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¿Cuánta energía se puede extraer de la radiación solar?

Por Energeticafutura

Touching the Sun by Matt McGee.

 

La energía solar que incide anualmente sobre toda la superficie terrestre supone unas diez mil veces la demanda de energía de la población mundial. Lo ideal seria tomar esa energía aportada por el sol para transformarla en energía eléctrica o utilizarla directamente en otras labores.


Pero, ¿cuánta de toda esa energía se puede aprovechar realmente? ¿A qué equivaldría? ¿Cuánto es el rendimiento de los distintos paneles solares?...


En el interior del Sol, los núcleos atómicos de hidrógeno se fusionan bajo una presión enorme, dando lugar a núcleos atómicos de helio. Durante este proceso, parte de la masa atómica se transforma en energía térmica que, en consecuencia, provoca temperaturas de millones de grados en el interior del astro. La temperatura de la superficie del Sol es de aproximadamente 6.000 ºC.

 

De esta manera, el Sol funciona como un reactor de fusión. Cada segundo se convierten 700 millones de toneladas de hidrógeno en cenizas de helio. En el proceso se liberan 5 millones de toneladas de energía pura; por lo cual el Sol cada vez se vuelve más ligero. Actúa de manera continua y segura desde hace 5.000 millones de años y, según las estimaciones de los astrónomos, seguirá suministrando energía otros tantos.
¿Cuánta energía se puede extraer de la radiación solar?

La energía radiante del Sol
La mayor parte de la energía que llega a nuestro planeta proviene el Sol, en forma de radiación electromagnética que se propagan a la velocidad de la luz.
La potencia radiante del sol en el límite exterior de la atmósfera terrestre, a una distancia de unos 150 millones de kilómetros, corresponde a aproximadamente 1360 W/m2. Este valor se denomina Constante Solar (Gsc).
Técnicamente:
Diapositiva 2Constante solar: Energía radiante por unidad de tiempo y de área que se recibe perpendicularmente a la dirección de los rayos solares en el exterior de la atmósfera terrestre a la distancia media Sol-Tierra (1 UA).. También es llamada Radiación ExtraterrestreMedición: Antiguamente mediante extrapolaciones de medidas terrestres a varias altitudes. Hoy día se tienen medidas directas (satélites, aviones, globos, etc.) Valor: Gsc = 1367 W/m2 con incertidumbre del 1% (valor adoptado por el World Radiation Center¿Cuánta energía se puede extraer de la radiación solar? 

Variación de la Radiación Extraterrestre: Debido a la excentricidad de la orbita terrestre que modifica la distancia Sol-Tierra, la Radiación extraterrestre varía en un +/-3%:
¿Cuánta energía se puede extraer de la radiación solar?
La distribución espectral de la radiación procedente del sol que llega a una superficie situada fuera de la atmósfera, propuesta por el WRC (World Radiation Center), es similar a la que se obtendría si se supone que el sol es un cuerpo negro a una temperatura de 5777 K. En la siguiente figura se puede ver una comparación entre ambas.
(más info1)
¿Cuánta energía se puede extraer de la radiación solar?

La irradiancia solar extraterrestre se reduce al pasar por la atmósfera terrestre, de modo que al llegar a la superficie de la Tierra alcanza un valor máximo de unos 1000 W/m2. Evidentemente, las nubes reducen incluso más la irradiancia.
La irradiancia total que incide sobre una superficie en la Tierra se denomina irradiancia global y se compone tanto de irradiancia difusa (la recibida tras haber sido reflejada y difundida por la atmósfera) como de irradiancia directa (que no es modificada en su dirección por la atmósfera). Ver figura.
Ambas componentes de la radiación solar se pueden aprovechar con la actual tecnología solar.
La energía solar que incide anualmente sobre toda la superficie terrestre ofrece un potencial inmenso, pues supone unas diez mil veces la demanda de energía anual de la población mundial. Los recursos solares representan un valor considerablemente superior a todas las reservas de energía nuclear y fósil disponibles en la Tierra:
¿Cuánta energía se puede extraer de la radiación solar?
Los recursos de energía solar disponibles en la Tierra se distribuyen desigualmente y están sujetos a variaciones estacionales. En las regiones desérticas cerca de los trópicos, la irradiación anual puede alcanzar un valor total de 2300 kWh/(m2·año), equivalente al doble de la irradiación solar media típica de Europa central, que es de unos 1100 kWh/(m2·año).
¿Cuánta energía se puede extraer de la radiación solar?
La irradiación solar en lugares situados en el hemisferio norte con diferentes latitudes se representa:
¿Cuánta energía se puede extraer de la radiación solar?
¿Cuánta energía se puede extraer de la radiación solar?

El suministro de energía anual media proporcionado por el Sol sobre cada metro cuadrado equivale al contenido energético de 100 litros de petróleo en las latitudes medias y hasta 230 litros de petróleo en las zonas desérticas.
Los módulos solares fotovoltaicos comerciales actuales no superan el 20% de conversión radiación solar-electricidad.
Los sistemas solares térmicos actuales pueden aprovechar un porcentaje comprendido entre el 30% y el 60% de la irradiación solar incidente sobre el captador.
¿Cuánta energía se puede extraer de la radiación solar?
Para el estudio de sistemas fotovoltaicos se emplea un concepto relacionado con la radiación solar, que simplifica el cálculo de las prestaciones energéticas de este tipo de instalaciones, son las “horas sol pico” (HSP).
Se denomina HSP al número de horas diarias que, con una irradiancia solar ideal de 1000 W/m2 proporciona la misma irradiación solar total que la real de ese día. Este concepto se explica gráficamente en la figura:
¿Cuánta energía se puede extraer de la radiación solar?
Es decir, si se dispone de los datos de irradiación solar de un determinado día y se divide entre
1000, se obtienen las HSP. Se puede deducir fácilmente que si los valores de radiación solar
disponibles están expresados en kWh/m2, coinciden numéricamente con los que resultan al
expresarlos en HSP.
Dejo a continuación unos gráficos correspondientes a curvas de rendimientos de paneles solares.
La temperatura es muy importante ya que influye en la eficiencia. Sobre su importancia hablaré en otro post.
Paneles solares térmicos
¿Cuánta energía se puede extraer de la radiación solar?
Paneles solares fotovoltaicos

¿Cuánta energía se puede extraer de la radiación solar?¿Cuánta energía se puede extraer de la radiación solar?
Para saber más datos de Radiación Solar en España y Europa la podéis ver en imágenes y mapas interactivos en este enlace. Post que publiqué hace un tiempo donde además de atlas solares también hay eólicos.
Dejo a continuación el perteneciente a nuestro país:¿Cuánta energía se puede extraer de la radiación solar?
Fuentes: Solarpraxis, Censolar

Foto de portada: Matt McGee's

¿Cuánta energía se puede extraer de la radiación solar?


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