El Sol es una estrella común y corriente.
Esto quiere decir que en el Universo existen millones de estrellas como ésta.
Sin embargo, aquéllas se localizan a miles de millones de kilómetros de nuestro
planeta y por esta razón, para nosotros no son más que débiles puntos de luz en
el firmamento. La estrella más cercana a la Tierra es el Sol, que se encuentra
a 149 450 000 Km. de distancia; nuestra estrella tiene un diámetro de 1 391 000
Km., aunque para nosotros no es más que un plato amarillo de unos cuantos
centímetros de diámetro. Tiene una masa de 2 X 1030 kilogramos, cifra difícil
de imaginar para nosotros, que estamos acostumbrados a las masas de los objetos
terrestres, pero es 333 veces más pesado que la Tierra.
El Sol
existe desde hace 4 600 millones de años y se cree que seguirá viviendo durante
un periodo similar; por lo tanto, para cualquier fin práctico, el Sol es una
fuente inagotable de energía. La radiación que emite el Sol en todas direcciones,
producto de las reacciones nucleares, corresponde a una parte del llamado
espectro electromagnético. Cada cuerpo, según sus características intrínsecas,
emite un patrón de radiación electromagnética (una forma de radiación
característica) que puede identificarse en el espectro electromagnético. La más
común es la luz visible, pero también los rayos X o los rayos infrarrojos
constituyen otras formas de radiación electromagnética.
La Tierra
tiene una atmósfera cuyo límite se fija convencionalmente a 2000 km. de altura
sobre la superficie y está compuesta de las siguientes capas: troposfera,
estratosfera, ionosfera y exosfera. Ésta funciona como un gran invernadero, que
guarda parte del calor proveniente del Sol; el efecto invernadero permite que
la temperatura terrestre no sea la de un témpano de hielo. Sin embargo, el
efecto invernadero también puede provocar un calentamiento global del planeta,
lo cual ocasionaría daños ecológicos. Para entenderlo se debe mencionar que
cuando la radiación llega a un objeto, éste la absorbe y a su vez emite una
radiación en forma de ondas electromagnéticas que no necesariamente tiene la
misma longitud de onda.
Un ejemplo
muy claro lo podemos observar cuando los rayos solares llegan a un invernadero,
el vidrio deja pasar la longitud de onda corta, y el suelo y las plantas
absorben esa radiación, pero, a su vez, emiten una radiación de longitud de
onda larga. Esta radiación de onda larga no puede salir porque el vidrio no deja
pasar esa radiación. Así, como el calor no puede salir se eleva la temperatura
en el interior del invernadero. Para
saber cuál es la cantidad de radiación que llega a la superficie de nuestro
planeta y no sólo a la frontera de la atmósfera, debe hacerse un análisis
global de los diferentes procesos físicos y químicos que tienen lugar desde que
la radiación solar atraviesa la atmósfera hasta que llega a la superficie
terrestre. Este proceso global se llama balance energético de la radiación
solar. Hacer un balance preciso
de la radiación solar resulta una tarea compleja. Hasta ahora sólo se han hecho
aproximaciones. Por otro lado, la radiación solar que recibe cada punto de la
Tierra varía, dependiendo de la radiación directa y difusa que reciba. Por ello,
hablar de un balance global resulta una aproximación de la radiación promedio
anual que recibe la superficie terrestre, aunque permite darse una idea de lo
que sucede.
Solamente
47% de la radiación solar que absorbe nuestra atmósfera llega a la superficie
terrestre; 31% directa y 16% indirectamente, como radiación que se difunde en
la atmósfera y se denomina, por ello, radiación difusa. Por otro lado, la
radiación solar que se desaprovecha se divide en los siguientes porcentajes:
23% se va al espacio exterior por reflexión en la capa superior de la
atmósfera, 6% se pierde por difusión de aerosoles, 7 % se refleja en el suelo
terrestre y 17% lo absorben las distintas capas de la atmósfera. La suma de
estas pérdidas da un total de 53%.
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Figura 1.
Balance energético de la radiación solar para longitudes de onda corta. (4 μm.)
Por lo
tanto, en los diferentes dispositivos solares se puede aprovechar, en promedio,
47% de la radiación que llega fuera de la atmósfera. De acuerdo a la ubicación
de cada zona que recibe irradiancia varía la cantidad de esta, en el solsticio
de invierno, el 21 de diciembre, los rayos solares llegan al Hemisferio Norte
durante menos tiempo, porque es el día más corto del año, y el Sol se encuentra
al mediodía en el punto más bajo del cielo; en consecuencia, en el día el
soleamiento es mínimo. En el Hemisferio Sur ocurre lo contrario.
La radiación
que llega a la Tierra es variable y dichos cambios deben conocerse para saber
la cantidad de radiación que puede aprovecharse en cada lugar del planeta. En
otras palabras, la radiación solar no es constante sino que cambia según las
estaciones del año, las condiciones atmosféricas y la latitud de cada región.
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