Radiación Solar

Definición

La radiación solar es la energía emitida por el sol en forma de ondas electromagnéticas. Esta energía es fundamental para la vida en la Tierra, ya que proporciona la luz y el calor necesarios para los procesos biológicos y climáticos.

El propósito de estudiar la radiación solar es comprender su impacto en el medio ambiente, la agricultura, la generación de energía renovable y el diseño de edificios eficientes desde el punto de vista energético.

La radiación solar es la energía emitida por el Sol en forma de ondas electromagnéticas, que viaja a través del espacio y alcanza la Tierra. Esta radiación abarca un espectro que va desde la radiación ultravioleta hasta la infrarroja, pasando por la luz visible.

Al llegar a la atmósfera, parte de esa radiación es absorbida o dispersada, y otra parte logra penetrar hasta la superficie terrestre. La porción que incide sobre una superficie se mide en términos de irradiancia, es decir, la potencia energética por unidad de área (W/m²).

Desde el punto de vista físico, la radiación solar como fenómeno involucra:

• Emisión electromagnética: el Sol actúa como un cuerpo que emite energía en distintas longitudes de onda, conforme a leyes como la de Planck.
• Propagación en el vacío: las ondas electromagnéticas no necesitan un medio físico para viajar, por lo que la radiación solar puede atravesar el espacio hasta llegar a la Tierra.
• Interacción atmosférica: durante su tránsito por la atmósfera, algunas longitudes de onda son absorbidas o dispersadas por gases, partículas y nubes.
• Conversión térmica: al incidir sobre superficies terrestres u otros cuerpos, parte de esa energía se absorbe y se transforma en calor, elevando la temperatura.

La atmósfera interfiere significativamente con la radiación solar que llega a la Tierra al actuar como un filtro, interceptando la energía que viaja desde el Sol. La pérdida de energía solar a medida que pasa a través de la atmósfera se conoce como depleción. La interferencia de la atmósfera sobre la radiación solar se manifiesta principalmente a través de la absorción, reflexión y dispersión:

Mecanismos de Interferencia

1. Absorción Selectiva
   • La reducción de la radiación no se produce de forma uniforme, sino que ocurre selectivamente según la sustancia que la absorba.
   • Ciertos gases atmosféricos absorben la radiación en cada espectro. El caso más conocido es el del ozono, que realiza una absorción selectiva en la banda del ultravioleta.
   • Otras sustancias, como el vapor de agua y el dióxido de carbono, absorben radiación a lo largo de todo el espectro.
2. Reflexión y Dispersión
   • Al atravesar la atmósfera, la radiación sufre una reducción. Parte de la radiación no llega directamente a la superficie terrestre, sino que es absorbida o reflejada por partículas en suspensión, vapor de agua o nubes.
   • Esta energía reflejada cambia de dirección. La radiación que se recibe del Sol después de un cambio de dirección debido a la reflexión o a la dispersión por la atmósfera, nubes o alguna superficie, se denomina radiación difusa.
   • Una fracción de esta energía es devuelta al espacio exterior.
   • Al final, una fracción de la radiación original (aproximadamente el 40 % de la energía recibida por las capas exteriores de la atmósfera) llega a la superficie, dispersa desde todos los puntos de la bóveda celeste, conocida como radiación difusa.
   • La porción de radiación que se recibe directamente del disco solar, sin obstáculo alguno, se llama radiación directa.

Factores que Afectan la Interferencia

La cantidad de radiación que finalmente incide sobre la Tierra se ve afectada por la distancia que recorren los rayos solares a través de la atmósfera:

1. Masa Atmosférica (MA)
   • El espesor de la atmósfera que deben recorrer los rayos solares es un factor determinante para cuantificar la radiación solar. Esta distancia se conoce como masa de aire (MA).
   • En las latitudes bajas (cerca del ecuador), la radiación solar incide sobre la Tierra de forma muy perpendicular durante la mayor parte del año. Esto implica que tiene que atravesar menor masa atmosférica, permitiendo que la llegada de la radiación solar se aproveche al máximo de su potencial.
2. Altitud
   • La altitud (con relación al nivel del mar) influye en el calentamiento de las masas de aire.
   • A medida que aumenta la altitud, el aire está menos cargado de partículas sólidas y líquidas.
   • Dado que estas partículas son las que absorben y difunden las radiaciones solares (aumentando la temperatura del aire), la menor presencia de ellas a gran altura resulta en que el calentamiento directo es mayor. Sin embargo, la combinación de la absorción y la difusión del aire atmosférico provoca un gradiente de temperatura que puede ser de varios grados por metro, dependiendo del alejamiento del suelo.