Fundamentos de la Radiación y Geometría Solar: Conceptos Físicos Esenciales
Física4,12 KB
Fundamentos de la Energía Solar
1. Radiación Solar
La radiación solar que llega a la Tierra se distribuye en los siguientes rangos:
- Rayos Ultravioleta (UV): 7%
- Luz Visible: 47%
- Rayos Infrarrojos (IR): 40%
1.1. La Constante Solar
La constante solar es la cantidad de energía solar que, por unidad de tiempo, incide sobre una superficie de área unitaria colocada fuera de la atmósfera terrestre, a una distancia del Sol igual a la distancia promedio Sol-Tierra. La constante sufre ligeras variaciones debido a que la distancia entre el Sol y la Tierra no es constante.
1.2. Efecto de la Atmósfera
No toda la radiación solar interceptada por nuestro planeta llega a la superficie, debido a la capa atmosférica. En días totalmente despejados, el máximo de irradiancia que llega a la superficie es de aproximadamente 1100 W/m².
1.3. Tipos de Irradiación Solar
Hay tres componentes principales de la irradiación solar:
- Directa: Es la radiación recibida desde el Sol sin que se desvíe en su paso por la atmósfera.
- Difusa: Es la radiación que sufre cambios en su dirección, principalmente debidos a la reflexión y difusión en la atmósfera.
- Albedo: Es la radiación directa y difusa que se recibe por reflexión en el suelo u otras superficies próximas.
La radiación directa es la mayor y más importante en las aplicaciones de energía solar. Las proporciones de radiación directa, difusa y albedo que recibe una superficie dependen de las condiciones meteorológicas, la inclinación de la superficie respecto al plano horizontal y la presencia de superficies reflectantes.
1.4. Magnitudes de la Radiación
- Irradiación: Es la energía total que incide durante un periodo de tiempo sobre una superficie determinada.
- Irradiancia (Intensidad Radiante): Es la radiación que incide en un instante sobre una superficie determinada. Se mide en W/m².
1.4.1. Medición de la Irradiación sobre una Superficie
La cantidad de energía debida a la radiación directa dependerá de la inclinación de la superficie. Si la superficie es perpendicular a los rayos solares, su valor será máximo. Para medir la irradiación total, se utilizan unos aparatos llamados piranómetros.
2. Geometría Solar
La posición aparente del Sol, que varía según la estación del año, provoca que las sombras sean diferentes en distintas épocas. Para describir la posición del Sol, se utilizan dos ángulos clave:
- Altura Solar: Es el ángulo formado por la posición aparente del Sol en el cielo con la horizontal del lugar.
- Azimut Solar: Es el ángulo horizontal formado por la proyección de la posición del Sol y la dirección del verdadero Sur.
El azimut, al igual que la altura del Sol, en un instante dado será distinto en diferentes lugares del planeta.
3. Tiempo Solar y Ángulo Horario
El número de horas de sol será el lapso de tiempo transcurrido entre el orto y el ocaso. Este lapso depende del punto geográfico y de la época del año.
3.1. Definiciones y Conceptos Clave
- Latitud
- Ángulo que forma la normal del punto geográfico y el plano del ecuador.
- Longitud
- Distancia de un lugar respecto al primer meridiano de referencia. En energía solar, las longitudes al Este suelen tener valores negativos y al Oeste, positivos.
- Tiempo Solar Verdadero (TSV)
- Es la hora civil local menos el adelanto de hora solar (o corrección por huso horario) ± la longitud del lugar ± la ecuación del tiempo.
- Ángulo Horario (H)
- Es el cociente entre 360º sexagesimales y las 24 horas del día. A cada hora civil le corresponden 15º.
- Ángulo de Incidencia
- Es el ángulo formado por la radiación directa sobre el captador solar y la perpendicular al captador solar.