Irradiación solar para niños
La irradiancia solar es la cantidad de energía que recibimos del Sol en forma de luz y calor por cada metro cuadrado de superficie. Se mide en vatios por metro cuadrado (W/m2).
Cuando hablamos de la energía solar que llega a un lugar durante un tiempo específico, como un día o un año, la llamamos irradiación solar o insolación. Esta energía se mide en julios por metro cuadrado (J/m2) o, más comúnmente en energía solar, en kilovatio horas por metro cuadrado (kWh/m2).
La irradiación solar se puede medir en el espacio, antes de que la luz llegue a la atmósfera terrestre, o en la superficie de la Tierra, después de que la atmósfera la haya absorbido y dispersado. La cantidad de luz solar que llega a la Tierra es importante para muchas cosas, como el crecimiento de las plantas, el comportamiento de los animales, el diseño de edificios y la generación de energía solar. También es clave para entender el clima y el tiempo meteorológico.
Contenido
¿Qué tipos de energía solar existen?
Existen diferentes formas de medir la energía solar, dependiendo de dónde y cómo se mida:
Irradiancia Solar Total (TSI)
La Irradiancia Solar Total (TSI) es la energía total del Sol que llega a la parte más alta de la atmósfera terrestre. Se mide perpendicularmente a los rayos de sol. La constante solar es el valor promedio de la TSI a una distancia específica del Sol (aproximadamente la distancia de la Tierra al Sol).
Irradiancia Normal Directa (DNI)
La Irradiancia Normal Directa (DNI) es la luz solar que llega directamente a la superficie de la Tierra, sin ser dispersada por la atmósfera. Se mide en una superficie que está de frente al Sol. Esta luz es la que forma sombras bien definidas. La DNI es menor que la TSI porque parte de la energía se pierde al atravesar la atmósfera debido a la absorción y la dispersión de la luz.
Irradiancia Horizontal Difusa (DHI)
La Irradiancia Horizontal Difusa (DHI) es la luz solar que ha sido dispersada por la atmósfera (por nubes, polvo, etc.) y llega a la superficie de la Tierra desde todas las direcciones del cielo. Es la luz que ilumina un día nublado.
Irradiancia Horizontal Global (GHI)
La Irradiancia Horizontal Global (GHI) es la cantidad total de energía solar que llega a una superficie plana y horizontal en la Tierra. Es la suma de la luz directa (DNI) y la luz difusa (DHI). Se calcula con la siguiente fórmula:
Donde z es el ángulo cenital solar (el ángulo entre el Sol y el punto directamente encima de ti).
Irradiancia Global Inclinada (GTI)
La Irradiancia Global Inclinada (GTI) es la energía solar total que recibe una superficie que está inclinada, como un panel solar. Este valor es muy importante para diseñar centrales fotovoltaicas.
Irradiancia Global Normal (GNI)
La Irradiancia Global Normal (GNI) es la energía solar total que llega a una superficie en la Tierra que está siempre perpendicular al Sol.
¿Cómo se mide la energía solar?
La unidad principal para medir la irradiancia es el vatio por metro cuadrado (W/m2).
En la industria de la energía solar, a menudo se usa el Kilovatio hora por metro cuadrado (kWh/m2) para hablar de la energía recibida en un período de tiempo, como un día o un año. Por ejemplo, 1 kW/m2 durante 24 horas al día equivale a 24 kWh/m2 al día.
Energía solar en la atmósfera superior
La energía solar promedio que llega a la parte superior de la atmósfera terrestre es de unos 1361 W/m2. Esta es la cantidad de energía que recibe un área de un metro cuadrado si estuviera de frente al Sol en el espacio.
Como la Tierra es una esfera que gira, la energía solar se distribuye de manera diferente en su superficie. En promedio, la atmósfera terrestre recibe unos 340 W/m2 del Sol. Este número es importante para entender cómo la energía del Sol afecta el clima de la Tierra.
¿Por qué varía la energía solar?
La cantidad de energía solar que llega a la Tierra varía por varias razones:
- Forma de la Tierra y órbita: La Tierra es redonda y gira alrededor del Sol en una órbita ligeramente elíptica. Esto significa que la distancia al Sol cambia un poco a lo largo del año.
- Inclinación de la Tierra: El eje de rotación de la Tierra está inclinado. Esta inclinación es la razón principal de las estaciones del año y afecta cómo la luz solar se distribuye en diferentes latitudes.
- Ciclos solares: El Sol tiene ciclos de actividad que duran unos 11 años. Durante estos ciclos, la cantidad de energía que emite el Sol puede variar ligeramente.
- Ciclos de Milankovitch: Son cambios lentos y a largo plazo en la órbita y la inclinación de la Tierra. Estos ciclos pueden influir en el clima de la Tierra durante miles de años, incluso contribuyendo a las eras glaciares.
¿Cómo se mide desde el espacio?
Los científicos usan satélites con instrumentos especiales llamados radiómetros para medir la Irradiancia Solar Total (TSI) desde el espacio. Estos instrumentos son muy precisos y ayudan a los científicos a entender cómo la energía del Sol cambia con el tiempo y cómo esto podría afectar el clima de la Tierra.
