Irradiamento solare - Digilander

L’irradiamento solare
L’energia solare
1.1.
Il sole è una stella ed è sede di reazioni termonucleari a catena. Nella reazione di fusione,
durante la quale l’idrogeno si combina per formare elio, avviene nel nucleo una conversione di massa
in energia.
Nel nucleo incandescente si produce così una temperatura stimata tra 16 e 40 milioni di gradi;
attraverso una serie di processi radiativi e convettivi avviene il trasferimento del calore alla superficie
dove avviene l’irraggiamento verso lo spazio. La temperatura della superficie si porta allora ad un
valore di circa 5780 K, tale da fare insorgere un equilibrio tra l’energia che la superficie stessa riceve
dal nucleo e quella che emette verso gli spazi siderali.
Il sole si comporta allora come una superficie che, alla temperatura di 5780 K, irradia energia
nello spazio. Quasi il 99% della radiazione solare ha lunghezza d’onda compresa tra 0.15 e 4 µm e
il massimo di intensità si ha a circa 0.5 µm; la parte compresa tra 0.4 e 0.74 µm occupa la zona
visibile dello spettro mentre a sinistra ed a destra di tale fascia si trovano rispettivamente le zone
dell’ultravioletto e dell’infrarosso.
1.2.
Intensità di radiazione solare (Irradiamento)
Una grandezza molto importante per quanto riguarda l’energetica delle onde elettromagnetiche
è l’Irradiamento (I), che rappresenta la quantità media di energia elettromagnetica che incide
ortogonalmente, nell’unità di tempo, su una superficie unitaria. In pratica: l’Irradiamento è
l’energia elettromagnetica che attraversa in 1 secondo una superficie di 1m2. In formule:
I = (Potenza trasmessa)/(Superficie attraversata) (1)
Se
ricordate
gli
appunti
presi
in
classe,
gli
appunti
“ENERGIA
DI
UN’ONDA
ELETTROMAGNETICA – semplice analisi” e quelli del vostro libro (paragrafo “Energia trasportata da
un’onda elettromagnetica”), l’Irradiamento è legato alla densità di energia per unità di volume (u) e
alla velocità della luce (c) dall’equazione:
I=uc
(2)
L’Irradiamento del Sole sulla Terra nello spazio sopra la coltre atmosferica prende il nome di
costante solare ed assume il valore medio di 1353 W/m2; ciò significa che ogni m2 di atmosfera
terrestre rivolto verso il Sole è attraversato da 1353 Joule di energia elettromagnetica ogni secondo.
L’intensità dell’irradiamento solare si attenua nel passaggio attraverso l’atmosfera: una
parte di radiazione viene riflessa verso lo spazio, una parte è diffusa in tutte le direzioni dalle molecole
dei gas atmosferici e dal vapore acqueo, una parte viene assorbita dalle molecole dell’atmosfera e
da queste riemessa come radiazione infrarossa (figura 1).
L’assorbimento e la diffusione atmosferica hanno l’effetto di ridurre l’intensità della radiazione
su tutte le lunghezze d’onda; un’ulteriore riduzione si ha poi in corrispondenza alle lunghezze d’onda
caratteristiche dei diversi gas e vapori presenti nell’atmosfera.
La parte di irraggiamento che raggiunge direttamente il suolo costituisce la radiazione
diretta mentre la parte rimanente costituisce la radiazione diffusa. A queste va infine aggiunta la
radiazione riflessa o albedo, che rappresenta la percentuale di radiazione diretta e diffusa che
viene riflessa dal suolo o dalle superfici circostanti sulla superficie considerata.
Radiazione
extratmosferic
a
Radiazion
diffusa
e
Radiazion
e
riflessa
Radiazione
assorbita
Radiazione
reirraggiat
a
Radiazione
diretta
Figura 1.
Distribuzione della radiazione solare nel passaggio attraverso l’atmosfera.
La radiazione diretta, preponderante rispetto alla diffusa in condizioni di cielo sereno, tende a
ridursi all’aumentare dell’umidità e della nuvolosità presente nell’aria, fino ad annullarsi in condizioni
di cielo completamente coperto.
Tabella 1.
Intensità approssimata della radiazione solare.
Condizioni atmosferiche
Nuvoloso
Radiazione
solare
globale
Cielo
sereno
1000 W/m2
Nebbia
600 W/m2
500 W/m2
Disco
solare
giallo
400 W/m2
Disco solare
bianco
300 W/m2
Sole
appena
percettibile
200 W/m2
Nebbia
fitta
100 W/m2
Cielo
coperto
50 W/m2
diretta
90%
50%
70%
50%
40%
0%
0%
0%
diffusa
10%
50%
30%
50%
60%
100%
100%
100%
Il testo è un adattamento dal documento del sito:
http://www.acca.it/Portals/1/AllegatiBiblus/Approfondimenti_Tecnici/Impianti_Solari_Teoria_73.pdf