Calidad Termodinámica De La Radiación Solar

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. Si se designa como Gs la radiación solar incidente y como W* el trabajo máximo que puede obtenerse (en condiciones de reversibilidad perfecta), se puede definir un rendimiento energético, n*.

n*= W*/ Gs = “”0 W d / “0” G d = 1 – Ta / Ts
n*=1 – 4Ta /3Ts (1 – 0,28logf)

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. Es el caso de la segunda ecuación. Si se tiene en cuenta además, que el receptor también emite radiación, el factor coge el valor de 0,93. También, se puede tener en cuenta el factor de dilución de la radiación solar tal y como llega a un receptor solar.

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.