Radiación y Energía Solar

Definición de Energía.

La energía es una propiedad de todo cuerpo o sistema material en virtud de la cual éste puede transformarse, modificando su estado o posición, así como actuar sobre otros originando en ellos procesos de transformación. La energía puede tener distintos orígenes y, dependiendo de ellos se le denomina de una forma u otra:

  • Energía cinética: Asociada al movimiento de los cuerpos
  • Energía potencial: Asociada a la posición dentro de un campo de fuerzas.
  • Energía interna: Asociada a la temperatura de los cuerpos.
  • Energía luminosa: Asociada a la radiación o luz emitida.
  • Energía nuclear: Asociada a los procesos de fusión (unión de núcleos) o fisión (ruptura de núcleos) que tienen lugar en el interior de los átomos.

La energía presenta tres propiedades básicas:

  1. La energía total de un sistema aislado se conserva. Por tanto en el Universo no puede existir creación o desaparición de energía.
  2. La energía puede transmitirse (transferirse) de unos cuerpos, o sistemas materiales, a otros.
  3. La energía puede transformarse de unas formas a otras.

Trabajo y Calor

La energía puede transferirse entre los sistemas. Dicha transferencia se produce mediante interacciones entre los cuerpos o sistemas provocando cambios en los mismos.
Las interacciones pueden ser diferentes y, por tanto, los cambios o transformaciones que producen también.

Interacción mecánica: Trabajo. Cuando la interacción es de tipo mecánico, es decir, mediante la actuación de una fuerza, como en los ejemplos citados, la transferencia de energía entre un cuerpo y otro se denomina TRABAJO.

Mientras se realiza trabajo sobre un cuerpo, se produce una transferencia de energía al mismo, por lo que puede decirse que el trabajo es energía en tránsito.

Interacción térmica: Calor. Cuando interaccionan dos cuerpos o sistemas que se encuentran a distintas temperaturas, la transferencia de energía que se produce se denomina calor.
El calor es energía en tránsito, es decir, energía que siempre fluye de una zona de mayor temperatura a otra de menor temperatura, con lo que eleva la temperatura de la segunda y reduce la de la primera. En los ejemplos anteriores, el agua (mayor temperatura) cede energía al hielo (menor temperatura). La consecuencia es que el agua baja su temperatura. “En el lenguaje cotidiano” decimos que el agua “se enfría”.
De manera inversa, el Sol, en el otro ejemplo, (mayor temperatura) transfiere energía al agua del mar (menor temperatura) y el agua aumenta su temperatura o, como se suele decir, “se calienta”.

Fuentes de Energía

Llamamos fuente de energía a un sistema natural cuyo contenido energético es susceptible de ser transformado en energía útil.

Un aspecto importante a tratar, es conocer cuáles son las fuentes que usamos para aprovechar su energía, su utilidad, sus ventajas e inconvenientes y su disponibilidad.

Nuestro planeta posee grandes cantidades de energía. Sin embargo, uno de los problemas más importantes es la forma de transformarla en energía utilizable. Las fuentes más buscadas son las que poseen un alto contenido energético y acumulan energía en la menor cantidad de materia posible. Es el caso del petróleo, carbón y gas natural. En otras, por el contrario, se encuentra difusa (solar, eólica, geotérmica, etc) La mayor parte de las fuentes de energía, salvo la nuclear, la geotérmica y las mareas, derivan del Sol. El petróleo, el gas natural o el viento tienen su origen, aunque lejano, en la energía que proviene del Sol.

Energía Solar

El suministro de energía mas importante para la tierra, es el Sol. Toda la vida que conocemos en la tierra es dependiente de la energía solar ya que es el punto de partida para los procesos químicos y biológicos en nuestro planeta. Al mismo tiempo, la energía solar, es la forma de energía más amigable con el medio ambiente, puede ser usada de muchas formas y es adaptable para todos los sistemas sociales.

En el núcleo del Sol se lleva a cabo un proceso de fusión en el cual pares de átomos de hidrogeno se fusionan en uno de helio. La energía liberada por estos átomos es liberada hacia el espacio en forma de radiación electromagnética. Como el Sol se encuentra a 148 millones de km de la tierra, solo recibimos una pequeña fracción de su energía. A pesar de esto, !El sol ofrece más energía en 4 horas que la que la raza humana utiliza en un año!

Gracias a proyecciones de astrofísicos, sabemos que la vida del nuestra estrella, el Sol, se extenderá por 5 billones de años más. Por lo tanto, desde nuestra perspectiva humana, el Sol es para nosotros una fuente de energía por tiempo ilimitado.

Tipos de radiación solar

Radiación Solar: en la energía procedente del sol en forma de ondas electromagnética.

Radiación Solar Directa: es la radiación solar por unidad de área y unidad de tiempo, que sin haber sufrido modificación en su trayectoria, incide sobre una superficie.

Radiación solar difusa: es la radiación por unidad de área y unidad de tiempo, procedente de la dispersión de la radiación solar directa producida en la atmósfera, por moléculas de aire, partículas sólidas, vapor de agua en suspensión, etc., que incide sobre una superficie.

Radiación solar reflejada: es la radiación por unidad de área y unidad de tiempo, procedente de la reflexión de la radiación solar en el suelo y otros objetos, incide sobre una superficie. La reflexión dependerá del tipo de cubiertas.

Radiación solar global: es la suma de la radiación directa, difusa y reflejada.

Radiación solar media: es la integral de la radiación solar global incidente sobre una superficie en un período de tiempo, dividido por este período de tiempo.

Espectro Electromagnético: distribución energética y por longitud del conjunto de las ondas electromagnéticas.
Ondas electromagnéticas: forma de propagación de la radiación electromagnética a través del espacio, no necesitando un medio físico de propagación.

Longitud de onda: longitud de de una onda presente en el espectro electromagnético. Para longitudes de onda en la banda del espectro solar, se mide en μ (micrones).

Conversión de la Energía Solar

La radiación solar tal como nos llega del Sol, es útil básicamente como iluminación. Para aprovecharla de otra forma se debe convertir a otra forma de energía, que sea de mayor utilidad. Existen tres mecanismos básicos de
conversión, ellos, con sus correspondientes aplicaciones se indican en los siguientes esquemas:

conversión directa conversión térmicaconversión biológica