El comportamiento de la radiación solar en la Tierra

La radiación solar que incide sobre un receptor fuera de la atmósfera o radiación extraterrestre, proviene casi exclusivamente de la emitida en línea recta por nuestro Sol (radiación directa) puesto que al estar el espacio exterior desprovisto de materia dispersa, la esfera celeste aparece negra (sin radiación) con pequeños puntos brillantes correspondientes a las estrellas, que no son relevantes por su lejanía, pero si de nuestra única estrella el Sol.

La radiación solar, al llegar a la Tierra atraviesa la atmosfera, donde los componentes  de la atmósfera actúan sobre la radiación solar, en parte, reflejándola (nubes), otra porción es absorbida (por el ozono, oxígeno, anhídrido carbónico, vapor de agua, entre otros) y finalmente otra parte también dispersándola (por las moléculas, gotas de agua, y el polvo en suspensión, entre otros). Así mismo, de la radiación que llega al suelo, una parte es absorbida por el mismo suelo y la otra es reflejada a la atmósfera. El resultado de estos efectos es la descomposición de la radiación solar incidente sobre un receptor en tres componentes que a continuación precisamos.

La radiación directa, conformada por los rayos que se reciben en línea recta con el Sol. La radiación difusa, procedente de todo el cielo excluyendo el disco solar y debido a los rayos no directos y dispersados por la atmósfera en la dirección del receptor.  La radiación de albedo procedente del suelo y debida a la reflexión de la radiación incidente en el. La radiación total (la suma de las radiaciones directa+difusa+albedo) incidente en una superficie se denomina radiación global.

En cuanto a la radiación difusa, sus propiedades direccionales dependen en gran medida, de la posición, forma y composición de las nubes, y como consecuencia de ello la radiación difusa en una función compleja y muy variable en el tiempo. Esto quiere decir que la radiación difusa es intrínsecamente anisotrópica (1). No obstante, en algunos casos particulares, cuando el cielo está completamente cubierto de nubes, es prácticamente isotrópica (2).

La cantidad de radiación de albedo, es dependiente de la naturaleza del suelo. Por ejemplo, la nieve, la vegetación, arena, agua, roca, etc. Por ejemplo, es posible también incrementar la radiación de albedo pintando de blanco en los alrededores de los receptores, de manera que se incremente la radiación global.

En general llamamos radiación a la energía proveniente del Sol en forma general, pero tenemos que distinguir entre potencia y energía, se emplean definiciones más precisas. Veamos, se denomina Irradiancia, a la energía incidente en una superficie  por unidad de tiempo, por lo que se mide en Kw/m², por lo que corresponde a una medida puntual según la hora y estado del ambiente, por ejemplo, si a la 3 pm se recibe una radiación solar equivalente a 1Kw y este incide sobre un panel fotovoltaico de 1m², implica que la irradiancia es 1 Kw/m², si a las 4 pm la radiación incidente es 1,15 Kw sobre el mismo panel, entonces la Irradiancia sería 1.1 Kw/m².

Por otro lado, se denomina Irradiación a la energía que incide en una superficie por unidad de superficie a lo largo de un cierto periodo de tiempo (por ejemplo irradiación diaria), y se mide en Kw-h/m², es decir potencia. Como ejemplo podemos señalar que para calcular la Irradiación sobre el panel tendríamos que sumar las irradiancias tomadas entre las 3 y 4 pm, que suman 2,1 Kw y dividirlo entre el tiempo acumulado (en este caso dos horas), lo que nos da una Irradiación de 1.05 Kw-h/m² como potencia que ha recibido el panel.

Un detalle muy importante, es mencionar que la respuesta de muchos dispositivos para el aprovechamiento de la energía solar, como las células fotovoltaicas (que forman los paneles solares o fotovoltaicos) depende de la longitud de onda de la radiación que incide sobre ellos, por lo que su rendimiento es afectado por el espectro de la radiación extraterrestre y de las condiciones atmosféricas en cada momento.

(1) Anisotrópica, hace referencia a aquellos cuerpos en los que la magnitud de la propiedad de la que se trate no es la misma en todas las direcciones.

(2) Isotrópica, es la característica de los cuerpos cuyas propiedades físicas no dependen de la dirección. es decir son aquellos cuerpo en lo que la magnitud de la propiedad de la que se trate dan resultados idénticos con independencia de la dirección escogida para dicha medida.


Fuente: Lorenzo Eduardo. Electricidad Solar. Univ. Politecnica de Madrid