Calidad Termodinamica de la Radiacion Solar

[Richard Perozo]

La radiación solar posee una elevada calidad termodinámica al ser el
resultado de procesos que tienen lugar en la superficie del Sol a una
temperatura equivalente de cuerpo negro visto desde la Tierra de
5.777K. En las aplicaciones solares que utilizan la potencia incidente
de la irradiación de energía solar para su conversión a trabajo útil,
como es el caso de las CET, resulta fundamental la medida de la
calidad de esa energía incidente. Esta energía se expresa en términos
de energía, magnitud que se utiliza para designar la parte de la
energía que puede convertirse en trabajo mecánico en un proceso
perfectamente reversible.

Todo se basa en análisis teóricos propuestos por Planck después de
analizar cilindros y pistones radiadores perfectos. El factor de
Carnot asociado a las temperaturas de cuerpo negro (Ts) y ambiente
(Ta), son el límite energético de la energía radiante. Si
particularizamos la ecuación de Planck para un caso real, cuando la
temperatura de ambiente sea de 300 K y el Sol como radiador, se
encuentre a 5.777K, el factor de Carnot coge un valor de 0,948.

Otras ecuaciones han sido propuestas para tener en cuenta la
distribución espectral de la radiación solar y, de esta manera, han
evaluado el potencial energético asociado a cada diferencial de
longitud de onda, resultando de mayor calidad las ondas más cortas.

El factor de dilución solar “f” expresa la relación de mezcla entre la
radiación solar que procede directamente de la superficie del Sol y la
de albedo. Dado que la temperatura Ts es mucho mayor que la del
ambiente, la mezcla puede contemplarse como la dilución de radiación
“caliente” procedente del Sol, con radiación “fría” del ambiente, de
calidades termodinámicas diferentes.

Con la nueva aproximación el rendimiento energético puede bajar hasta
valores de 0,55 para factores de dilución f muy reducidos (10-10). El
valor de f viene determinado por la geometría del sistema Sol-Tierra y
el tamaño del Sol. Se demuestra así que existe una clara relación
entre el factor de dilución y la concentración óptica de la radiación
solar incidente.