Irradiación solar

La irradiancia solar es la potencia por unidad de área recibida del Sol en forma de radiación electromagnética medida en el rango de longitud de onda del instrumento de medición. La irradiancia solar se mide en vatios por metro cuadrado (W/m2) en unidades SI. La radiación solar a menudo se integra durante un período de tiempo determinado para informar la energía radiante emitida en el entorno circundante ( julios por metro cuadrado, J/m2 ) durante ese período de tiempo. Esta irradiancia solar integrada se denomina irradiación solar, exposición solar, insolación solar o insolación.

El efecto escudo de la atmósfera terrestre sobre la radiación solar. La imagen superior es la irradiación solar media anual (o insolación) en la parte superior de la atmósfera terrestre (TOA); la imagen inferior muestra la insolación anual que llega a la superficie de la Tierra después de atravesar la atmósfera. Téngase en cuenta que las dos imágenes utilizan la misma escala de color

La irradiación se puede medir en el espacio o en la superficie de la Tierra después de la absorción y dispersión atmosférica. La irradiancia en el espacio es una función de la distancia al Sol, el ciclo solar y los cambios entre ciclos.[1] La irradiación en la superficie de la Tierra depende además de la inclinación de la superficie de medición, la altura del sol sobre el horizonte y las condiciones atmosféricas.[2] La radiación solar afecta el metabolismo de las plantas y el comportamiento animal.[3]

El estudio y la medición de la irradiación solar tienen varias aplicaciones importantes, incluida la predicción de la generación de energía de las plantas de energía solar, las cargas de calefacción y refrigeración de los edificios y la modelización del clima y la previsión meteorológica.


Tipos
Global Map of Global Horizontal Radiation [4]
Global Map of Direct Normal Radiation [4]
  • La Irradiancia Solar Total (TSI) es una medida de la energía solar en todas las longitudes de onda por unidad de superficie que incide en la atmósfera superior de la Tierra. Se mide perpendicularmente a la luz solar entrante.[2] La constante solar es una medida convencional de la TSI media a una distancia de una unidad astronómica (UA).
  • Irradiancia normal directa (DNI), o radiación del rayo', se mide en la superficie de la Tierra en un lugar determinado con un elemento de superficie perpendicular al Sol.[5] Excluye la radiación solar difusa (radiación que se dispersa o refleja por componentes atmosféricos). La irradiancia directa es igual a la irradiancia extraterrestre sobre la atmósfera menos las pérdidas atmosféricas debidas a la absorción y a la dispersión. Las pérdidas dependen de la hora del día (la longitud del recorrido de la luz a través de la atmósfera depende del ángulo de elevación solar), de la nubosidad, del contenido de humedad y de otros contenidos. La irradiancia por encima de la atmósfera también varía con la época del año (porque la distancia al sol varía), aunque este efecto es generalmente menos significativo comparado con el efecto de las pérdidas en el DNI.
  • Irradiancia Horizontal Difusa (DHI), o Radiación Difusa del Cielo es la radiación en la superficie de la Tierra procedente de la luz dispersada por la atmósfera. Se mide en una superficie horizontal con la radiación procedente de todos los puntos del cielo, excluyendo la radiación circunsolar (radiación procedente del disco solar).[5][6] Casi no habría DHI en ausencia de atmósfera.[5]
  • Irradiancia Horizontal Global (GHI) es la irradiancia total del sol sobre una superficie horizontal de la Tierra. Es la suma de la irradiancia directa (después de tener en cuenta el ángulo cenital solar del sol z) y la irradiancia horizontal difusa:[7]
  • Irradiancia global inclinada (GTI) es la radiación total recibida en una superficie con inclinación y azimut definidos, fijos o con seguimiento del sol. La GTI puede medirse[6] o modelarse a partir de GHI, DNI, DHI.[8][9][10] Suele ser una referencia para las centrales fotovoltaicas, mientras que los módulos fotovoltaicos se montan en las construcciones fijas o de seguimiento.
  • Irradiancia Global Normal (GNI) es la irradiancia total del sol en la superficie de la Tierra en un lugar determinado con un elemento de superficie perpendicular al Sol.

Unidades

La unidad SI de irradiancia es vatio por metro cuadrado (W/m2 = Wm−2).

Una unidad de medida alternativa es el Langley (1 caloría termoquímica por centímetro cuadrado o 41,840 J/m2 ) por unidad de tiempo.

La industria de la energía solar utiliza Kilovatio hora por metro cuadrado (Wh/m2) por unidad de tiempo. La relación con la unidad SI es así:

1 kW/m2 × (24 h/día) = (24 kWh/m2)/día
(24 kWh/m2)/día × (365 días/año) = (8760 kWh/m2)/año.

Referencias
  1. Michael Boxwell, Solar Electricity Handbook: A Simple, Practical Guide to Solar Energy (2012), p. 41–42.
  2. Stickler, Greg. «Educational Brief - Solar Radiation and the Earth System». National Aeronautics and Space Administration. Archivado desde el original el 25 April 2016. Consultado el 5 de mayo de 2016.
  3. C.Michael Hogan. 2010. Abiotic factor. Encyclopedia of Earth. eds Emily Monosson and C. Cleveland. National Council for Science and the Environment. Washington DC
  4. World Bank. 2017. Global Solar Atlas. https://globalsolaratlas.info
  5. «Glosario de Términos de Recursos de Radiación Solar de RReDC». rredc.nrel.gov. Consultado el 25 de noviembre de 2017.
  6. «¿Cuál es la diferencia entre la irradiación solar global horizontal e inclinada? - Kipp & Zonen». www.kippzonen.com. Consultado el 25 de noviembre de 2017.
  7. «Glosario de términos de recursos de radiación solar del RReDC». rredc.nrel.gov. Consultado el 25 de noviembre de 2017.
  8. Gueymard, Christian A. (Marzo 2009). «Incertidumbres directas e indirectas en la predicción de la irradiación inclinada para aplicaciones de ingeniería solar». Solar Energy (en inglés) 83 (3): 432-444. Bibcode:432G 2009SoEn...83.. 432G.
  9. Sengupta, Manajit; Habte, Aron; Gueymard, Christian; Wilbert, Stefan; Renne, Dave (1 de diciembre de 2017). Manual de mejores prácticas para la recopilación y uso de datos de recursos solares para aplicaciones de energía solar: Second Edition. pp. NREL/TP-5D00-68886, 1411856. OSTI 1411856.
  10. Gueymard, Chris A. (2015). «Incertidumbres en los modelos de transposición y descomposición: Lesson Learned». Consultado el 17 de julio de 2020.
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