Menu

Panells d'energia
solar fotovoltaica

Instal·lació d'energia solar tèrmica

Planta d'energia solar
termoelèctrica

Radiació solar

Radiació solar

La radiació solar és l'energia radiant emesa a l'espai interplanetari de el Sol.

Aquesta radiació es genera a partir de les reaccions nuclears de fusió que es produeixen en el nucli solar. Les radiacions nuclears produeixen radiació electromagnètica en diverses freqüències o longituds d'ona. La radiació electromagnètica es propaga en l'espai a la velocitat de la llum.

Per què és important la radiació solar?

L'energia solar és la principal font energètica i, per tant, el motor que mou el nostre medi ambient. L'energia solar que rebem mitjançant la radiació solar és responsable directament o indirectament d'aspectes tan importants per a la vida com:

L'energia solar que arriba a la superfície terrestre és 10.000 vegades més gran que l'energia consumida actualment per tota la humanitat.

Què significa radiació?

La radiació és la transferència d'energia per ones electromagnètiques.

La radiació es produeix directament des de la font cap a fora en totes les direccions. Aquestes ones no necessiten un medi material per propagar-se, poden travessar l'espai interplanetari i arribar a la Terra des del Sol.

La longitud d'ona i la freqüència de les ones electromagnètiques, són importants per determinar la seva energia, la seva visibilitat i el seu poder de penetració.

Totes les ones electromagnètiques es desplacen en el buit a una velocitat de 299.792 km / s.

Què és la constant solar?

La constant solar és la quantitat d'energia rebuda en forma de radiació solar per unitat de temps i unitat de superfície.

La constant solar es mesura en la part externa de l'atmosfera terrestre en un pla perpendicular als raigs de Sol. Els resultats del seu mesurament per satèl·lits donen un valor mitjà de 1366 W / m2.

Tipus de radiacions solars

La radiació de el sol conté tres tipus de raigs:

  • El 49% són raigs infrarojos (IR) que proporcionen calor.
  • El 43% són raigs visibles (VI) que proporcionen llum.
  • El 7% són raigs ultraviolats (UV).
  • L'1% són altres tipus de raigs.

Al seu torn, els raigs ultraviolats (UV) es subdivideixen en tres tipus:

  • Ultraviolada A o UVA: Travessen fàcilment l'atmosfera, aconseguint tota la superfície terrestre.
  • Ultraviolada B o UVB: longitud d'ona curta. Té major dificultat per travessar l'atmosfera. Arriben amb més facilitat a la zona equatorial que en latituds elevades.
  • Ultraviolada C o UVC: longitud d'ona curta. No travessen l'atmosfera. Són absorbits per la capa d'ozó.

Característiques de la radiació solar

La radiació solar es distribueix en un ampli espectre d'amplitud no uniforme amb la forma típica d'una campana, com és típic de l'espectre d'un cos negre amb el qual es modela la font solar. Per tant, no es concentra en una sola freqüència.

El màxim de radiació es centra en la banda de radiació o llum visible amb un pic a 500 nm fora de l'atmosfera terrestre segons la llei de Wien, que correspon a la color verd cian.

La banda de radiació fotosintèticament activa oscil·la entre 400 i 700 nm, correspon a la radiació visible i equival a l'41% de la radiació total. Dins de la radiació fotosintèticament activa hi ha subbandes amb radiació:

  • blau-violeta (400-490 nm)
  • verd (490-560 nm)
  • groc (560-590 nm)
  • vermell ataronjat (590-700 nm)

A l'creuar l'atmosfera la radiació solar se sotmet a fenòmens de reflexió, refracció, absorció i difusió pels diversos gasos atmosfèrics en un grau variable en funció de la freqüència. Conseqüentment, el terra de l'espectre solar és irregular en comparació amb la detectada en els llindars externes d'atmosfera amb presència de bandes típiques d'absorció o reflexió.

Com es propaga la radiació solar en l'atmosfera i en la superfície de la terra?

Per les característiques de l'atmosfera terrestre la radiació solar pateix unes determinades alteracions per travessar-la i arribar a la superfície.

Balanç de radiació

De mitjana, la Terra rep 1 366 W / m² (constant solar) de el Sol. Això està relacionat amb els llindars de l'atmosfera i el pla perpendicular als raigs solars entrants: és per tant necessari tenir en compte que la radiació solar a la Terra colpeja un casquet esfèric durant 1440 minuts cada dia, disminuint en un 75%. L'atmosfera al seu torn filtra els raigs de Sol fins a cert punt, com ho fa cada cos, causant:

  • Una reflexió i un back-dispersió dels raigs, per la seva albedo, als núvols i gasos atmosfèrics mateixos.
  • Una absorció que provoca un augment de la temperatura, com a resultat de la qual cosa emet radiació en qualsevol direcció d'acord amb la llei de Wien. No obstant això, aquesta absorció és modesta en la banda de llum visible, pel que és transparent a la radiació solar directa.

    Aproximadament la meitat de la radiació solar travessa l'atmosfera sense alteracions. La radiació que ho aconsegueix es diu radiació neta. La meitat de la radiació neta contribueix finalment a l'evaporació de les masses d'aigua, per tant, l'energia solar disponible és aproximadament una quarta part de l'energia total emesa.

