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Radiación solar, brillo solar, paneles solares y fotosíntesis

Docente:

Guillen Bendezú, Luis Enrique

Exponentes:

•García Blas, Juan Diego 08150323•Huamani Condorcuya, Luz 11150309•Supo Quisocala, Dux 08150169

Ciudad universitaria, Febrero 2013. Ciudad universitaria, Febrero 2013.

Radiación solar es el conjunto de radiaciones electromagnéticas emitidas por el Sol. El Sol es una estrella que se encuentra a una temperatura media de 6000 K en cuyo interior tienen lugar una serie de reacciones de fusión nuclear, que producen una pérdida de masa que se transforma en energía. Esta energía liberada del Sol se transmite al exterior mediante la radiación solar. No toda la radiación alcanza la superficie de la Tierra, porque las ondas ultravioletas más cortas, son absorbidas por los gases de la atmósfera fundamentalmente por el ozono. La magnitud que mide la radiación solar que llega a la Tierra es la irradiancia, que mide la energía que, por unidad de tiempo y área, alcanza a la Tierra.

La energía que emite el sol o radiación solar, recibida en la superficie terrestre, es la fuente de casi todos los fenómenos meteorológicos y de sus variaciones en el curso del día y del año.Se trata de un proceso físico, por medio del cual se transmite energía en forma de ondas electromagnéticas, en línea recta, sin intervención de una materia intermedia, a 300.000 km por segundo.Cuando esta radiación alcanza el límite superior de la atmósfera está formada por rayos de distinta longitud de onda:

la entrada fundamental de radiación en el planeta es la radiación emitida por el sol, en el interior del cual tiene un proceso continuo de conversión del hidrogeno en helio , que libera grandes cantidades de calor .Este calor escapa desde el interior del sol hasta su superficie y de esta hacia la tierra. Dado que el proceso químico es mas o menos constante, también lo es la emisión de radiación solar hacia la tierra, evaluándose esta en unos 1.397w/m2 para una porción de la superficie terrestre sobre la cual los rayos solares inciden perpendicularmente. Esta cantidad recibe el nombre de constante solar.

El conjunto de las longitudes de onda emitidas por el sol recibe el nombre de espectro solar y en el predominan, lógicamente, las longitudes de onda muy pequeñas, como corresponde a su elevadísima temperatura, que se evalúa en unos 6000 K°

Dentro del espectro solar cabe distinguir tres tipos de radiaciones fundamentales:

RAYOS ULTRAVIOLETAS: no son visibles y tienen muy pequeña longitud de onda.

LOS RAYOS LUMINOSOS: son los únicos visibles; su longitud de onda corresponde al violeta y al rojo, respectivamente, ya que varía entre 0,36 y 0,76 micrones.

LOS RAYOS TÉRMICOS O CALORÍFEROS: tampoco son visibles y su longitud de onda es mayor de 0,76 micrones. Son los rayos infrarrojos.La intensidad calorífica de la radiación solar, medida en el límite superior de la atmósfera, es por lo general constante en el tiempo.El valor de la radiación solar para un cm cuadrado, expuesto perpendicularmente a los rayos solares en el límite superior de la atmósfera, es de dos calorías por minuto, aproximadamente. Este valor se llama Constante Solar.

los rayos del Sol resultan muy debilitados cuando se hallan cerca del horizonte porque para llegar a la superficie de la Tierra deben atravesar una capa atmosférica mayor que cuando caen perpendicularmente sobre nuestras cabezas. La intensidad del calor recibida por una superficie horizontal depende de la inclinación con que llegan los rayos solares: La mayor intensidad corresponde a una superficie que recibe los rayos solares verticalmente; la menor intensidad, cuando los rayos solares llegan con mucha oblicuidad. A medida que esto sucede, la misma cantidad de radiación se distribuye en una mayor superficie; por lo tanto, la energía recibida por centímetro cuadrado de superficie receptora disminuye.

La inclinación del eje de la tierrra respecto al plano de la ecliptica .La tierra no esta erguida respecto al plano de la ecilptica , sino que forma con el un ángulo de 66,33.Como consecuencia de ello el plano de la ecliptica no corta la tierra en el ecuador sino en los paralelos 23.67 de latitud norte y sur, los cuales reciben, respectivamente, el nombre de trópico de cáncer y capricornio .