Energía solar en la superficie terrestre
Cuando la luz solar atraviesa la atmósfera, se debilita. Por eso, la energía máxima que llega a la superficie de la Tierra en un día despejado es de unos 1000 W/m2 al nivel del mar, menos que los 1361 W/m2 que llegan a la atmósfera superior.
La cantidad real de energía solar que llega a la superficie depende de varios factores:
- Ángulo del Sol: Cuando el Sol está más alto en el cielo (cerca del cenit), sus rayos caen más directamente sobre la superficie, y la energía es mayor. Cuando el Sol está bajo (al amanecer o atardecer), los rayos se extienden sobre un área más grande y atraviesan más atmósfera, lo que reduce la energía.
- Condiciones atmosféricas: Las nubes, el polvo y la humedad en el aire pueden absorber o dispersar la luz solar, reduciendo la cantidad que llega al suelo.
En promedio, la Tierra recibe unos 6 kWh/m2 de energía solar al día.
Absorción y reflexión
Cuando la luz solar llega a un objeto, una parte se absorbe y otra se refleja. La energía absorbida generalmente se convierte en calor, aumentando la temperatura del objeto. Sin embargo, algunos sistemas, como las células fotovoltaicas o las plantas, pueden convertir esa energía en electricidad o en energía química. La cantidad de luz que un objeto refleja se llama albedo.
Efecto de proyección
La energía solar es más intensa cuando los rayos del Sol caen directamente sobre una superficie. Si los rayos llegan de forma inclinada, la misma cantidad de energía se extiende sobre un área más grande, lo que hace que la superficie reciba menos energía por metro cuadrado.
Este efecto es la razón principal por la que las regiones cercanas al ecuador son mucho más cálidas que las polares. En los polos, los rayos del Sol siempre llegan de forma más inclinada, y durante el invierno, no reciben luz solar en absoluto.
Efecto de absorción
Cuando el Sol está bajo en el cielo, sus rayos tienen que viajar a través de una mayor cantidad de atmósfera. Esto significa que más energía es absorbida y dispersada antes de llegar a la superficie, reduciendo aún más la insolación.
Mapas de potencial solar
Los mapas de radiación solar muestran la cantidad de energía solar que llega a diferentes lugares del mundo. Estos mapas son muy útiles para planificar dónde instalar plantas de energía solar o paneles solares. Se crean usando datos de satélites y modelos matemáticos.
- Mapas del potencial de GHI por región y país (Nota: los colores no son coherentes en los mapas)
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Europa
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España
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América Latina y el Caribe
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México
¿Para qué se usa la energía solar?
| W/m2 | kW·h/(m2·día) | horas de Sol/día | kWh/(m2·año) | kWh/(kWp·año) | |
|---|---|---|---|---|---|
| W/m2 | 1 | 41.66666 | 41.66666 | 0.1140796 | 0.1521061 |
| kW·h/(m2·día) | 0.024 | 1 | 1 | 0.0027379 | 0.0036505 |
| horas de Sol/día | 0.024 | 1 | 1 | 0.0027379 | 0.0036505 |
| kWh/(m2·año) | 8.765813 | 365.2422 | 365.2422 | 1 | 1.333333 |
| kWh/(kWp·año) | 6.574360 | 273.9316 | 273.9316 | 0.75 | 1 |
Energía solar
Los datos de irradiación solar son esenciales para diseñar y ubicar sistemas de energía solar.
- Los paneles fotovoltaicos pueden usar tanto la luz directa como la difusa para generar electricidad.
- Las centrales de energía solar concentrada necesitan luz directa, por lo que funcionan mejor en lugares con pocos días nublados.
Es importante inclinar los paneles solares correctamente para captar la mayor cantidad de luz posible durante todo el año. Un panel bien inclinado en una latitud alta puede recibir mucha más energía de lo que se esperaría si solo se considerara la insolación en una superficie horizontal.
Edificios
Al diseñar un edificio, la insolación es muy importante. Se pueden usar ventanas en la cara del edificio orientada al ecuador (sur en el hemisferio norte, norte en el hemisferio sur) para que entre más luz solar en invierno (cuando el Sol está bajo) y menos en verano (cuando el Sol está alto). Esto ayuda a mantener el edificio fresco en verano y cálido en invierno, ahorrando energía.
Ingeniería civil
En ingeniería civil e hidrología, la insolación se usa para predecir cómo se derrite la nieve. Esto ayuda a estimar cuánta agua se liberará de los mantos de nieve.
Investigación climática
La irradiación solar es fundamental para los modelos climáticos y la predicción del tiempo. Los cambios en la energía solar que llega a la Tierra pueden influir en el clima global. Los científicos estudian estos cambios para entender mejor el cambio climático.
Refrigeración global
Medir la capacidad de una superficie para reflejar la luz solar es clave para la refrigeración radiativa pasiva diurna. Esta técnica busca enfriar superficies y, potencialmente, ayudar a reducir el calentamiento global reflejando la luz solar de vuelta al espacio.
Espacio exterior
La insolación es un factor muy importante en el diseño de naves espaciales y en el estudio de otros planetas. Afecta la temperatura de las naves y de los cuerpos celestes. Las agencias espaciales, como la NASA, estudian la actividad solar y la irradiación para planificar los viajes espaciales.
Véase también
En inglés: Solar irradiance Facts for Kids
