tierra golpea un casquete esférico durante 1440 minutos cada día, disminuyendo en un 75%. La atmósfera a su vez filtra los rayos del Sol hasta cierto punto, como lo hace cada cuerpo, causando:

  • una reflexión y un back-dispersión de los rayos, debido a su albedo, a las nubes y gases atmosféricos mismos;
  • una absorción que provoca un aumento de la temperatura, como resultado de lo cual emite radiación en cualquier dirección de acuerdo con la ley de Wien. Sin embargo, esta absorción es modesta en la banda de luz visible, por lo que es transparente a la radiación solar directa.

Aproximadamente la mitad de la radiación solar atraviesa la atmósfera sin alteraciones, tomando el nombre de radiación neta. La mitad de la radiación neta contribuye finalmente a la evaporación de las masas de agua, por lo tanto, la energía solar disponible es aproximadamente una cuarta parte de la energía total emitida.

La estratosfera absorbe los rayos ultravioleta incluidos en la banda de 200-300 nm gracias al ozono, la troposfera absorbe y difunde el infrarrojo gracias al vapor de agua y al CO2 . La acción de filtrado de las bandas en las longitudes de onda ultravioleta, en su mayoría letales, es esencial para el desarrollo de la vida.

Radiación solar difusa

La radiación difusa también recibe el nombre de radiación indirecta. La radiación solar difusa representa la porción de radiación solar que ha golpeado al menos una partícula de gases atmosféricos al cambiar el ángulo de incidencia y que, sin embargo, alcanza el suelo porque está dirigida hacia él. Aumenta en relación con el total en cielos nublados. En particular, la dispersión de Rayleigh del componente azul de la radiación solar es responsable del color azul del cielo. Una parte de la radiación difusa está hacia atrás hacia, el espacio.

Radiación solar incidente

La radiación solar incidente es esa radiación que ha encontrado cualquier obstáculo al que ha entregado toda o parte de su energía. La energía que no llega a la superficie de la tierra se dice que está extinta y está formada por la radiación re-emitida, reflejada y retrodispersada hacia el espacio.

De acuerdo con la ley de Lambert, la cantidad de radiación que golpea la unidad de superficie es proporcional al coseno del ángulo de incidencia.

La cantidad máxima de radiación solar incidente se obtiene con incidencia perpendicular, ya que el ángulo aumenta, tanto la superficie afectada por la misma cantidad de radiación como el grosor de la atmósfera atravesada por estos aumenta. Esto crea las variaciones diarias, anuales y latitudinales en la irradiación.

Radiación solar reflejada

La radiación solar reflejada es la parte de la radiación solar incidente reflejada desde la superficie de la tierra debido al efecto albedo. El albedo es el coeficiente de reflexión c. Los valores de c generalmente están entre 0 y 1 o se expresan como un porcentaje. Está dada por la relación entre la energía radiante reflejada desde una superficie con respecto a la energía incidente. La Tierra tiene un valor promedio de 40% (c = 0.4). A la altitud del albedo de la Tierra, agregamos las radiaciones reflejadas por las partículas atmosféricas hacia el espacio.

Radiación solar absorbida

Después de deducir todas las pérdidas debidas a la reflexión y la retrodispersión de la atmósfera y la superficie de la Tierra, la radiación solar incidente que queda es absorbida por la superficie de la Tierra y por lo tanto contribuye a su calentamiento, de una manera variable en función de la latitud y el tipo de superficie.

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Última revisión: 13 de abril de 2017

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