La Radiación Solar es el conjunto de radiaciones electromagnéticas emitidas por el Sol. El Sol es una estrella cuya superficie se encuentra a una temperatura media de 5778 K y en cuyo interior tienen lugar una serie de reacciones de fusión nuclear que producen una pérdida de masa que se transforma en energía.
Peo antes de introducirnos a este interesante tema, tenemos que contestar los que nos pregunta Pluto:
Energía radiante
Es la energía asociada con las ondas que se propagan de un lugar a otro. En particular nos interesa la energía de las ondas electromagnéticas, de las que la luz es un caso particular.
Muchos la conocen como energía electromagnética y podemos encontrarla en las ondas electromagnéticas, en los rayos ultravioletas, en los rayos gama, en los rayos infrarrojos, en las ondas de radio, en la luz visible o, incluso, en la luz solar.
Potencia e intensidad de la radiación
Si consideramos una superficie imaginaria de área S perpendicular a la dirección de propagación de las ondas, se llama intensidad de radiación, I, a la energía radiante (E) que atraviesa dicha superficie dividida por el área de la misma y por el tiempo que tarda en atravesarla, es decir:
I = E/St
Dado que P = E/t, donde P es la potencia de radiación incidente y la expresión de la Intensidad de radiación en función de la potencia, es la siguiente:
I = P/S
La energía de la Radiación Solar
La Radiación Solar es la energía que emite el Sol y esta se propaga en todas las direcciones a través del espacio mediante ondas electromagnéticas.
La energía de una radiación es directamente proporcional a la frecuencia de la onda.Cuánto mayor sea la frecuencia y, por tanto, menor sea la longitud de onda, mayor será el poder energético de la radiación.
La radiación infrarroja, o radiación IR es un tipo de radiación electromagnética, de mayor longitud de onda que la luz visible, pero menor que la de las microondas.
La radiación infrarroja se conoce popularmente como «radiación térmica», pero la luz y las ondas electromagnéticas de cualquier frecuencia calientan las superficies que las absorben.
La luz infrarroja del Sol representa el 49% del calentamiento de la Tierra, siendo el resto causado por la luz visible que es absorbida y luego re-irradiada en longitudes de onda más largas.
El sol, cuya temperatura superficial es de 5778 K, emite radiaciones infrarrojas, visibles y ultravioletas, con una distribución espectral de la radiación solar incidente, como se muestra en la siguiente figura.
Fotones
La física cuántica ha demostrado que las ondas viajan en pequeñas agrupaciones llamadas fotones, a los que se puede aplicar, a efectos prácticos, los conceptos de longitud de onda, frecuencia y energía que hemos definido. Así, hablamos de fotones ultravioletas, o fotones infrarrojos, según sea la longitud de onda.
Cada fotón posee una determinada energía que puede transmitir a los cuerpos sobre lo que incide. Este hecho es el fundamento de la conversión fotovoltaica.
El fotón es la partícula de luz portadora de la interacción electromagnética. Un fotón se caracteriza por su energía o, equivalentemente, por su frecuencia.
Absorción, reflexión y transmisión.
El coeficiente de absorción o de atenuación se define como el cociente entre la energía absorbida y la energía incidente por una superficie o sustancia. Depende de la frecuencia de la radiación y de la naturaleza de la sustancia.
El coeficiente de reflexión, Ri, y el de transmisión, Ti, es utilizado en física y en Ingeniería cuando se consideran medios con discontinuidades en propagación de ondas.
Un coeficiente de reflexión describe la amplitud (o la intensidad) de una onda reflejada respecto a la onda incidente.
Una parte de la onda se transfiere y otra se refleja cuando pasa de un medio a otro. El coeficiente de reflexión determina la relación entre las ondas incidente y la reflejada
El coeficiente de transmisión describe la amplitud (o la intensidad) de una onda transmitida respecto a la onda incidente.
Es evidente que la intensidad total I debe ser igual a la suma de la transmitida a través de la superficie y la reflejada por la misma.
I = IT+ IR
1 = Ti + Ri
El factor de reflexión depende del ángulo con que la onda incide sobre la superficie.
Caso de captadores y paneles fotovoltaicos en la radiación solar.
Cuando los rayos solares inciden sobre un captador térmico o un panel fotovoltaico formando con la superficie de los mismos un ángulo pequeño, es decir, formando un ángulo grande con la recta normal a dicha superficie.
Las pérdidas por reflexión hacen disminuir de forma muy apreciable la cantidad de energía solar que logra atravesar el vidrio de la cubierta del panel y poder ser aprovechada por las células fotovoltaicas o por el absorbedor fototérmico.
En el caso de paneles fotovoltaicos dispuestos verticalmente sobre la fachada de los edificios con objeto de lograr una máxima integración arquitectónica, ocurre que, dependiendo de la posición del Sol y de la orientación de la fachada, en cierto momento del día las pérdidas por reflexión pueden ser considerables.
En caso de incidencia perpendicular, Ri, viene determinada por la ecuación siguiente:
Ri = ((1-n)/(1+n))2
Dónde n es el índice de refracción del material de la cubierta. Para el caso del Vidrio, n vale más o menos 1.52.
A fin de disminuir las pérdidas por reflexión, los fabricantes de vidrio destinado a las cubiertas de los captadores y paneles fotovoltaicos someten su superficie a tratamiento especiales, que disminuyen la reflectancia para conseguir que las pérdidas sean algo menores.