A menudo ocurre que cuando nos planteamos el uso mayor o menor de la energia solar, parece que estemos haciendo números que dependen del factor suerte.
No es lo mismo, evidentemente, un dia soleado que un dia nublado, si lo que queremos es aprovechar la radiacion solar.
Sin embargo, como todo número cambiante en este mundo, la cantidad de radiación solar que llega a la superficie terrestre, tendrá un valor medio en el tiempo. El que sea, pero un valor mas o menos constante a lo largo de largos periodos de tiempo (digamos de años o siglos).
¿Podemos calcular este valor? Si, por supuesto, y ademas es más facil
de lo que parece, sino queremos rizar mucho el rizo, ni ser muy exquisitos.
En primer lugar tenemos la "constante solar" que es la cantidad de radiación solar que llega a la parte alta de la atmosfera. Este dato se obtiene de calcular cuanto radia el sol en conjunto, y de este total, cual es la parte que llega a la tierra.
Este dato tambien se mide desde hace tiempo (por medio de globos sonda y satelites artificiales), y en realidad no es "constante" pero varia tan poco que podemos considerar como si lo fuera.
El valor de la constante solar es de 1366 w/m2
En segundo lugar debemos saber que la radiacion solar se difunde por
la atmosfera terrestre, de forma que mas o menos se absorve la mitad
por el aire. Las moleculas de aire, al recibir radiación, la absorven
aumentando la temperatura del aire, hasta que empiezan a emitir ellas
mismas radiación (tanta como reciben) y alcanzan el equilibrio radiativo.
Las estimaciones de este efecto indican que, de la radiacion total que llega a la parte alta de la atmosfera, solo la mitad consigue llegar al suelo. Es decir, tenemos unos 683 w/m2 que llegan al suelo.
Puesto que la constante solar esta medida en un plano perpendicular a los rayos del sol, este otro valor a nivel del suelo, también está calculado para cuando el sol está en lo mas alto y los rayos caen al suelo de forma perpendicular (o casi, dependiendo de la epoca del año).
Pero claro, el sol a primera hora de la mañana y a última hora de la tarde tiene muy poca inclinación con respecto al suelo y esto significa que la radiación que nos llega es mas debil a esas horas que la que nos llega al mediodia.
Podriamos calcular la radiacion que nos llega a una hora determinada como el seno del angulo que forman los rayos de sol con la horizontal. Sumando despues la radiacion de cada hora podriamos obtener la radiación total del dia, que dividida por el numero de horas del dia, nos daria la radiacion media por hora.
Siguiendo este procedimiento nos encontramos que la radiacion media a lo largo del dia es como la maxima multiplicada por un factor de aproximadamente 0.4
Es decir la radiacion media a lo largo de todo del dia es como el 40% de la radiacion maxima a las 12 del mediodia.
El 40% de los 683 w/m2 que llegan es de 284 w/m2. Este 40% solo tiene en cuenta las horas de sol, no las de noche. Por tanto los 284 w/m2 hay que volverlos a dividir por 2 (la mitad del tiempo es de dia y la mitad de noche, y aunque los dias y las noches cambian de duración a lo largo de un año, los estiramientos y encogimientos de dichas duraciones se cancelan unos con otros, de forma que, a lo largo de todo un año completo, la mitad del tiempo es de dia y la otra mitad de noche.
Considerando esto nos quedan 142 w/m2. Pero claro, no hemos tenido en cuenta las nubes: Hay dias que son soleados (no hay ninguna nube), otros dias que son nublados (no se ve nada de nada el sol), y otros son seminublados (se ve el sol a ratos, o a traves de una delgada capa de nubes).
En España, si observamos las fotos de los satelites de varios años, llegamos mas o menos a la conclusión de que una tercera parte de los dias son completamente soleados, otra tercera parte son totalmente nublados y otra tercera parte son seminublados.
Tengo que hacer (entre otras muchas cosas) un estudio mas científico de esto. Los meteorólogos y climatólogos aportan estudios sobre este asunto enfocado desde perspectivas diferentes, pero "a groso modo", se puede decir, que cuando el sol está sobre España, la mitad del tiempo se ve y la otra no (si consideramos que la tercera parte que corresponde a los dias seminublados, la cantidad de sol que llega es del 50% respecto de los dias soleados).
Asi pues debemos dividir otra vez por 2: Esto nos da una radiacóon solar por metro cuadrado de superficie de unos 71 w/m2 constantes todo el año. Al acabar un año y volverse a repetir el ciclo, el resultado vuelve a ser el mismo.
Luego podemos considerar esta radiación de 70 w/m2 como una "constante solar eterna a nivel del suelo en España".
Insisto en que es una aproximación grosera, en la que hay dos
factores que pueden ser afinados mucho mas: El numero de dias
soleados, nublados y seminublados, y el mecanismo exacto por
el cual la atmósfera sin nubes filtra parte de la radiación,
sobre el que existe todavia bastante discusión, al haber un
gran número de factores involucrados.
Yo normalmente en mis cálculos, suelo usar 100 w/m2 en lugar de 70, porque considero que la atmosfera sin nubes no filtra tanto como se afirma, porque el 0.4 de la inclinación es una aproximación por defecto y porque coincide mas con el que los sesudos científicos del clima divulgan, con cierto margen de duda, todo sea dicho. Ademas 100 w/m2 es un número mas facil de recordar, y seguro que no erra en demasía.
En este sentido, es de esperar que los actuales parques de paneles solares en funcionamiento, nos den datos más precisos gracias a las medidas directas que puedan tener. Para esto hacen falta registros periódicos de las mediciones de dichas instalaciones, aunque uno puede perfectamente medirlo con un simple panel fotovoltaico apuntando todos los dias los amperios que consigue a las 12 del mediodia.
Es decir, cada metro cuadrado son 100 watios continuos aproximadamente. Ahora se trata de saber como aprovecharlos mejor.
Desde luego es una simplificación muy burda. Pero sirve a efectos prácticos. Existen excelentes artículos (mas serios, a la vez que mas complicados de entender) sobre todos estos asuntos en la Wikipedia, en especial el del balance radiativo terrestre, que contiene referencias a otros relacionados como el efecto invernadero, radiación solar, insolación, etc.
Son artículos que confunden un poco debido a la profusión de datos y la gran cantidad de factores que tienen en cuenta:
http://es.wikipedia.org/wiki/Balance_radiativo_terrestre
Ninguno de estos artículos, ni ninguna de las muchas otras teorias que hay sobre el particular, cambia mucho el dato indicado. Puede haber mejores afinaciones, pero ninguno nos va a decir de repente que en España llegan 10 w/m2 o 1000 w/m2.
Puede que nos digan 98, 70, 120 o algun otro número siempre rondando los 100 w/m2.