Radiación solar: conceptos, masa de aire, irradiancia e irradiación

1. Conceptos Fundamentales de la Radiación Solar

1.1.1. ¿Qué reacción se produce en el interior del Sol?

R: El hidrógeno (H) se convierte en helio (He) y pierde masa mediante una fusión nuclear.

1.1.2. ¿Qué parte de la masa solar se pierde al producirse la conversión del H en He?

R: Se pierde aproximadamente el 0,7% de la masa.

1.1.3. ¿Qué sucede con esa masa solar?

R: Se convierte en energía nuclear y atraviesa las capas solares.

1.1.4. Indique las radiaciones del espectro solar que llegan a la atmósfera e indique sus porcentajes.

R: Gamma (1%), ultravioleta (4%), luminosa (49%) e infrarroja (46%).

1.1.5. ¿Cuáles son las radiaciones solares que más energía nos aportan?

R: Las radiaciones gamma y ultravioleta producen más energía, pero las más utilizadas o relevantes para aplicaciones terrestres son la luminosa y la infrarroja.

1.1.6. ¿Qué tipos de radiación solar llegan a la superficie terrestre?

R: Directa y difusa.

1.1.7. ¿A qué se denomina radiación de albedo?

R: A la radiación que rebota en una superficie.

1.1.8. ¿A qué se denomina Masa de Aire (AM)?

R: A la distancia que recorre la radiación solar a través de la atmósfera.

1.1.9. Indique el valor de AM (Masa de Aire) para ángulos de 20°, 45° y 60°.

R: Para 20°: AM = 1,06; para 45°: AM = 1,41; para 60°: AM = Z (o un valor muy alto, tendiendo a infinito en el horizonte).

1.1.10. Suponiendo un mismo lugar y un día, ¿cuándo será mayor la Masa de Aire (AM): al amanecer o al mediodía?

R: Al amanecer, ya que el sol está más bajo en el horizonte y la radiación recorre una mayor distancia a través de la atmósfera.

1.1.11. Suponiendo un mismo lugar y día, ¿cuándo será mayor la Masa de Aire (AM) en Donostia o en Oslo?

R: En Oslo, ya que se encuentra a una latitud más alta, lo que implica que el sol estará más bajo en el horizonte en promedio, y la radiación recorrerá una mayor distancia atmosférica.

1.1.12. Suponiendo un mismo lugar y hora, ¿cuándo será mayor la Masa de Aire (AM): en invierno o en verano?

R: En invierno, debido a que el sol se encuentra más bajo en el horizonte, aumentando la distancia que la radiación debe recorrer a través de la atmósfera.

1.1.13. Explique los conceptos de Azimut y Elevación solar.

• Elevación (o Altura Solar): Ángulo formado por la línea imaginaria desde el observador hacia el sol y el plano horizontal de la Tierra.
• Azimut: Ángulo formado por la proyección horizontal de la línea imaginaria hacia el sol y la dirección del meridiano (generalmente el Norte o el Sur, dependiendo de la convención).

1.1.14. ¿Qué se entiende por Constante Solar? Indique su unidad y valor.

R: La intensidad de radiación solar que llega a la parte superior de la atmósfera terrestre, en un plano perpendicular a los rayos solares, a una distancia de una unidad astronómica del Sol. Su unidad es kW/m² y su valor aproximado es de 1,361 kW/m².

2. Parámetros de la Radiación Solar

2.1. ¿Qué es la Irradiancia Solar? Indique su unidad y valor máximo en condiciones ideales.

R: La potencia de radiación solar que incide sobre una superficie por unidad de área en un instante dado. Su unidad es W/m². El valor máximo ideal en la superficie terrestre (en condiciones de cielo despejado y mediodía solar) es de aproximadamente 1000 W/m².

2.2. ¿Cómo están relacionadas la Irradiancia Solar y la Constante Solar?

R: Ambas miden la intensidad de radiación, pero la Constante Solar se refiere a la radiación fuera de la atmósfera terrestre (valor constante), mientras que la Irradiancia Solar es la radiación que llega a un punto específico de la superficie terrestre en un momento dado, variando según factores atmosféricos y geográficos.

2.3. ¿Qué es la Irradiación Solar? Indique sus unidades.

R: La cantidad total de energía solar que incide sobre una superficie por unidad de área durante un período de tiempo determinado. Sus unidades comunes son kWh/m² o MJ/m².

2.4. ¿Cuántos kilovatios-hora por metro cuadrado (kWh/m²) son 36 megajulios por metro cuadrado (MJ/m²)?

R: 1 kWh/m² = 3,6 MJ/m². Por lo tanto, 36 MJ/m² equivalen a 10 kWh/m² (36 MJ/m² / 3,6 MJ/kWh = 10 kWh/m²).

2.5. ¿Cuántos kWh/m² son 10 MJ/m²?

R: 2,78 kWh/m² (10 MJ/m² / 3,6 MJ/kWh ≈ 2,78 kWh/m²).

2.6. ¿Qué representa Nsol?

R: Nsol representa la insolación, que es el número de horas durante las cuales el sol no está cubierto por las nubes en un lugar determinado.

2.7. ¿Qué se entiende por Horas Solares Pico (HSP)?

R: Las Horas Solares Pico (HSP) representan el número de horas que una superficie recibiría una irradiancia de 1000 W/m² (el valor máximo ideal de irradiancia solar en la superficie terrestre) para acumular la misma cantidad de energía que la recibida durante un día completo. Es una medida de la energía solar diaria en términos de un valor de irradiancia estándar.