S. L. Innovación y Cualificación - Replanteo de instalaciones solares térmicas. ENAE0208

La radiación solar incide sobre la superficie de la Tierra después de atravesar la atmósfera, en la que se debilita por efecto de reflexión, difusión y absorción de la materia atmosférica. La atmósfera absorbe parte de la radiación solar. En unas condiciones óptimas, con un día perfectamente claro y con los rayos del sol cayendo casi perpendiculares, como mucho, las tres cuartas partes de la energía que llega del exterior alcanzan la superficie. El resto se refleja en la atmósfera y se dirige al espacio exterior. Las nubes son en gran parte las responsables de ello. Casi toda la radiación ultravioleta y gran parte de la infrarroja son absorbidas por el ozono y otros gases en la parte alta de la atmósfera. El vapor de agua y otros componentes atmosféricos absorben, en mayor o menor medida, la luz visible e infrarroja.

La constante solar anterior ya no es válida en la superficie de la Tierra. Aquí, en condiciones atmosféricas óptimas: día soleado de verano, cielo totalmente despejado, en una superficie de 1 m 2perpendicular al sol, la luz solar plena registra un valor de 1.000 W/m 2.

Recuerde

La constante solar nos sirve para formar el valor correspondiente a la energía que incide perpendicularmente sobre 1 m 2de la parte exterior de la atmósfera.

Sin embargo, pueden darse otras situaciones en las que la radiación solar tenga valores distintos: varía según el momento del día, también varía considerablemente de un lugar a otro, especialmente en regiones montañosas, y según la diferencia con respecto a la posición relativa del sol en el cielo (elevación solar), la cual depende de la latitud de cada lugar.

Según cómo llegue la luz solar a la superficie de la Tierra, podemos clasificar la radiación en tres tipos diferentes: directa, dispersa o difusa y albedo.

La radiación solar directa es la que incide sobre cualquier superficie con un ángulo único y preciso. La radiación solar viaja en línea recta, pero los gases y partículas en la atmósfera pueden desviar esta energía, efecto llamado dispersión. Esto explica cómo un área con sombra o pieza sin luz solar puede estar iluminada: le llega luz difusa o radiación difusa.

Los gases de la atmósfera dispersan más efectivamente las longitudes de onda más cortas (violeta y azul) que las longitudes de onda más largas (naranja y rojo). Esto explica el color azul del cielo y los colores rojo y naranja del amanecer y atardecer. Cuando amanece o atardece, la radiación solar recorre un mayor espesor de atmósfera y la luz azul y violeta es dispersada hacia el espacio exterior, pasando mayor cantidad de luz roja y naranja hacia la Tierra, lo que da el color del cielo a esas horas.

Se llama albedo a la fracción de la radiación reflejada por la superficie de la Tierra o cualquier otra superficie. El albedo es variable de un lugar a otro y de un instante a otro. Por ejemplo, para un cuerpo negro, su valor es igual a cero, pero para la nieve es de 0,9, para un suelo mojado es 0,18, etc.

Las proporciones de radiación directa, dispersa y albedo recibida por una superficie dependen:

1 De las condiciones meteorológicas: en un día nublado, la radiación es prácticamente dispersa en su totalidad, mientras que en un día despejado con clima seco predomina, en cambio, la componente directa, que puede llegar hasta el 90 % de la radiación total.

2 De la inclinación de la superficie respecto al plano horizontal: una superficie horizontal recibe la máxima radiación dispersa (si no hay alrededor objetos a una altura superior a la de la superficie) y la mínima reflejada. Al aumentar la inclinación de la superficie de captación disminuye la componente dispersa y aumenta la componente reflejada.

3 De la presencia de superficies reflectantes (debido a que las superficies claras son las más reflectantes, la radiación reflejada aumenta en invierno por efecto de la nieve y disminuye en verano por efecto de la absorción de la hierba o del terreno).

Importante

La energía solar térmica no aprovecha la luz solar. Esta energía, a diferencia de la fotovoltaica, aprovecha únicamente el calor emitido por el Sol, por lo que para su aprovechamiento es necesario que los colectores solares estén situados con la orientación óptima que permita la captación de todas las radiaciones, radiación directa, dispersa y albedo.

I Total= I Directa+ I Difusa+ I Albedo

Para concretar, decir que la radiación total que incide sobre una superficie inclinada corresponde a la suma de las tres componentes de la radiación:

La radiación solar es bastante constante antes de llegar a la atmósfera. Sin embargo, una vez que entra en ella, se produce una importante disminución.

La posición del Sol varía diariamente desde el amanecer hasta el ocaso. Si se observan las posiciones del Sol al amanecer, mediodía y atardecer en cualquier lugar del hemisferio norte, se verá cómo el Sol sale por el este, se desplaza en dirección sur y se pone por el oeste.

También es distinta según la estación del año: no se encuentra a la misma altura sobre el horizonte en invierno que en verano, lo que significa que la inclinación de los captadores no debería ser fija si se quiere que en todo momento estén orientados perpendicularmente al Sol. En invierno, el Sol no alcanzará el mismo ángulo que en verano. Idealmente, en verano los captadores solares deberían ser colocados en posición ligeramente más horizontal para aprovechar al máximo la luz solar. Pero si se mantuviera esa posición en invierno, los mismos paneles no estarían, entonces, en posición óptima para el Sol del invierno.

La absorción de calor se hace mediante colectores térmicos o placas solares térmicas. Estos convierten entre un 40 % y un 60 % de la luz solar recibida.

El colector se compone de cañerías de cobre unidas entre sí a través de canales paralelos de menor diámetro. Para obtener un óptimo rendimiento se apoya el conjunto sobre una lámina de cobre ennegrecida, que sirve para absorber la energía. Se estima que un acumulador de 200 l, con una superficie de 4 m 2de placas solares, puede suministrar agua caliente a una familia de cuatro personas. La energía solar fotovoltaica es una gran salida para el abastecimiento de electricidad en zonas donde el suministro eléctrico no llega, como por ejemplo zonas rurales, o en embarcaciones.