El movimiento de traslación de la tierra y las estaciones. La posición absoluta de la tierra respecto al plano de la eclíptica no varia durante el movimiento de traslación a lo largo del año, pero la posición relativa de la tierra respecto al sol si lo hace, determinando así una diferenciación entre los equinoccion por un lado y los solsticios por otro

No toda la radiación solar incidente en el límite de la atmósfera llega a la superficie terrestre; esto se debe a que la capa gaseosa actúa sobre ella produciendo distintos fenómenos:

•ABSORCION•DISPERSION

•DISPERSIÓN fenómeno similar a la reflexión, pero la radiación modifica sus caracteres al ser devuelta o desviada. En la alta atmósfera la radiación solar es dispersada por las moléculas de los gases del aire: los rayos luminosos de onda más corta (violeta y azul) son más fácilmente dispersados, dando el color azulado al cielo. Los demás, (rojo, anaranjado, amarillo), llegan casi directamente al suelo, sin dispersarse; se dispersan cuando atraviesan capas atmosféricas de espesor considerable, como ocurre en los crepúsculos: en estos casos el cielo presenta un color que va del amarillo al rojo intenso

La superficie terrestre pierde radiación de dos formas básicas : reflexión e irradiación. La reflexión se produce desde el momento en que la radiación solar incide en la superficie , ello determina que la radiación absorbida por la tierra sea ya muy inferior a la incidente, pero, a su vez, toda la radiación absorbida no va permanecer en la superficie terrestre; parte de ella va ser irradiada , hacia la atmosfera, de forma tal que , finalmente, la radiación retenida en la superficie será también muy inferior a la radiación absorbida

Existen varios instrumentos para medir los parámetros solares:

1. Solarímetro. . Este instrumento mide la radiación solar total.

2. Heliógrafo. Este instrumental mide la insolación, que son las horas de sol brillante que tiene el día.

3. Actinómetro. . Es el instrumento capaz de medir la radiación directa

La diferencia entre los diferentes tipos de radiaciones está en cómo inciden los rayos solares en la tierra. Tenemos tres tipos:

1. Directa. Es la que recibimos cuando los rayos solares no se difuminan o se desvían a su paso por la atmósfera terrestre.

2. Difusa. Cuando la atmósfera terrestre difumina o desvía los rayos solares, la llamamos radiación difusa. Éste desvio de los rayos solares, se produce por el choque directo con ciertas moléculas y partículas contenidas en el aire, por este motivo, los rayos solares no tienen una dirección directa.

3. Albedo. Los rayos solares no solamente pueden ser desviados por causas atmosféricas, también pueden sufrir una reflexión a causa de superficies planas. Os daré dos ejemplos, la reflexión que se produce en un terreno nevado, y la reflexión que sucede sobre el agua del mar. Tenemos que tener en cuenta un dato significativo, y es que las 2/3 partes del planeta es agua oceánica.

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4. Radiación global. Será la suma de las radiaciones directa y difusa.

5. Radiación total.Será la suma de todas las radiaciones, directa, difusa y albedo. Cuando estamos hablando de energía solar fotovoltáica, debemos tener presente que la radiación que realmente nos importa es la directa, es la que mayor potencial tiene.

También debemos tener en cuenta ciertos factores. En primer lugar, el factor climático es importante, en un día nuboso, tendremos una radiación difusa; en cambio, si es soleado, la radiación recibida será directa. El segundo factor, es la inclinación de la superficie que recibe la radiación. Y, el tercer factor, es la presencia o ausencia de superficies reflectantes, las superficies claras son las que más reflejan la radiación solar, por este motivo, las casas se pintan de blanco.

Radiación solar : brillo solar

Radiación solar Radiación solar Brillo solarBrillo solar

• Es el conjunto de radiaciones electromagnéticas emitidas por el sol.

• La radiación solar se distribuye desde el infrarrojo hasta el ultravioleta.

• No toda la radiación llega a la Tierra, las ondas electromagnéticas mas cortas son absorbidas por la atmosfera, especialmente por el Ozono.

• Es el numero de horas de sol en una región determinada, medida en horas y decimas de horas.

• El total de horas de brillo solar de un lugar es uno de los factores que determina el clima de esa localidad.

• El heliofanografo, es el instrumento que nos permite medir la duración del brillo solar.

Diferencias conceptuales

• Radiación directa .- es aquella que ha llegado directamente del sol sin haber sufrido cambio alguno en su dirección.

• Radiación difusa.- parte de la radiación que atraviesa la atmosfera es reflejada por las nubes o absorbida por estas.

• Radiación reflejada.- aquella reflejada por la superficie terrestre.

• Radiación global.- es la radiación total. Es la suma de las tres radiaciones.

Tipos de radiación solar

• La altitud respecto a la superficie terrestre es un factor que condiciona la intensidad de rayos UV.

