Salir y dejar que la luz del sol caiga sobre tu rostro es una buena sensación. Averiguar cuánta luz solar es realmente significa calcular algo llamadoinsolación solar. La insolación solar también le brinda una forma de determinar la meteorización física en regiones secas como los desiertos.
Cálculo de la insolación solar
Insolación solares la cantidad de radiación solar sobre el tamaño de un área de superficie a lo largo del tiempo. Los generadores fotovoltaicos que crean energía eléctrica a partir de la luz solar entrante miden la insolación comoirradiancia mediaen kilovatios por metro cuadrado (kW / m2).
A veces se usa otra variación que usa un componente de tiempo, kilovatios-hora sobre kilovatios-año pico kWh / (kWp * año). Esto significa que puede crear una fórmula de irradiancia solar midiendo elpoder de la luz solar sobre un área específica durante un cierto período de tiempo.
Los científicos también usan el términoflujopara referirse a la radiación solar por unidad de área horizontal sobre una determinada región. Esto es similar al flujo magnético, la cantidad de campo magnético que pasa a través de un superficie son, pero, en este caso, el flujo de insolación solar también puede variar dependiendo de qué tan lejos el La tierra es.
Puede medir la densidad de flujo en la punta de la atmósfera mediante
F = F_0 \ times \ cos {\ theta_0}
porFODensidad de flujo solar en el punto más alto de la atmósfera y ángulo cenital solar.θ0, el ángulo entre su cenit y el centro del disco solar. Tu cenit es la línea que va verticalmente hacia la atmósfera cuando estás parado en algún lugar de la Tierra.
La insolación solar también se puede medir como flux dividido por un área de superficie horizontal. Estas cantidades también son útiles para calcular la velocidad a la que la energía del sol llega a la superficie de la Tierra. La fórmula de la irradiancia solar ha demostrado a los científicos que la irradiancia solar en el punto más alto de la atmósfera cambia en aproximadamente un 7% durante todo el año desde 1.412 kW / m2 en enero a 1.321 kW / m2 en julio, debido a cómo la Tierra se acerca y se aleja del sol.
Masa de aire en la insolación solar
También puede determinar el componente directo de la radiación solar mediante la fórmula1,353 x 0,7METROpara el factor de masa de aireMETROcual es(1 / cosθ0).678para ángulo cenitalθ0.Lamasa de airees la proporción de cuánta atmósfera tiene que viajar la luz del sol en un solo momento y cuánta atmósfera tendría que atravesar la luz del sol si se escuchara directamente al sol.
Esto significa que, si el sol estuviera directamente sobre su cabeza, la masa de aire sería 1 ya que los dos valores de la proporción serían iguales. Cuando el sol está muy alto en el cielo, el valor de cosθ0es relativamente pequeño e insignificante.
Ladirectoparte de la radiación solar es la cantidad de radiación que proviene directamente del sol. Radiación difusaes cuánto el cielo y la atmósfera difunden la radiación.Radiación reflejadaes la cantidad reflejada por los cuerpos de agua en la Tierra.
Otros métodos de cálculo de la insolación solar
Puede utilizar el en línea Cálculo de la insolación solar por PV Education para calcular la insolación solar. Asegúrese de comprender las variables y ecuaciones detrás de la calculadora. Cualquier calculadora de insolación como esta tiene en cuenta la posición del sol en el espacio y la insolación solar máxima en una superficie en un ángulo particular.
La calculadora utiliza la insolación solar como factor dependiente de la latitud y el día del año. Esto le permite realizar el cálculo teniendo en cuenta la teoría del sistema solar, así como los resultados experimentales.
Propiedades relacionadas con la insolación solar
Estas observaciones de la luz solar dan a los científicos otras cantidades que pueden calcular, como la constante solar S, dada por
S = F_0 \ frac {r} {R_0} \ times \ cos {\ theta_0}
con la distancia actual entre el sol y la Tierrary la distancia media entre el sol y la Tierrar0.Esto les da a los científicos una forma más sencilla de determinar cómo el movimiento entre el sol y la Tierra afecta la luz solar. Densidad de flujo solarFtambién se puede calcular como el cambio en el calentamiento solar en el punto más alto de la atmósfera por unidad de área durante una diferencia en el tiempo, dado pordQ / dt. Esto es pertinente para la ingeniería de células solares que aprovechan los cambios en la luz solar a lo largo del día para producir energía eléctrica.
Las calculadoras más avanzadas y matizadas pueden tener en cuenta características específicas como los efectos climáticos para predecir la insolación solar en varios días. Otras propiedades útiles de la luz solar incluyen la irradiancia normal directa (DNI), la cantidad de radiación solar que experimenta un objeto o área sobre el tamaño del área en sí.
La luz solar entrante debe ser perpendicular a la superficie al realizar este cálculo. Estos factores, como la insolación solar, dependen de la atmósfera, el ángulo del sol y la distancia entre el sol y la Tierra para que cálculos más avanzados puedan describirlos para hacer mediciones más significativas.
Cálculo de radiación solar vs. Insolación
Al usar calculadoras para obtener valores de insolación solar, debe comprender la física subyacente detrás de la insolación solar en sí. Hay algunas ecuaciones matemáticas simples que pueden describir la insolación solar. Esto puede ayudarlo a aprender más sobre cómo se usa la insolación solar en campos de estudio que aprovechan el poder de la luz solar.
La insolación solar está estrechamente relacionada con la radiación solar en sí, pero la insolación le brinda una forma más precisa de calcular la radiación en un solo objeto relevante para la energía en lugar de simplemente tomar una medición de la luz solar sí mismo.
La radiación solar es la luz electromagnética que proviene directamente del sol. Esto generalmente va desde la luz visible hasta los rayos ultravioleta y, en algunos casos, incluso se extiende a los rayos X y las ondas infrarrojas. Esto significa que la radiación solar le brinda una forma confiable de determinar la luz que sustenta la vida en la Tierra. La atmósfera que rodea al planeta normalmente desvía otros componentes más dañinos de la radiación solar.
Puede utilizar un cálculo de radiación solar para determinar las reacciones de fusión nuclear del propio sol. Estos fenómenos producen el helio del sol a partir de 700 millones de toneladas de hidrógeno por segundo. La famosa ecuación de EinsteinE = mc2describe este proceso que rompe los enlaces atómicos entre átomos de hidrógeno para obtener energía de la reacciónmien julios, masa perdida en el procesometroen kg y velocidad de la luzC(3,8 x 108 Sra). El proceso de fusión es la forma en que el sol produce las ondas electromagnéticas de radiación.
Usos de la investigación de la insolación solar
Los diseños de sistemas solares se basan en la insolación solar para medir qué tan poderosos necesitan para ser lo más efectivos posible. Los ingenieros que trabajan en estos diseños utilizan la insolación solar para determinar cómo estimar cuánta energía deben producir los sistemas fotovoltaicos.
Los datos relacionados con la insolación solar también son útiles para identificar, interpretar y comparar tipos de clima físico en la Tierra debido a la órbita de la Tierra alrededor del sol. Esto se extiende a rampas de carbonato o siliciclástico-carbonato, características geológicas de pendiente desde una baja gradiente a las costas de aguas poco profundas para averiguar cómo la Tierra atrapa el calor del Sol en la formación de estos características.
Finalmente, los ingenieros de construcción deben tener en cuenta la radiación y la insolación solar al crear edificios para soportar la temperatura y el calor del sol.