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La energía del sol


El Sol desde nuestro punto de vista energético es una inmensa esfera de gases a alta temperatura, con un diámetro de 1.39 x 10 exp 9 m, situado a la distancia media de 1.5x10 exp 11 m respecto de la Tierra.

El origen de la energía que el Sol produce e irradia está en las reacciones nucleares que se producen continuamente en su interior, de forma que los átomos de Hidrógeno se fusionan entre sí formando átomos de Helio, o reacciones entre átomos de Helio, y/o Helio-Hidrógeno. Estas reacciones hacen que una pequeña cantidad de materia o defecto de masa se convierta en energía de acuerdo con la ecuación E=m x c 2 , donde E es la cantidad de energía liberada cuando desaparece la masa m y c es la velocidad de la luz.

La cantidad de energía que transmite el Sol en un segundo es del orden de 4x10 26 J.

 
 

Aunque la temperatura en el interior del Sol se estima que es del orden de 107 K, en su superficie externa la temperatura "efectiva de cuerpo negro" es de unos 5900 K. Esto significa que la emisión de radiación de un cuerpo negro ideal que se encontrara a 5900 K sería muy parecida a la del sol.


La mayor parte de esas ondas electromagnéticas (fotones) emitidas por el Sol tiene una longitud de onda comprendida entre 0.3 µm y 3 µm, aunque solamente las que van desde 0.4 a 0.7 µm son susceptibles de ser captadas por el ojo humano, formando lo que se conoce como luz visible.


Al extenderse por el espacio en todas las direcciones, la energía radiante del Sol se reparte según una esfera ficticia, cuyo centro es el Sol y cuyo radio crece a la misma velocidad que la propia radiación. Por lo tanto, la intensidad en un punto de dicha superficie esférica, al repartirse la energía solar sobre un área cada vez mayor, será tanto más pequeña cuanto mayor sea el radio de la misma. El valor aproximado de esta intensidad a la distancia que se encuentra nuestro planeta del Sol se conoce como constante solar y vale 1367 W/m2 . Lo cierto es que la constante solar sufre ligeras variaciones debido a que la distancia entra la Tierra y el Sol no es rigurosamente constante, ya que la órbita terrestre no es circular sino elíptica.


La capa atmosférica supone un obstáculo al libre paso de la radiación mediante diversos efectos, entre los que cabe destacar la reflexión en la parte superior de las nubes y la absorción parcial por las diferentes moléculas del aire. Esto hace que la intensidad que llega a la superficie, incluso en días claros y atmósfera muy limpia, rara vez supera los 1000 W/m2.


También es de destacar que aunque los rayos solares se trasladen en línea recta, los fotones al llegar a la atmósfera sufren difusiones y dispersiones, esta luz difundida finalmente llega también a la superficie, y al haber cambiado muchas veces de dirección al atravesar la atmósfera, lo hace como si proviniese de toda la bóveda celeste. A esta radiación se le conoce con el nombre de radiación difusa. Para nuestro caso particular deberemos considerar la suma de la radiación difusa y la radiación directa, formando así la radiación total. La radiación difusa supones aproximadamente un tercio de la radiación total que se recibe a lo largo del año.


La irradiación, E, es la cantidad de energía radiante que llega a una superficie dada en un tiempo determinado. La intensidad radiante, I, es la energía incidente por unidad de tiempo y superficie. La relación existente entre ellos, por tanto, es I = E / S * t


La intensidad directa, I´D, sobre una superficie inclinada un ángulo a, podremos hallarla a partir de la intensidad directa sobre una superficie horizontal, ID , de modo que I´D = ID * cosa


Asimismo la intensidad de la radiación difusa I´F sobre una superficie inclinada vale: I´F = IF * (1 + cosa) / 2, donde IF es la radiación difusa sobre una superficie horizontal.


Nuestro objetivo es aprovechar al máximo los efectos físicos de la radiación, adecuando los dispositivos de captación de la misma a fin de obtener la energía en la forma que se precise para cada necesidad.


Dos de los aprovechamientos más extendidos se refieren a la conversión de la radiación solar en energía térmica o fotovoltaica.


Se denomina "térmica" la energía solar cuyo aprovechamiento se logra por medio del calentamiento de algún medio. Actualmente, la inmensa mayoría de las instalaciones que aprovecha del poder térmico de la región sólo lo hacen calentando agua para fines domésticos e industriales. Sin embargo pueden usarse en innumerables procesos, desde aplicaciones tan sencillas como los invernaderos agrícolas, a la producción de hidrógeno o la conversión termodinámica de la energía solar.


A su vez, se llama "fotovoltaica" a la energía solar aprovechada por medio de celdas fotoeléctricas, capaces de convertir la luz en un potencial eléctrico, sin pasar por un efecto térmico.