• La estación del año y de la latitud.

• La difusión de la radiación y los efectos de la reflexión.

• La contaminación, reduce la apreciabilidad de la intensidad de la radiación solar.

Factores que provocan la radiación solar

Brillo solar

Representa el tiempo total durante el cual incide la luz solar directa sobre alguna localidad, entre el alba y el atardecer.

La heliofania teórica astronómica, para un lugar y fecha específicos es, el periodo máximo de tiempo durante el cual un lugar podría recibir radiación directa, sin ser obstaculizada por nubes o relieves topográficos.

Brillo solar: heliógrafo

Esta constituido básicamente por una esfera de vidrio de 10 cm. de diámetro (actúa como lente convergente de los rayos solares, concentrándolos en un punto próximo a ella.)

El soporte donde se coloca el instrumento debe ser nivelado y orientado respecto al norte verdadero, no al magnético.

Brillo solar: heliógrafo - banda

Debajo de la esfera se coloca una banda de papel que es quemada por la concentración de los rayos solares incidentes producida por la esfera, de forma continua o discontinua, dependiendo de la cobertura nubosa existente.

Se usan 3 tipos distintos de bandas; según la época del año y el camino recorrido por el sol.

Análisis de registros: Bandas

Banda curva corta o de verano: 23 de octubre al 21 de febrero.

Banda curva larga o de invierno: 21 de abril al 22 de agosto.

Banda recta o equinoccial: se coloca del 23 de agosto al 22 de octubre, y del 22 de febrero al 20 de abril.

Aplicaciones del brillo solar

Contribuye al estudio de los cambios energéticos, espaciales y temporales en el sistema tierra –atmosfera. (meteorología)

Contribuye a la elaboración de pronósticos locales o investigación científica.

Aplicaciones del brillo solar

Se asocia la heliofania con cambios en el ciclo reproductivo de algunos animales, ya que periodos de brillo solar diario mas largos pueden predecir la llegada de estaciones climáticas favorables para promover el éxito reproductivo. (biología)

En la agricultura, las especies vegetales en desarrollo tienen un umbral de temperatura en el cual sus procesos internos se optimizan.

PANELES

SOLARES

módulo que aprovecha la energía de la radiación solar

Los paneles fotovoltaicos: están formados por numerosas celdas que convierten la luz en electricidad. Las celdas son llamadas células fotovoltaicas, del griego "fotos", luz. Estas celdas dependen del efecto fotovoltaico por el que la energía luminosa produce cargas positiva y negativa en dos semiconductores próximos de diferente tipo, produciendo así un campo eléctrico capaz de generar una corriente. Silicio cristalino y arseniuro de galio son la elección típica de materiales para celdas solares. Los cristales de arseniuro de galio son creados especialmente para uso fotovoltaico,

El arseniuro de galio es más eficaz que el silicio, pero también más costoso. Las células de silicio más comúnmente empleadas en los paneles fotovoltaicos se puede dividir en tres subcategorías:• Las células de silicio monocristalino están constituidas por un único cristal de silicio. Este tipo de células presenta un color azul oscuro uniforme.• Las células de silicio policristalino (también llamado multicristalino) están constituidas por un conjunto de cristales de silicio, lo que explica que su rendimiento sea algo inferior al de las células monocristalinas. Se caracterizan por un color azul más intenso.• Las células de silicio amorfo. Son menos eficientes que las células de silicio cristalino pero también menos costosas. Este tipo de células es, por ejemplo, el que se emplea en aplicaciones solares como relojes o calculadoras.

COSTE DE PANELES SOLARES FOTOVOLTAICOS

Debido a economías de escala, los paneles solares se hacen menos costosos según se usen y fabriquen más. A medida que ha aumentado la producción, los precios han continuado bajando y todas las previsiones indican que lo seguirán haciendo en los próximos años.

PANELES SOLARES EN EL PERU

Planta de paneles solares en ArequipaAREQUIPA.- El presidente Ollanta Humala inauguró hoy en Arequipa la primera central de generación de electricidad a partir de energía solar en el Perú y Sudamérica. La inversión es de 165 millones de dólares y permitirá dar electricidad a 200 mil pobladores de Arequipa

LA JOYA, AREQUIPA

Sin duda que aún queda mucho por avanzar en la tecnología de los paneles solares, especialmente en materia de eficiencia, pero esta energía es considerada una de las fuentes energéticas más limpias existentes hoy día, y cada vez se hace más competitiva frente a otros tipos de energías, lo que augura un gran desarrollo en la industria de paneles solares en el futuro.

FOTOSINTESIS

Gracias .