Radiación Solar
El sol es una masa de gases ionizantes, plasma, y en su interior ocurre la fusión nuclear de hidrógeno hacia helio, perdiendo masa a una velocidad m de 4300 millones de kg/seg.
Por otro lado, el núcleo solar alcanza temperaturas de millones de grados Kelvin, y la energía emitida por el mismo es en gran parte absorbida e intercambiada con a la superficie mediante distintos mecanismos. En la superficie reina una temperatura de aproximadamente 6000 K, la cual se manifiesta en un espectro continuo de radiación que abarca longitudes de onda desde los 200 nm hasta 300 mn. Este espectro proviene de la superposición de todas las líneas de emisión de Absorción de la radiación que y se emite fotones de los iones del plasma caliente.
El espectro resultante puede calcularse en primera aproximación según el modelo del cuerpo negro por medio de la teoría de radiación de Planck.
Por ejemplo, si asumimos al Sol como un cuerpo negro y consideramos la radiación solar vista desde la Tierra, obtenemos que toda la radiación solar proviene de un disco aparente.
Al asumir al Sol como cuerpo negro a 6000 K obtenemos una irradiancia solar incidiendo sobre la Tierra de 1587 W/m², similar al valor medido de 1367 W/m2. No es exactamente igual debido a la absorción de energía en la capa de gases que rodea al Sol, por encima de la fotosfera, que recortar parte de su espectro lo cual disminuye la potencia radiante que llega a la Tierra.
El espectro medio justo fuera de la atmosfera terrestre denominado AM0 tiene un valor de 1367 W/m2, debido a que este valor es constante a la largo del tiempo, recibe el nombre de Constante Solar.
Al atravesar la atmósfera terrestre, el espectro sufre una nueva modificación, ya que con cielo despejado absorbe un 30% de la radiación. El espesor atmosférico que los rayos de sol deberán pasar depende de la ubicación sobre la Tierra. Cuando más nos alejamos de la condición de perpendicularidad de los rayos del sol, mayor será la atenuación de la radiación solar que deberá alcanzar la superficie terrestre.
Para tener en cuenta esto en un Generador Fotovoltaico, se define un parámetro denominado AM, que representa la cantidad de veces que el espectro solar atraviesa la atmósfera terrestre. Para lo cual cuando nos referimos a un AM1, ocurre que el espectro solar atraviesa una vez la capara atmosférica.
Esto ocurre a una latitud ecuatorial, al mediodía del 21 de Marzo o Setiembre (Equinoccios), así como también al mediodía del 21 de Diciembre sobre el trópico de capricornio o el 21 de Junio sobre el trópico de Cáncer (Solsticios).
Además de la absorción atmosférica, el espectro sufre modificaciones también por la dispersión de la luz solar al ingresar. Esta disminución esta en el orden del 10% al 20% de la radiación que llega a la superficie terrestre.
La cantidad de radiación dispersada se denomina difusa depende de diferentes factores como son, nubes, accidentes naturales, y dispersores de la luz como son humedad, polvo y otras partículas.
Entre un 10% al 20% de la radiación medible sobre la Tierra depende de la radiación difusa. La dispersión ocurre principalmente en el rango visible y en mayor dispersión difusa para longitudes de onda en el orden de la luz azul, lo cual se manifiesta que el cielo tiene ese color.
Durante la puesta de sol la masa de aire que debe atravesar es tan grande que solo los colores rojizos alcanzan al observador, ya que los azules fueron dispersados mucho antes de alcanzarlo.
El espectro AMI1.5G tiene una magnitud normalizada integrada de 1000 W/m2, y se presenta como un valor real sobre la superficie terrestre, dónde se han medido magnitudes del orden de los 940 W/m2, siendo el valor anterior normalizado y muy usado en laboratorio para el ensayo de celda y módulos fotovoltaicos destinados a Generadores Solares para uso terrestre.
Los valores aquí determinados y medidos, corresponde a espectros de luz solar en días específicos, enumerados anteriormente. Pero para otras latitudes y en otros momentos del día dispondremos de valores distintos, que serán mayores o menores de la irrandiancia espectral. Entonces conviene también definir la Irradiancia Media, como la media diaria, mensual o anual, de la irradiancia radiante recibida.
Resulta que, para realizar cálculos estimativos de irradiancia media anual en climas moderados, deberá considerar valores del orden de 100 W/m2 a 150 W/m2 de irradiancia en latitudes intermedias y de 250 W/m2 a 300 W/m2 en las latitudes cercanas a los trópicos. Con lo cual la densidad de energía solar disponible se especifica en kW (kilo Watts por m2) y se calcula integrando la radiancia durante las 24hs.
La energía solar disponible, está afectada por factores climáticos, como por ejemplo la nubosidad o partículas en suspensión en la atmósfera terrestre. Por ello en e cálculo de instalaciones fotovoltaicas debe utilizarse un mapa de irradiancia.
A grandes rasgos debemos decir que, las latitudes dan la cantidad de energía solar, siendo mayor la densidad de energía solar, si orientamos una superficie hacia el Sol durante cada estación del año.
