Universidad Anáhuac

A lo largo de las ocho ediciones anteriores de esta serie concerniente a la energía solar se abordaron diversos aspectos con cierto grado de detalle: El declive en la explotación de los combustibles fósiles en un horizonte a mediano plazo, las llamadas Revoluciones Tecnológicas – actualmente estamos viviendo la sexta –, la estructura de capas que conforma al Sol, la reacción de fusión nuclear que tiene lugar en su interior, así como la luminosidad solar, la Constante Solar y sus fluctuaciones, el inconmensurable aporte energético por parte del Sol que incide sobre la superficie terrestre, los cambios en la posición aparente del Sol en la bóveda celeste y la manera de cuantificarlos, la atenuación que la absorción atmosférica ocasiona sobre la irradiación solar – concepto de masa de aire – y, por último, el efecto de los contaminantes que enturbian la atmósfera junto con un modelo matemático consistente.

De aquí que resulte por demás obvia la pregunta:

— ¿Y para qué nos sirve todo esto?

Se pretende, precisamente, conjuntar todos estos elementos a efecto de determinar la forma cómo varía la irradiación solar disponible al nivel del suelo en el transcurso de un día cualquiera del año –desde el amanecer hasta el anochecer – en una localidad determinada de la superficie terrestre. Dicha curva diaria de irradiación solar permite establecer de manera concreta tanto la magnitud de la energía solar disponible como la irradiación promedio diaria y a partir de las cuales se puede emprender cualquier proceso para su aprovechamiento.

Dicho de una forma más sencilla:

— ¿En realidad, cuánta energía nos llega del Sol cada día al sitio donde vivimos?

Consideremos, tal como se ilustra en la figura de la página siguiente, el movimiento aparente del Sol a través de la bóveda celeste en su viaje diario desde que sale por el oriente hasta que se pone por el occidente. Con el propósito de simplificar esta discusión supongamos que la observación se lleva a cabo desde una localidad ubicada sobre el ecuador (latitud cero grados) y que la temporada del año corresponde a uno de los equinoccios – véase el apartado (a) de la figura incluida al final del ¡Checa Esto! número 043 que despliega una vista en tercera dimensión de los arcos solares en la bóveda celeste y que se reproduce aquí como una proyección plana vista desde el norte, de forma tal que el este corresponde al extremo izquierdo de la figura y el oeste al derecho.

Al amanecer, en punto de las 06:00 horas, el Sol asoma por el horizonte directamente hacia el este de manera que su ángulo zenital es de 90 grados. A medida que transcurre el tiempo y el Sol adquiere cada vez mayor elevación su ángulo zenital disminuye a razón de 15 grados por cada hora de avance en el tiempo hasta que, precisamente a las 12:00 horas del mediodía, se ubica exactamente sobre el zenit. A partir de ese momento, comienza la caída hacia el poniente incrementándose nuevamente el ángulo zenital al mismo ritmo de 15 grados por cada hora hasta que, al llegar la puesta del Sol a las 18.00 horas, el ángulo zenital alcanza otra vez los noventa grados. A esta variación paulatina del ángulo zenital en sentido oriente - poniente en función de la hora del día, debido al viaje diario aparente del Sol en la bóveda celeste, también suele llamársele ángulo horario.

En términos matemáticos simples, todo el texto del párrafo anterior puede plantearse mediante la siguiente ecuación que expresa la magnitud del ángulo horario ó ángulo zenital en función de la hora del día:

Donde:

- La irradiación solar resultante al nivel del suelo, tras haber sufrido el efecto de la atenuación atmosférica

- La irradiación solar para las condiciones AM0, propias del vacío espacial fuera de la atmósfera
terrestre. Para nuestros propósitos se toma su magnitud igual a 1366.144 watts por metro cuadrado.

Aplicando los distintos valores del ángulo zenital a la función de Kasten & Young para la Masa de Aire dada en la séptima parte de esta serie (¡Checa Esto! 044) y, a su vez, a los modelos exponencialmente decrecientes de absorción atmosférica detallados en la octava parte de esta misma serie (series “A”, “B”, “C” ó “D”, dependiendo del medio rural ó urbano y de la claridad atmosférica en el ¡Checa Esto! 045) para obtener un modelo integrado consistente, se obtienen las curvas horarias de las figuras de las siguientes páginas y que ilustran la forma como varía la irradiación solar en términos de la hora geográfica local. Empero, es importante recalcar que en estas curvas se grafica la energía incidente sobre una superficie normal a los rayos solares; como si la superficie girara continuamente para mantenerse siempre de cara hacia el Sol. Como este no es siempre el caso, pues usualmente las superficies colectoras son fijas – horizontal para una localidad sobre el ecuador –, se requiere aplicar una corrección adicional para determinar una versión práctica y más acorde con la realidad de las distintas curvas horarias de irradiación. Este tema será materia de la siguiente edición de esta serie. Por lo pronto, resulta interesante notar como el valor máximo de irradiación – coincidente con la hora geográfica del mediodía, es elevado para el caso de la serie “A” (medio rural, atmósfera limpia) y disminuye gradualmente a medida que se pasa al medio urbano y/o que se enturbia la atmósfera. Así mismo, se observan los cambios en las magnitudes de los valores de energía total disponible e irradiación diaria promedio dados en los recuadros de la esquina superior izquierda en cada gráfica.

Nuestro Sol:
Octava parte de una serie relacionada con la energía solar

Por el lado soleado de la calle.

Nuestro Sol: Octava parte de una serie relacionada con la energía solar

Por el lado soleado de la calle.

Nuestro Sol:
Octava parte de una serie relacionada con la energía solar