    L'estratosfera absorbeix els raigs ultraviolats inclosos a la banda de 200-300 nm gràcies a l'ozó, la troposfera absorbeix i difon l'infraroig gràcies a el vapor d'aigua i a el CO 2 . L'acció de filtrat de les bandes en les longituds d'ona ultraviolada, majoritàriament letals, és essencial per al desenvolupament de la vida.

    Radiació solar difusa

    La radiació difusa també rep el nom de radiació indirecta.

    La radiació difusa representa la porció de radiació solar que ha colpejat a l'almenys una partícula de gasos atmosfèrics a l'canviar l'angle d'incidència i que, no obstant això, aconsegueix el sòl perquè està dirigida cap a ell.

    Augmenta en relació amb el total en cels ennuvolats. En particular, la dispersió de Rayleigh de el component blau de la radiació solar és responsable de l'color blau de cel. Una part de la radiació difusa està cap enrere cap, l'espai.

    Radiació solar incident

    La radiació solar incident és aquesta radiació que ha trobat qualsevol obstacle a què ha lliurat tota o part de la seva energia. L'energia que no arriba a la superfície de la terra es diu que està extinta i està formada per la radiació re-emesa, reflectida i retrodispersada cap a l'espai.

    D'acord amb la llei de Lambert, la quantitat de radiació que colpeja la unitat de superfície és proporcional a el cosinus de l'angle d'incidència.

    La quantitat màxima de radiació solar incident s'obté amb incidència perpendicular, ja que l'angle augmenta, tant la superfície afectada per la mateixa quantitat de radiació com el gruix de l'atmosfera travessada per aquests augmenta. Això crea les variacions diàries, anuals i latitudinals en la irradiació.

    Radiació solar reflectida

    La radiació solar reflectida és la part de la radiació solar incident reflectida des de la superfície de la terra a causa de l'efecte albedo.

    L'albedo és el coeficient de reflexió c. Els valors de c generalment estan entre 0 i 1 o s'expressen com un percentatge. Està donada per la relació entre l'energia radiant reflectida des d'una superfície pel que fa a l'energia incident. La Terra té un valor mitjà de 40% (c = 0.4). A l'altitud de l'albedo de la Terra, afegim les radiacions reflectides per les partícules atmosfèriques cap a l'espai.

    Radiació solar absorbida

    Després de deduir totes les pèrdues degudes a la reflexió i la retrodispersió de l'atmosfera i la superfície de la Terra, la radiació solar incident que queda és absorbida per la superfície de la Terra i per tant contribueix a la seva escalfament, d'una manera variable en funció de la latitud i el tipus de superfície.

    Com es mesura la radiació solar?

    Per mesurar la radiació solar distingim tres mètodes depenent de si és:

    • Radiació solar directa.
    • Radiació solar indirecta.
    • Radiació infraroja.

    Mesura de la radiació solar directa

    La radiació solar directa es mesura per mitjà de pirheliómetros. Amb l'ús d'obturadors, només es mesura la radiació procedent de el sol i d'una regió anular de el cel molt pròxima a el sol.

    Es necessita que tots els pirheliómetros vagin muntats sobre un mecanisme que li permeti un seguiment molt precís de el Sol.

    Mesura de la radiació global i difusa

    La radiació global es defineix com la radiació solar rebuda d'un angle sòlid de 2π estereoradiants sobre una superfície horitzontal. La radiació global inclou la rebuda directament del disc solar i també la radiació difusa de el cel dispersada a l'travessar l'atmosfera.

    La radiació global es mesura mitjançant el piranòmetre. Per mesurar només la component difusa de la radiació solar, la component directa es cobreix per mitjà d'un sistema de pantalla o ombrejat. 

    Mesura de la radiació infraroja

    Les radiacions infraroges es mesuren mitjançant els pirgeómetros.

    La majoria d'aquests eliminen les longituds d'ona curtes mitjançant filtres que presenten una transparència constant a longituds d'ona llargues mentre que són gairebé opacs a longituds d'ona més curtes. 

    Com afecta la radiació solar a la salut?

    La radiació ultraviolada pot tenir diversos efectes en la pell dels éssers humans depenent de la seva intensitat i la longitud de les seves ones.

    La radiació UVA pot causar envelliment prematur de la pell i càncer de pell. També pot causar problemes en els ulls i el sistema immunitari. 

    La radiació UVB causa cremades de sol, enfosquiment i engrossiment de la capa exterior de la pell, i melanoma i altres tipus de càncer de pell. També pot causar problemes en els ulls i el sistema immunitari.

    La capa d'ozó impedeix que la major part de la radiació UVC arribi a la Terra. En el camp de la medicina, la radiació UVC també pot sorgir de llums o d'un raig làser i s'usa per eliminar gèrmens o per ajudar a cicatritzar ferides. Així mateix, s'usa per tractar certes afeccions de la pell com les psoriasi, el vitiligo i els nòduls en la pell que causen el limfoma cutani de cèl·lules T.

    Resum

    La radiació solar és l'energia que prové de el Sol.

    Al nucli solar es produeixen reaccions nuclears que librean una gran quantitat d'energia. Aquesta energia viatja fins a la Terra mitjançant unes ones electromagnètiques: la radiació solar.

    La radiació solar es divideix en principalment tres tipus de raigs: 

    • Raigs infrarojos (IR). Proporcionen calor.
    • Raigs mostrat (VI). Proporcionen llum.
    • Raigs ultraviolats (UV). Són els que té més influència en la salut humana.

    Referències

    Autor:

    Data de publicació: 13 de maig de 2015
    Última revisió: 4 de maig de 2020